DOI: https://doi.org/10.1016/j.tine.2026.100281
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41807073
تاريخ النشر: 2026-02-24
المؤلف: Balconi Michela وآخرون
الموضوع الرئيسي: تخطيط الدماغ وواجهات الدماغ-الكمبيوتر
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة الفروقات في التزامن بين الأفراد خلال بيئات التعلم وجهًا لوجه (FTF) والتعلم عن بُعد (RL)، باستخدام تخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) وتخطيط القلب الكهربائي (ECG) بتقنية المسح المتزامن. شارك ما مجموعه 32 مشاركًا، تم تنظيمهم في ثماني مجموعات من ثلاثة طلاب ومحاضر واحد، في كلا حالتي التعلم، والتي تضمنت خط الأساس، ومحاضرة مدتها 20 دقيقة، ومهمة تفاعلية مدتها 20 دقيقة. أشارت النتائج إلى قيم مسافة إقليدية بين الأفراد (EuDist) أقل بشكل ملحوظ عبر جميع نطاقات تردد EEG في حالة FTF مقارنة بـ RL، مما يشير إلى تحسين المحاذاة العصبية عندما كان المشاركون موجودين جسديًا. بالإضافة إلى ذلك، كان التزامن القلبي، الذي تم قياسه من خلال الارتباط بين الأفراد لمعدل ضربات القلب (ISC-HR)، أعلى بشكل ملحوظ في حالة FTF، بينما أشارت مقاييس التقرير الذاتي إلى شعور أكبر بالقرب بين الأفراد ورضا أكبر عن الدرس في بيئات FTF.
تؤكد النتائج على أهمية الوجود الجسدي المشترك في تعزيز كل من التزامن القشري والذاتي خلال التفاعلات التعليمية، خاصة في السياقات الحوارية. كشفت تحليلات EEG أنه بينما أظهرت نطاقات التردد الأبطأ (دلتا وثيتا) محاذاة محسنة خلال المهام التفاعلية، كانت المكونات ذات التردد الأعلى (بيتا وغاما) حساسة لكل من حالة التعلم ومرحلة التعليم. تسلط الدراسة الضوء على أن التزامن بين الأفراد هو ظاهرة متعددة الطبقات تشمل أنظمة مركزية ومحيطية متميزة، مع آثار على تصميم بيئات التعلم عن بُعد التي تهدف إلى تكرار الفوائد العلائقية والعاطفية للتعليم الشخصي. تشمل القيود التأثير المحتمل للألفة بين الأفراد والحاجة إلى مجموعات أكبر وأكثر تنوعًا في الأبحاث المستقبلية للتحقق من هذه النتائج.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية التحول الكبير في التعليم الذي أحدثته التعلم المدعوم بالتكنولوجيا، وخاصةً الذي تسارع بفعل جائحة COVID-19. لقد دفع هذا التحول إلى زيادة التدقيق في الفروقات بين التعليم التقليدي وجهًا لوجه (FTF) والتعلم عن بُعد (RL)، مع تسليط الضوء على كل من المزايا والتحديات لكل نمط. بينما تشير بعض الدراسات إلى أن RL يمكن أن يعزز المرونة والوصول، تشير دراسات أخرى إلى مشكلات مثل زيادة القلق وتقليل الدافع بين الطلاب. تؤكد الورقة على أهمية التزامن بين الأفراد – الذي يُعرف بأنه محاذاة الحالات الفسيولوجية والسلوكية خلال التفاعلات – كعامل حاسم في عملية التعلم. تفترض أن بيئات FTF تعزز مزيدًا من التزامن بسبب التفاعلات في الوقت الحقيقي، بينما قد تعيق RL ذلك بسبب تدهور الإشارات غير اللفظية وتقليل الحضور الاجتماعي.
يجادل المؤلفون بأن فهم الآليات العصبية المعرفية الكامنة وراء هذه الديناميكيات أمر ضروري لتقييم فعالية أنماط التعلم المختلفة. يقدمون مفهوم المسح المتزامن، الذي يسمح بالقياس المتزامن للبيانات العصبية الفسيولوجية من عدة أفراد يشاركون في أنشطة مشتركة، كنهج منهجي واعد. تهدف الدراسة إلى استكشاف الفروقات في التزامن العصبي والذاتي بين بيئات FTF وRL، مع فرضية أن دروس FTF ستظهر قيم Euclidean Distance (EuDist) أقل عبر نطاقات تردد EEG، مما يشير إلى محاذاة عصبية أعلى بين الأفراد، خاصة خلال المراحل التفاعلية. بالإضافة إلى ذلك، تتوقع الأبحاث تزامنًا ذاتيًا أقوى في سياقات FTF، يتم قياسه من خلال الارتباط بين الأفراد لمعدل ضربات القلب، مقارنةً بحالات RL.
الطرق
استخدمت الدراسة تصميمًا داخليًا مع إطار عمل 3 (المهمة: خط الأساس، المحاضرة، المهمة التفاعلية) × 2 (الحالة: وجهًا لوجه (FTF) مقابل التعلم عن بُعد (RL)). تم تجهيز كل مشارك بغطاء EEG مكون من 32 قناة وأجهزة استشعار ECG لمراقبة الفسيولوجيا، مع إشراف على جودة الإشارة من قبل مختص مدرب. بدأت الإجراءات التجريبية بتسجيل خط الأساس لمدة 4 دقائق، تلاها الانخراط في إما حالة RL أو FTF. في حالة RL، استخدم المشاركون أجهزة iPad في غرف منفصلة، مع التحكم في المحفزات البصرية لتوحيد التجربة وتقليل المشتتات. تم تكوين واجهة Skype لعرض فقط فيديو المحاضر وشرائح العرض، مما يضمن التوحيد عبر المشاركين. على العكس، في حالة FTF، تم جلوس المشاركين في نصف دائرة على بعد ثابت يبلغ 1.5 متر من المحاضر، مما يعزز الرؤية المتساوية والوصول السمعي.
تضمنت كلا الحالتين درسًا منظمًا استمر لمدة 40 دقيقة، يتكون من عرض تعليمي مدته 20 دقيقة تلاه مناقشة جماعية موجهة. على الرغم من أن المحتوى كان مختلفًا، تناولت كلا الدروس نفس الموضوع مع تعقيد وبنية متشابهة للحفاظ على الصلاحية البيئية وتجنب تأثيرات المعرفة السابقة. بعد المحاضرة، شارك المشاركون في نشاط حل مشكلات تعاوني يتعلق بالدرس، مصمم لتعزيز التفكير المشترك وتبادل الحوار. تم الحفاظ على ترتيب ثابت للمقاطع التعليمية ليعكس ممارسات التدريس الجامعي النموذجية، مما يضمن أن المشاركين تلقوا المحتوى الضروري قبل الانخراط في مهام حل المشكلات.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى وجود فروقات كبيرة في قيم EuDist لـ EEG عبر نطاقات تردد مختلفة وحالات مختلفة. في نطاق دلتا، كشفت ANOVA ذات القياسات المتكررة عن تأثير رئيسي كبير للحالة (F(1, 31) = 33.55، p < .001، η²ₚ = 0.520)، مع EuDist أعلى في حالة RL مقارنةً بحالة FTF. بالإضافة إلى ذلك، لوحظ تأثير رئيسي كبير للمهمة (F(1, 31) = 6.21، p = .018، η²ₚ = 0.167)، مما يشير إلى EuDist أعلى خلال مرحلة المحاضرة مقارنةً بالمهمة التفاعلية. كان التفاعل بين الحالة والمهمة أيضًا كبيرًا (F(1, 31) = 30.81، p < .001، η²ₚ = 0.498)، مما يؤكد أن EuDist كان أعلى باستمرار في حالة RL عبر كلا المهمتين. تمت ملاحظة اتجاهات مماثلة في نطاق ثيتا، حيث تم العثور على تأثيرات رئيسية كبيرة للحالة (F(1, 31) = 270.7، p < .001، η²ₚ = 0.897) والمهمة (F(1, 31) = 130.1، p < .001، η²ₚ = 0.808)، بالإضافة إلى تفاعل كبير (F(1, 31) = 34.9، p < .001، η²ₚ = 0.530). أظهر تحليل نطاق ألفا تأثيرًا رئيسيًا كبيرًا للحالة (F(1, 31) = 12.07، p = .002، η²ₚ = 0.280)، بينما أشارت نتائج نطاق بيتا إلى تأثير رئيسي قوي جدًا للحالة (F(1, 31) = 3043.9، p < .001، η²ₚ = 0.990) والمهمة (F(1, 31) = 456.2، p < .001، η²ₚ = 0.936)، مع تفاعلات كبيرة أيضًا (F(1, 31) = 73.6، p < .001، η²ₚ = 0.704). فيما يتعلق بالتزامن القلبي، أشارت ANOVA إلى تأثير رئيسي كبير للحالة (F(1, 31) = 6.84، p = 0.014)، مع ارتباط أكبر بين الأفراد في معدل ضربات القلب (ISC-HR) في حالة FTF مقارنةً بحالة RL، على الرغم من أن حجم التأثير كان صغيرًا (η²ₚ = 0.014). لم يتم العثور على تأثيرات رئيسية كبيرة للمهمة أو تفاعل الحالة × المهمة، مما يشير إلى أن نوع المهمة لم يؤثر بشكل كبير على ISC-HR.
المناقشة
استكشفت الدراسة التزامن بين الأفراد في السياقات التعليمية من خلال مقارنة المحاذاة العصبية خلال أنماط التعلم وجهًا لوجه (FTF) والتعلم عن بُعد (RL). شارك ما مجموعه 25 مشاركًا في كلا الحالتين على مدار يومين، مع جمع بيانات EEG وECG لتقييم التشابه العصبي بين الأفراد (EuDist) والتزامن القلبي (ISC-HR). أشارت النتائج إلى أن قيم EuDist كانت أعلى بشكل ملحوظ في حالة RL عبر جميع نطاقات التردد، مما يشير إلى تقليل المحاذاة بين الدماغ دون وجود جسدي مشترك. بشكل ملحوظ، كشف التفاعل بين الحالة والمهمة أنه بينما أظهرت نطاقات التردد الأبطأ (دلتا وثيتا) زيادة في عدم التشابه خلال المهام التفاعلية، ظل نطاق ألفا متأثرًا بشكل أساسي بالتكوين المكاني بدلاً من متطلبات المهمة. على العكس، أظهرت نطاقات بيتا وغاما تفاعلات أكثر تعقيدًا، حيث أظهرت الأخيرة زيادة في عدم التشابه خلال المهام التفاعلية، خاصة في RL.
بالإضافة إلى ذلك، أشارت المقاييس الذاتية إلى أن المشاركين شعروا بإحساس أقوى بالقرب بين الأفراد والرضا في حالة FTF، مما يتوافق مع تقليل عدم التشابه العصبي. دعم تحليل التزامن القلبي هذه النتائج، كاشفًا عن ISC-HR كبير في حالة FTF، مما يبرز دور القرب الجسدي في تعزيز المحاذاة الذاتية والانخراط العاطفي المشترك خلال التعلم. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على أهمية كل من العوامل المكانية والمتعلقة بالمهمة في تشكيل التجارب العصبية الفسيولوجية والذاتية في السياقات التعليمية، مما يشير إلى أن بيئات FTF تعزز الاتصال والانخراط بين الأفراد بشكل أكبر.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.tine.2026.100281
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41807073
Publication Date: 2026-02-24
Author(s): Balconi Michela et al.
Primary Topic: EEG and Brain-Computer Interfaces
Overview
This study investigates the differences in interpersonal synchronization during face-to-face (FTF) and remote learning (RL) environments, utilizing electroencephalography (EEG) and electrocardiography (ECG) hyperscanning. A total of 32 participants, organized into eight groups of three students and one lecturer, engaged in both learning conditions, which included a baseline, a 20-minute lecture, and a 20-minute interactive task. The results indicated significantly lower inter-individual Euclidean Distance (EuDist) values across all EEG frequency bands in the FTF condition compared to RL, suggesting enhanced neural alignment when participants were physically present. Additionally, cardiac synchronization, measured through intersubject correlation of heart rate (ISC-HR), was notably higher in the FTF condition, while self-report measures indicated greater perceived interpersonal closeness and lesson satisfaction in FTF settings.
The findings underscore the importance of physical co-presence in fostering both cortical and autonomic synchronization during educational interactions, particularly in dialogic contexts. EEG analyses revealed that while slower frequency bands (delta and theta) showed enhanced alignment during interactive tasks, higher-frequency components (beta and gamma) were sensitive to both the learning condition and instructional phase. The study highlights that interpersonal synchronization is a multi-layered phenomenon involving distinct central and peripheral systems, with implications for the design of remote learning environments that aim to replicate the relational and affective benefits of in-person instruction. Limitations include the potential influence of interpersonal familiarity and the need for larger, more diverse cohorts in future research to validate these findings.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the significant transformation in education brought about by technology-mediated learning, particularly accelerated by the COVID-19 pandemic. This shift has prompted increased scrutiny of the differences between traditional face-to-face (FTF) education and remote learning (RL), highlighting both the advantages and challenges of each modality. While some studies indicate that RL can enhance flexibility and accessibility, others point to issues such as increased anxiety and reduced motivation among students. The paper emphasizes the importance of interpersonal synchronization—defined as the alignment of physiological and behavioral states during interactions—as a critical factor in the learning process. It posits that FTF environments foster greater synchrony due to real-time interactions, while RL may hinder this due to degraded non-verbal cues and reduced social presence.
The authors argue that understanding the neurocognitive mechanisms underlying these dynamics is essential for evaluating the effectiveness of different learning modalities. They introduce the concept of hyperscanning, which allows for the simultaneous measurement of neurophysiological data from multiple individuals engaged in shared activities, as a promising methodological approach. The study aims to investigate the differences in neural and autonomic synchronization between FTF and RL settings, hypothesizing that FTF classes will exhibit lower Euclidean Distance (EuDist) values across EEG frequency bands, indicating higher inter-individual neural alignment, particularly during interactive phases. Additionally, the research anticipates stronger autonomic synchronization in FTF contexts, measured through intersubject correlation of heart rate, compared to RL conditions.
Methods
The study utilized a within-subjects design with a 3 (task: baseline, lecture, interactive task) x 2 (condition: face-to-face (FTF) vs. remote learning (RL)) framework. Each participant was equipped with a 32-channel EEG cap and ECG sensors for physiological monitoring, with signal quality overseen by a trained experimenter. The experimental procedure commenced with a 4-minute baseline recording, followed by engagement in either the RL or FTF condition. In the RL condition, participants used iPads in separate rooms, with visual stimuli controlled to standardize the experience and minimize distractions. The Skype interface was configured to display only the lecturer’s video feed and slides, ensuring uniformity across participants. Conversely, in the FTF condition, participants were seated in a semicircle at a consistent distance of 1.5 meters from the lecturer, promoting equal visibility and auditory access.
Both conditions featured a structured lesson lasting 40 minutes, comprising a 20-minute instructional presentation followed by a guided group discussion. Although the content varied, both lessons addressed the same topic with comparable complexity and structure to maintain ecological validity and avoid prior knowledge effects. After the lecture, participants engaged in a collaborative problem-solving activity related to the lesson, designed to foster joint reasoning and dialogic exchange. The fixed order of instructional segments was maintained to reflect typical university teaching practices, ensuring that participants received necessary content before engaging in problem-solving tasks.
Results
The results of the study indicate significant differences in EEG EuDist values across various frequency bands and conditions. In the Delta band, a repeated-measures ANOVA revealed a significant main effect of Condition (F(1, 31) = 33.55, p < .001, η²ₚ = 0.520), with higher EuDist in the RL condition compared to the FTF condition. Additionally, a significant main effect of Task was observed (F(1, 31) = 6.21, p = .018, η²ₚ = 0.167), indicating higher EuDist during the lecture phase than the interactive task. The interaction between Condition and Task was also significant (F(1, 31) = 30.81, p < .001, η²ₚ = 0.498), confirming that EuDist was consistently higher in the RL condition across both tasks. Similar trends were noted in the Theta band, where significant main effects of Condition (F(1, 31) = 270.7, p < .001, η²ₚ = 0.897) and Task (F(1, 31) = 130.1, p < .001, η²ₚ = 0.808) were found, along with a significant interaction (F(1, 31) = 34.9, p < .001, η²ₚ = 0.530). The Alpha band analysis showed a significant main effect of Condition (F(1, 31) = 12.07, p = .002, η²ₚ = 0.280), while the Beta band results indicated a very strong main effect of Condition (F(1, 31) = 3043.9, p < .001, η²ₚ = 0.990) and Task (F(1, 31) = 456.2, p < .001, η²ₚ = 0.936), with significant interactions as well (F(1, 31) = 73.6, p < .001, η²ₚ = 0.704). In terms of cardiac synchronization, the ANOVA indicated a significant main effect of Condition (F(1, 31) = 6.84, p = 0.014), with greater overall inter-subject correlation in heart rate (ISC-HR) in the FTF condition compared to the RL condition, although the effect size was small (η²ₚ = 0.014). No significant main effects of Task or Condition × Task interaction were found, suggesting that task type did not significantly influence ISC-HR.
Discussion
The study investigated interpersonal synchronization in educational contexts by comparing neurophysiological alignment during face-to-face (FTF) and remote learning (RL) modalities. A total of 25 participants engaged in both conditions across two days, with EEG and ECG data collected to assess inter-individual neural similarity (EuDist) and cardiac synchrony (ISC-HR). Findings indicated that EuDist values were significantly higher in the RL condition across all frequency bands, suggesting reduced inter-brain alignment without physical co-presence. Notably, the interaction between Condition and Task revealed that while slower frequency bands (delta and theta) showed increased dissimilarity during interactive tasks, the alpha band remained primarily influenced by spatial configuration rather than task demands. In contrast, beta and gamma bands exhibited more complex interactions, with the latter showing increased dissimilarity during interactive tasks, particularly in RL.
Additionally, subjective measures indicated that participants felt a stronger sense of interpersonal closeness and satisfaction in the FTF condition, correlating with reduced neural dissimilarity. Cardiac synchronization analysis further supported these findings, revealing significant ISC-HR in the FTF condition, which underscores the role of physical proximity in enhancing autonomic alignment and shared emotional engagement during learning. Overall, the results highlight the importance of both spatial and task-related factors in shaping neurophysiological and subjective experiences in educational settings, suggesting that FTF environments foster greater interpersonal connectedness and engagement.