Tunnettu puolalainen pianoduo Marek ja Wacek ei käyttänyt nuotteja live-konserteissa. Ja silti lavalla pari esiintyi täydellisessä tahdissa. Vierekkäisillä pianoilla he poimivat leikkisästi erilaisia ​​musiikkiteemoja, sekoittivat klassista musiikkia jazziin ja improvisoivat reaaliajassa.

"Me menimme virran mukana", sanoi Marek Tomaszewski, joka esiintyi Wacek Kisielewskin kanssa Wacekin kuolemaan asti vuonna 1986. "Se oli puhdasta hauskaa."

Pianistit näyttivät lukevan toistensa ajatuksia vaihtamalla katseita. Se oli, Marek sanoi, kuin he olisivat samalla aallonpituudella. Yhä useammat tutkimukset viittaavat siihen, että se saattoi olla kirjaimellisesti totta.

Kymmeniä viimeaikaisia ​​kokeita, joissa tutkitaan yhdessä esiintyvien ja työskentelevien ihmisten – duettopianistien, kortinsoittajien, opettajien ja opiskelijoiden, palapelintekijöiden ja muiden – aivotoimintaa, osoittavat, että heidän aivoaaltonsa voivat kohdistaa ilmiöön, joka tunnetaan nimellä interpersonaalinen hermosynkronointi, joka tunnetaan myös aivojenvälisenä. synkronointi.

"Nyt on olemassa paljon tutkimuksia, jotka osoittavat, että ihmiset, jotka ovat vuorovaikutuksessa yhdessä, osoittavat koordinoitua hermotoimintaa", sanoi Giacomo marraskuu, kognitiivinen neurotieteilijä Italian teknologiainstituutista Roomassa, joka julkaisi avainpaperi ihmisten välisestä hermosynkronaatiosta viime kesänä. Tutkimuksia on julkaistu kasvavassa määrin viime vuosina - yksi niinkin äskettäin viime viikko — koska uudet työkalut ja parannetut tekniikat ovat hioneet tiedettä ja teoriaa.

He huomaavat, että aivojen välisellä synkronoinnilla on etuja. Se liittyy parempaan ongelmanratkaisuun, oppimiseen ja yhteistyöhön ja jopa käyttäytymiseen, joka auttaa muita henkilökohtaisella kustannuksella. Lisäksi viimeaikaiset tutkimukset, joissa aivoja stimuloitiin sähkövirralla, viittaavat siihen, että synkronointi itsessään saattaa aiheuttaa tutkijoiden havaitseman parantuneen suorituskyvyn.

"Kognitio on jotain, joka ei tapahdu vain kallossa, vaan myös ympäristön ja muiden ihmisten yhteydessä", sanoi Guillaume Dumas, laskennallisen psykiatrian professori Montrealin yliopistossa. Ymmärtäminen, milloin ja miten aivomme synkronoituvat, voisi auttaa meitä kommunikoimaan tehokkaammin, suunnittelemaan parempia luokkahuoneita ja auttaa tiimejä tekemään yhteistyötä.

Synkronointi

Ihmisillä, kuten muillakin sosiaalisilla eläimillä, on taipumus synkronoida käyttäytymistään. Jos kävelet jonkun vieressä, alat todennäköisesti kävellä askeleen. Jos kaksi ihmistä istuu vierekkäin keinutuoleissa, he alkavat todennäköisesti keinuttaa samaa tahtia.

Tällainen käyttäytymisen synkronia, tutkimus osoittaa, tekee meistä luottavaisempia, auttaa meitä luomaan siteitä ja vahvistaa sosiaalisia vaistojamme. Yhdessä opiskella, synkronissa tanssiminen sai osallistujat tuntemaan emotionaalisesti läheisyyden toisilleen - paljon enemmän kuin asynkronisesti liikkuneet ryhmät. Sisään toisessa tutkimuksessa, osallistujat, jotka lauloivat sanoja rytmisesti, tekivät todennäköisemmin yhteistyötä sijoituspelissä. Jopa yksinkertainen kävely yhdessä etniseen vähemmistöön kuuluvan henkilön kanssa voi vähentää ennakkoluuloja.

”Koordinaatio on sosiaalisen vuorovaikutuksen tunnusmerkki. Se on todella tärkeää”, Novembre sanoi. "Kun koordinaatio on heikentynyt, sosiaalinen vuorovaikutus heikkenee syvästi."

Kun liikkeemme koordinoituvat, kehomme sisällä syntyy lukemattomia paljaalla silmällä näkymättömiä synkronointeja. Kun ihmiset rummuttavat yhdessä, heidän sydämensä lyö yhdessä. Terapeutien ja heidän potilaiden syke voi synkronoitua istuntojen aikana (varsinkin jos terapeuttinen suhde toimii hyvin), ja myös avioparien syke voi synkronoida. Muut fysiologiset prosessit, kuten hengitystiheytemme ja ihon johtavuustasomme, voivat myös olla linjassa muiden ihmisten prosessien kanssa.

Voiko aivojen toiminta synkronoitua? Vuonna 1965 lehti tiede julkaisi tulokset an kokeilu joka ehdotti, että voi. Philadelphian Thomas Jeffersonin yliopiston tutkijat testasivat identtisiä kaksospareja asettamalla elektrodeja niiden päänahan alle mittaamaan heidän aivoaaltojaan - tekniikkaa kutsutaan elektroenkefalografiaksi. Tutkijat kertoivat, että kun kaksoset yöpyivät eri huoneissa, jos toinen heistä sulki silmänsä, molempien aivoaallot heijastisivat liikettä. Toisen kaksosen elektroenkefalografin piikit peilasivat toisen piikkejä.

Tutkimus oli kuitenkin metodologisesti puutteellinen. Tutkijat olivat testanneet useita kaksospareja, mutta julkaisivat tuloksia vain parista, jossa he havaitsivat synkronoinnin. Tämä ei auttanut kasvavaa akateemista kenttää. Vuosikymmenien ajan aivojen välistä synkronointia koskeva tutkimus työnnettiin "outo paranormaalin omituisuuden" kategoriaan, eikä sitä otettu vakavasti.

Alan maine alkoi muuttua 2000-luvun alussa alan yleistymisen myötä hyperskannaus, tekniikka, jonka avulla tutkijat voivat skannata samanaikaisesti useiden vuorovaikutuksessa olevien ihmisten aivot. Aluksi tämä sisälsi vapaaehtoisparien pyytämisen makaamaan erillisiin fMRI-laitteisiin, mikä rajoitti suuresti tutkijoiden suorittamia tutkimuksia. Tutkijat pystyivät lopulta käyttämään toiminnallista lähi-infrapunaspektroskopiaa (fNIRS), joka mittaa aivokuoren ulkokerrosten hermosolujen aktiivisuutta. Tämän tekniikan suuri etu on sen helppokäyttöisyys: Vapaaehtoiset voivat soittaa rumpuja tai opiskella luokkahuoneessa päällään fNIRS-lippisillä, jotka muistuttavat uimalakkia ja joissa on useita kaapeleita.

Kun useat ihmiset olivat vuorovaikutuksessa fNIRS-lakkien kanssa, tutkijat alkoivat löytää synkronoitua sisäistä toimintaa alueet koko aivoissa, joka vaihteli tehtävän ja opiskeluasetuksen mukaan. He havaitsivat myös aivoaaltoja, jotka edustavat sähköisiä kuvioita hermosolujen laukaisussa ja jotka synkronoituvat useilla taajuuksilla. Kahden synkronoidun aivon elektroenkefalografi-lukemassa kunkin henkilön hermotoimintaa kuvaavat viivat vaihtelevat yhdessä: Aina kun toinen nousee tai putoaa alas, niin myös toinen, vaikka joskus viiveellä. Toisinaan aivoaaltoja esiintyy peilikuvissa - kun yksi henkilö nousee, toinen laskee samaan aikaan ja samansuuruisina - joita jotkut tutkijat myös pitävät synkronian muodona.

Uusien työkalujen myötä kävi yhä selvemmäksi, että aivojen välinen synkronointi ei ollut metafyysistä hölynpölyä eikä virheellisen tutkimuksen tuotetta. "[Signaali] on ehdottomasti olemassa", sanoi Antonia Hamilton, sosiaalinen neurotieteilijä University College Londonissa. Se, mikä osoittautui vaikeammaksi ymmärtää, oli se, kuinka kaksi itsenäistä aivoa kahdessa erillisessä kehossa pystyivät osoittamaan samanlaista toimintaa avaruudessa. Nyt, Hamilton sanoi, suuri kysymys on "Mitä se kertoo meille?"

Synkronian resepti

Novembre on pitkään kiehtonut ihmisten koordinaatiota yhteisten tavoitteiden saavuttamiseksi. Miten muusikot – esimerkiksi duettopianistit – tekevät niin hyvää yhteistyötä? Silti se ajatteli eläimiä, kuten tulikärpäset synkronoivat salamansa, joka sai hänet tutkimaan ainesosia, joita tarvitaan aivojen välisen synkronoinnin syntymiseen.

Ottaen huomioon, että synkronointi on "niin laajalle levinnyt niin monissa eri lajeissa", hän muisteli: "Ajattelin: 'Ok, sitten voi olla joku hyvin yksinkertainen tapa selittää se."

Novembre ja hänen kollegansa tekivät kokeen, julkaistu viime kesänä, jossa vapaaehtoisparit eivät tehneet muuta kuin istuivat vastakkain, kun kameralaitteet seurasivat heidän silmiensä, kasvojensa ja kehonsa liikkeitä. Joskus vapaaehtoiset saattoivat nähdä toisensa; muina aikoina ne erotettiin väliseinällä. Tutkijat havaitsivat, että heti kun vapaaehtoiset katsoivat toisiaan silmiin, heidän aivoaaltonsa synkronoituivat välittömästi. Hymyily osoittautui vielä tehokkaammaksi aivoaaltojen kohdistamisessa.

"Synkroniassa on jotain spontaania", Novembre sanoi.

Myös liike liittyy synkronoituun aivoaaltotoimintaan. Novembren tutkimuksessa, kun ihmiset liikuttivat kehoaan tahdissa - jos esimerkiksi toinen nostaisi kätensä ja toinen teki samoin - heidän hermostotoimintansa yhtyisi pienellä viiveellä. Kuitenkin aivojen välinen synkronointi ylittää fyysisten liikkeiden peilaus. Tutkimuksessa duettoa soittavista pianisteista julkaistiin viime syksynä, käyttäytymissynkronian hajoaminen ei aiheuttanut kahden aivojen epäsynkronointia.

Toinen tärkeä ainesosa kasvokkain tapahtuvassa hermosynkronissa näyttää olevan keskinäinen ennustaminen: toisen henkilön reaktioiden ja käyttäytymisen ennakointi. Jokainen henkilö "liikuttaa käsiään tai kasvojaan tai vartaloaan tai puhuu", Hamilton selitti, "ja myös reagoi toisen henkilön toimiin". Esimerkiksi kun ihmiset pelasi italialaista korttipeliä Tressette, kumppaneiden hermotoiminta synkronoitui yhteen - mutta heidän vastustajiensa aivot eivät olleet linjassa heidän kanssaan.

Tavoitteiden jakaminen ja yhteinen huomio näyttävät usein ratkaisevan tärkeältä aivojen välisessä synkronoinnissa. Kiinassa tehdyssä kokeessa kolmen hengen ryhmien oli pakko tehdä yhteistyötä ongelman ratkaisemiseksi. Siinä oli käänne: yksi tiimin jäsen oli tutkija, joka vain teeskenteli osallistuvansa tehtävään, nyökkäsi ja kommentoi tarvittaessa, mutta ei välittänyt lopputuloksesta. Hänen aivonsa eivät synkronoituneet aidon tiimin jäsenten aivoihin.

Jotkut kriitikot kuitenkin väittävät, että synkronoidun aivotoiminnan esiintyminen ei ole todiste minkäänlaisesta yhteydestä, vaan se voidaan selittää ihmisillä, jotka reagoivat yhteiseen ympäristöön. "Ajattele kahta ihmistä kuuntelemassa samaa radioasemaa kahdessa eri huoneessa", kirjoitti Clay Holroyd, kognitiivinen neurotiede Gentin yliopistossa Belgiassa, joka ei tutki aivojen välistä synkronia, vuoden 2022 lehdessä. "[Aivojen välinen synkronointi] saattaa lisääntyä kappaleiden aikana, joista molemmat pitävät, verrattuna kappaleisiin, jotka molemmat pitävät tylsinä, mutta tämä ei olisi seurausta suorasta aivot aivoihin kytkeytymisestä."

Tämän kritiikin testaamiseksi Pittsburghin yliopiston ja Temple Universityn tutkijat suunnittelivat kokeen, jossa osallistujat työskentelivät eri tavalla kohdistetussa tehtävässä: palapelin täyttäminen. Vapaaehtoiset joko kokosivat palapelin yhdessä tai työskentelivät identtisten pulmien parissa erikseen, vierekkäin. Vaikka itsenäisesti työskennelleiden pulmapelien välillä oli jonkin verran interneuraalista synkronointia, se oli paljon suurempi niillä, jotka tekivät yhteistyötä.

Novembrelle nämä ja vastaavat havainnot viittaavat siihen, että aivojen välinen synkronointi on enemmän kuin ympäristön artefakti. "Niin kauan kuin mittaat aivoja sosiaalisen vuorovaikutuksen aikana, joudut aina käsittelemään tätä ongelmaa", hän sanoi. "Sosiaalisen vuorovaikutuksen aivot altistuvat samanlaiselle tiedolle."

Elleivät ne ole eri paikoissa. Pandemian aikana tutkijat kiinnostuivat ymmärtämään, kuinka aivojen välinen synkronointi voi muuttua, kun ihmiset puhuvat kasvokkain videon välityksellä. Eräässä tutkimuksessa julkaistu loppuvuodesta 2022, Dumas ja hänen kollegansa mittasivat äitien ja heidän teini-ikäisten lastensa aivotoimintaa, kun he kommunikoivat verkkovideoiden avulla. Parien aivot tuskin synkronoituivat, paljon vähemmän kuin silloin, kun he puhuivat henkilökohtaisesti. Tällainen huono aivojen välinen synkronointi verkossa voi auttaa selittämään, miksi Zoom-kokoukset ovat yleensä niin väsyttäviä, tutkimuksen tekijöiden mukaan.

"Zoom-puhelusta puuttuu joukko asioita, jotka puuttuvat kasvokkain tapahtuvaan vuorovaikutukseen verrattuna", sanoi Hamilton, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. ”Katsokontaktisi on hieman erilainen, koska kameran sijainti on väärä. Vielä tärkeämpää on, että yhteinen huomionne on erilaista."

Aivojen välisen synkronoinnin syntymiseen tarvittavien ainesosien tunnistaminen – olipa kyseessä katsekontakti, hymyily tai tavoitteen jakaminen – voisi auttaa meitä saavuttamaan paremmin muiden kanssa synkronoinnin edut. Kun olemme samalla aallonpituudella, asiat yksinkertaisesti helpottavat.

Ilmeisiä etuja

Kognitiivinen neurotieteilijä Suzanne Dikker haluaa omaksua luovan puolensa tutkimalla taiteen avulla ihmisen aivojen toimintaa. Hän ja hänen kollegansa loivat käsitteen samalla aallonpituudella olemisesta Keskinäinen aaltokone: puoliksi taideinstallaatio, puoliksi neurotieteen kokeilu. Vuosina 2013–2019 ohikulkijat useissa eri kaupungeissa ympäri maailmaa – Madridissa, New Yorkissa, Torontossa, Ateenassa, Moskovassa ja muissa – saattoivat muodostaa parin toisen henkilön kanssa tutkiakseen interneuraalista synkronointia. He istuutuivat kahdessa kuorimaisessa rakenteessa toisiaan vastakkain pitäen päällään elektroenkefalografikuulokkeita aivotoiminnan mittaamiseksi. Kun ne olivat vuorovaikutuksessa 10 minuutin ajan, kuoret syttyivät visuaalisilla heijastuksilla, jotka toimivat neurofeedbackina: Mitä kirkkaampia projektiot olivat, sitä enemmän niiden aivoaalto on kytketty. Joillekin pareille ei kuitenkaan kerrottu, että projektioiden kirkkaus heijastaa heidän synkronitasoaan, kun taas toisille näytettiin vääriä ennusteita.

Kun Dikker ja hänen kollegansa analysoinut tuloksiaVuonna 2021 julkaistussa tutkimuksessa he havaitsivat, että parit, jotka tiesivät näkevänsä neuropalautteen, lisääntyivät ajan myötä synkronisoimassa – vaikutus johtui heidän motivaatiostaan ​​pysyä keskittyneenä kumppaniinsa, tutkijat selittivät. Vielä tärkeämpää on, että heidän lisääntynyt synkronansa lisäsi sitä, kuinka sosiaalisesti yhdistynyt pari tunsi. Näytti siltä, ​​että pääseminen samalle aivoaallonpituudelle voisi auttaa rakentamaan suhteita.

Dikker tutki tätä ideaa myös vähemmän taiteellisessa ympäristössä: luokkahuoneessa. Laboratorion tilapäisessä luokkahuoneessa lukion luonnontieteiden opettaja ohjasi enintään neljän oppilaan ryhmiä samalla, kun Dikker ja hänen kollegansa tallensivat heidän aivotoimintansa. Sisään tutkimus Tutkijat ilmoittivat preprint-palvelimelle biorxiv.org vuonna 2019, että mitä enemmän oppilaiden ja opettajien aivot synkronoituivat, sitä paremmin oppilaat säilyttivät materiaalin, kun niitä testattiin viikkoa myöhemmin. A 2022 analyysi joka tarkasteli 16 tutkimusta, vahvisti, että aivojen välinen synkronointi on todellakin yhteydessä parempaan oppimiseen.

"Henkilö, joka kiinnittää eniten huomiota tai lukittuu parhaiten kaiuttimen signaaliin, on myös eniten synkronoitu muiden ihmisten kanssa, jotka myös kiinnittävät parhaiten huomiota puhujan sanoihin", Dikker sanoi.

Ei vain oppiminen näytä tehostuvan, kun aivomme ovat synkronoituja, vaan myös tiimin suorituskyky ja yhteistyö. Toisessa tutkimuksessa Dikker ja hänen kollegansa neljän hengen ryhmät pohtivat luovia käyttötarkoituksia tiilelle tai luokitelluille esineille, jotka ovat välttämättömiä lento-onnettomuudesta selviämiseksi. Tulokset osoittivat, että mitä paremmin heidän aivoaaltonsa synkronoituivat, sitä paremmin he suorittivat nämä tehtävät ryhmänä. Muut tutkimukset ovat todenneet, että neuraalisesti synkronoidut ryhmät eivät vain kommunikoida paremmin mutta myös päihittää muut luovissa toimissa, kuten runon tulkintaa.

Vaikka monet tutkimukset ovat yhdistäneet aivojen välisen synkronoinnin parempaan oppimiseen ja suorituskykyyn, kysymys jää siitä, aiheuttaako synkronointi todella tällaisia ​​parannuksia. Voisiko se sen sijaan olla sitoutumisen mitta? "Lapset, jotka kiinnittävät huomiota opettajaan, osoittavat enemmän synkronisointia opettajan kanssa, koska he ovat enemmän sitoutuneita", Holroyd sanoi. "Mutta se ei tarkoita, että synkroniset prosessit todella myötävaikuttaisivat jotenkin vuorovaikutukseen ja oppimiseen."

Silti eläinkokeet viittaavat siihen, että hermoston synkronointi voi todellakin johtaa muutoksiin käyttäytymisessä. Kun hiirten hermotoimintaa mitattiin laittamalla ne käyttämään pieniä silinterin muotoisia antureita, esimerkiksi aivojen välinen synkronointi ennustaa, onko ja miten eläimet olisivat vuorovaikutuksessa tulevaisuudessa. "Se on melko vahva todiste siitä, että näiden kahden välillä on syy-yhteys", Novembre sanoi.

Ihmisillä vahvin näyttö on peräisin kokeista, jotka käyttävät sähköistä aivojen stimulaatiota synnyttämään interneuraalista synkronointia. Kun elektrodit on asetettu ihmisten päänahkaan, sähkövirrat voidaan kuljettaa elektrodien välillä, mikä saa ihmisten aivojen hermosolujen toiminnan synkronoitumaan. Vuonna 2017 Novembre ja hänen tiiminsä suoritti ensimmäisen of tällaisia ​​kokeita. Tulokset viittaavat siihen, että aivoaaltojen synkronointi beeta-kaistalla, joka liittyy motorisiin toimintoihin, paransi osallistujien kykyä synkronoida kehon liikkeitä - tässä tapauksessa rumpujen rytmiä sormillaan.

Useat tutkimukset ovat viime aikoina toistaneet Novembren havainnot. 2023: n loppupuolella, tutkijat havaitsivat, että kun ihmisten aivoaallot synkronoidaan sähköstimulaatiolla, heidän kykynsä tehdä yhteistyötä yksinkertaisessa tietokonepelissä parani merkittävästi. Ja viime kesänä, muut tutkijat osoittivat, että kun kaksi aivoa synkronoidaan, ihmiset voivat paremmin siirtää tietoa ja ymmärtää toisiaan.

Tiede on uutta, joten tuomaristo on edelleen poissa siitä, onko synkronian ja yhteistyökykyisen ihmisen käyttäytymisen välillä todellista syy-yhteyttä. Siitä huolimatta hermosynkronian tiede osoittaa jo meille, kuinka hyödymme, kun teemme asioita synkronoituna muiden kanssa. Biologisella tasolla olemme johdotettu yhdistämään.