Il rinomato duo pianistico polacco Marek e Wacek non utilizzava spartiti durante i concerti dal vivo. Eppure sul palco la coppia è apparsa perfettamente in sincronia. Su pianoforti adiacenti, hanno ripreso giocosamente vari temi musicali, mescolato musica classica con jazz e improvvisato in tempo reale.

"Abbiamo seguito il flusso", ha detto Marek Tomaszewski, che si è esibito con Wacek Kisielewski fino alla morte di Wacek nel 1986. "È stato puro divertimento".

I pianisti sembravano leggersi nel pensiero scambiandosi sguardi. Era, ha detto Marek, come se fossero sulla stessa lunghezza d'onda. Un crescente numero di ricerche suggerisce che ciò potrebbe essere stato letteralmente vero.

Decine di recenti esperimenti che studiano l'attività cerebrale di persone che si esibiscono e lavorano insieme - pianisti in duetto, giocatori di carte, insegnanti e studenti, puzzle e altri - mostrano che le loro onde cerebrali possono allinearsi in un fenomeno noto come sincronizzazione neurale interpersonale, nota anche come interbrain. sincronia.

"Molte ricerche dimostrano che le persone che interagiscono insieme mostrano attività neurali coordinate", ha affermato Giacomo Novembre, neuroscienziato cognitivo dell'Istituto Italiano di Tecnologia di Roma, che ha pubblicato una carta chiave sulla sincronizzazione neurale interpersonale la scorsa estate. Gli studi sono stati pubblicati a ritmo crescente negli ultimi anni, uno solo di recente la settimana scorsa – poiché nuovi strumenti e tecniche migliorate hanno affinato la scienza e la teoria.

Stanno scoprendo che la sincronia tra i cervelli ha dei benefici. È legato a una migliore risoluzione dei problemi, all'apprendimento e alla cooperazione e persino a comportamenti che aiutano gli altri a un costo personale. Inoltre, studi recenti in cui i cervelli sono stati stimolati con una corrente elettrica suggeriscono che la sincronia stessa potrebbe causare il miglioramento delle prestazioni osservato dagli scienziati.

"La cognizione è qualcosa che avviene non solo nel cranio ma in connessione con l'ambiente e con le altre persone", ha detto Guillaume Dumas, professore di psichiatria computazionale all'Università di Montreal. Comprendere quando e come il nostro cervello si sincronizza potrebbe aiutarci a comunicare in modo più efficiente, progettare aule migliori e aiutare i team a cooperare.

Entrare in sincronizzazione

Gli esseri umani, come gli altri animali sociali, hanno la propensione a sincronizzare i propri comportamenti. Se cammini accanto a qualcuno, probabilmente inizierai a camminare al passo. Se due persone si siedono una accanto all’altra su una sedia a dondolo, è probabile che inizieranno a dondolarsi ad un ritmo simile.

Tale sincronia comportamentale, la ricerca mostra, ci rende più fiduciosi, ci aiuta a creare legami e risveglia il nostro istinto socievole. In uno studio, ballare in sincronia ha fatto sì che i partecipanti si sentissero emotivamente vicini gli uni agli altri, molto più dei gruppi che si muovevano in modo asincrono. In un altro studio, i partecipanti che cantavano parole ritmicamente avevano maggiori probabilità di cooperare in un gioco di investimento. Anche una semplice passeggiata all'unisono con una persona appartenente a una minoranza etnica può farlo ridurre i pregiudizi.

“La coordinazione è un segno distintivo dell’interazione sociale. È davvero cruciale”, ha detto Novembre. "Quando la coordinazione è compromessa, l'interazione sociale è profondamente compromessa."

Quando i nostri movimenti si coordinano, anche all’interno del nostro corpo nascono miriadi di sincronizzazioni invisibili a occhio nudo. Quando le persone suonano insieme, i loro cuori battono insieme. La frequenza cardiaca dei terapisti e dei loro pazienti può sincronizzarsi durante le sessioni (soprattutto se la relazione terapeutica funziona bene), e anche quella delle coppie sposate può farlo. Anche altri processi fisiologici, come la nostra frequenza respiratoria e i livelli di conduttanza cutanea, possono allinearsi con quelli di altre persone.

L’attività del nostro cervello può sincronizzarsi? Nel 1965, la rivista Scienze pubblicato i risultati di un esperimento ciò ha suggerito che può. Gli scienziati della Thomas Jefferson University di Filadelfia hanno testato coppie di gemelli identici inserendo elettrodi sotto il cuoio capelluto per misurare le loro onde cerebrali, una tecnica chiamata elettroencefalografia. I ricercatori hanno riferito che quando i gemelli rimanevano in stanze separate, se uno di loro chiudeva gli occhi, le onde cerebrali di entrambi riflettevano il movimento. Le punte sull'elettroencefalogramma di un gemello rispecchiavano le punte dell'altro.

Lo studio, tuttavia, era metodologicamente imperfetto. I ricercatori avevano testato diverse coppie di gemelli, ma avevano pubblicato i risultati solo della coppia in cui avevano osservato la sincronia. Ciò non ha aiutato il fiorente campo accademico. Per decenni, la ricerca sulla sincronia intercebrale è stata relegata nella categoria delle “strane stranezze paranormali” e non è stata presa sul serio.

La reputazione del campo iniziò a cambiare all'inizio degli anni 2000 con la divulgazione di iperscansione, una tecnica che consente agli scienziati di scansionare simultaneamente il cervello di diverse persone che interagiscono. Inizialmente, ciò comportava chiedere a coppie di volontari di sdraiarsi in macchine fMRI separate, il che limitava notevolmente il tipo di studi che gli scienziati potevano eseguire. Alla fine i ricercatori sono riusciti a utilizzare la spettroscopia funzionale del vicino infrarosso (fNIRS), che misura l’attività dei neuroni negli strati esterni della corteccia. Il grande vantaggio di questa tecnologia è la sua facilità d’uso: i volontari possono suonare la batteria o studiare in classe indossando i cappelli fNIRS, che assomigliano a cuffie da nuoto da cui fuoriescono una moltitudine di cavi.

Quando più persone hanno interagito mentre indossavano i cappucci fNIRS, gli scienziati hanno iniziato a trovare un'attività interneurale sincronizzata regioni di tutto il cervello, che variava in base al compito e all'impostazione dello studio. Hanno anche osservato le onde cerebrali, che rappresentano schemi elettrici nell’attivazione neuronale, sincronizzandosi a diverse frequenze. In una lettura elettroencefalografica di due cervelli sincronizzati, le linee che rappresentano l'attività neurale di ciascuna persona fluttuano insieme: ogni volta che uno aumenta o precipita, lo stesso fa l'altro, anche se a volte con un ritardo. Occasionalmente le onde cerebrali appaiono in immagini speculari - quando quella di una persona si alza, quella dell'altra si abbassa nello stesso momento e con una grandezza simile - che alcuni ricercatori considerano anche una forma di sincronia.

Con i nuovi strumenti, è diventato sempre più chiaro che la sincronia intercerebrale non è né una sciocchezza metafisica né il prodotto di una ricerca errata. "[Il segnale] c'è sicuramente", ha detto Antonia Hamilton, neuroscienziato sociale presso l'University College di Londra. Ciò che si è rivelato più difficile da capire è stato come due cervelli indipendenti, in due corpi separati, potessero mostrare un’attività simile nello spazio. Ora, ha detto Hamilton, la grande domanda è “Cosa ci dice questo?”

La ricetta della sincronia

Novembre è da tempo affascinato dal modo in cui gli esseri umani si coordinano per raggiungere obiettivi comuni. Come fanno i musicisti, ad esempio i pianisti duettanti, a collaborare così bene? Eppure stava pensando agli animali, come lucciole che sincronizzano i loro flash, che lo ha avviato sulla strada dello studio degli ingredienti necessari affinché si verifichi la sincronia intercerebrale.

Dato che la sincronia è "così diffusa in così tante specie diverse", ha ricordato, "ho pensato: 'OK, allora potrebbe esserci un modo molto semplice per spiegarlo.'"

Novembre e i suoi colleghi hanno organizzato un esperimento, pubblicato la scorsa estate, in cui coppie di volontari non facevano altro che sedersi uno di fronte all'altro mentre l'attrezzatura fotografica seguiva i movimenti dei loro occhi, del viso e del corpo. A volte i volontari potevano vedersi; altre volte erano separati da un tramezzo. I ricercatori hanno scoperto che non appena i volontari si guardavano negli occhi, le loro onde cerebrali si sincronizzavano immediatamente. Sorridere si è rivelato ancora più potente nell’allineare le onde cerebrali.

"C'è qualcosa di spontaneo nella sincronia", ha detto Novembre.

Anche il movimento è legato all’attività sincronizzata delle onde cerebrali. Nello studio di Novembre, quando le persone muovevano i loro corpi in sincronia – se, diciamo, uno alzava la mano e l'altro faceva lo stesso – la loro attività neurale coincideva, con un leggero ritardo. Tuttavia, la sincronia intercerebrale va oltre il rispecchiamento dei movimenti fisici. In uno studio su pianisti che suonano duetti pubblicato lo scorso autunno, una rottura della sincronia comportamentale non ha causato la desincronizzazione dei due cervelli.

Un altro ingrediente importante per la sincronia neurale faccia a faccia sembra essere la previsione reciproca: anticipare le risposte e i comportamenti di un'altra persona. Ogni persona "muove le mani, il viso o il corpo, oppure parla", ha spiegato Hamilton, "e risponde anche alle azioni dell'altra persona". Ad esempio, quando le persone giocato al gioco di carte italiano Tressette, l'attività neurale dei partner si sincronizzava insieme, ma il cervello dei loro avversari non si allineava con loro.

La condivisione degli obiettivi e l’attenzione congiunta appaiono spesso cruciali per la sincronizzazione intercerebrale. In un esperimento condotto in Cina, dovevano farlo gruppi di tre persone cooperare per risolvere un problema. C'è stata una svolta: un membro del team era un ricercatore che fingeva solo di impegnarsi nel compito, annuendo e commentando quando appropriato ma senza preoccuparsi veramente del risultato. Il suo cervello non era sincronizzato con quello dei veri membri del team.

Tuttavia, alcuni critici sostengono che la comparsa di un’attività cerebrale sincronizzata non è la prova di alcun tipo di connessione ma può piuttosto essere spiegata dalla risposta delle persone a un ambiente condiviso. "Consideriamo due persone che ascoltano la stessa stazione radio in due stanze diverse", ha scritto Clay Holroyd, un neuroscienziato cognitivo dell'Università di Gent in Belgio che non studia la sincronia intercebrale, in un giornale del 2022. "[La sincronia interbrain] potrebbe aumentare durante le canzoni che piacciono a entrambi rispetto alle canzoni che entrambi trovano noiose, ma questa non sarebbe una conseguenza dell'accoppiamento diretto cervello-cervello."

Per testare questa critica, gli scienziati dell’Università di Pittsburgh e della Temple University hanno progettato un esperimento in cui i partecipanti hanno lavorato in modo diverso su un compito mirato: completando un puzzle. I volontari hanno assemblato un puzzle in modo collaborativo o hanno lavorato separatamente su puzzle identici, fianco a fianco. Anche se c'era una certa sincronia interneurale tra i puzzler che lavoravano in modo indipendente, era molto maggiore in quelli che collaboravano.

Per Novembre, questi e altri risultati simili suggeriscono che la sincronia intercerebrale è più di un artefatto ambientale. "Finché misuri il cervello durante l'interazione sociale, dovrai sempre affrontare questo problema", ha detto. “I cervelli nell’interazione sociale saranno esposti a informazioni simili”.

A meno che non siano in posti diversi, ovviamente. Durante la pandemia, i ricercatori hanno sviluppato un interesse crescente nel comprendere come la sincronia intercerebrale potrebbe cambiare quando le persone parlano faccia a faccia tramite video. In uno studio, pubblicato alla fine del 2022Dumas e i suoi colleghi hanno misurato l’attività cerebrale delle madri e dei loro figli preadolescenti quando comunicavano tramite video online. I cervelli delle coppie si sincronizzavano a malapena, molto meno di quando parlavano di persona. Secondo gli autori dello studio, una così scarsa sincronia intercerebrale online potrebbe aiutare a spiegare perché le riunioni Zoom tendono ad essere così stancanti.

"Ci sono un sacco di cose in una chiamata Zoom che mancano rispetto a un'interazione faccia a faccia", ha detto Hamilton, che non è stato coinvolto nella ricerca. “Il contatto visivo è leggermente diverso perché il posizionamento della telecamera è sbagliato. Ancora più importante, la tua attenzione congiunta è diversa.

Identificare gli ingredienti necessari affinché si verifichi la sincronia intercerebrale – che si tratti del contatto visivo, del sorriso o della condivisione di un obiettivo – potrebbe aiutarci a ottenere meglio i benefici della sincronizzazione con gli altri. Quando siamo sulla stessa lunghezza d’onda, le cose diventano semplicemente più facili.

Vantaggi emergenti

Il neuroscienziato cognitivo Susanne Dikker ama abbracciare il suo lato creativo usando l'arte per studiare come funziona il cervello umano. Per catturare l'idea sfuggente di essere sulla stessa lunghezza d'onda, lei e i suoi colleghi hanno creato il Macchina dell'onda reciproca: metà installazione artistica, metà esperimento neuroscientifico. Tra il 2013 e il 2019, i passanti in diverse città del mondo – Madrid, New York, Toronto, Atene, Mosca e altre – hanno potuto accoppiarsi con un’altra persona per esplorare la sincronia interneurale. Si sedevano in due strutture a forma di conchiglia, una di fronte all'altra, mentre indossavano una cuffia elettroencefalografica per misurare la loro attività cerebrale. Mentre interagivano per 10 minuti, i gusci si illuminavano con proiezioni visive che fungevano da neurofeedback: più luminose erano le proiezioni, più accoppiate erano le loro onde cerebrali. Tuttavia, ad alcune coppie non è stato detto che la luminosità delle proiezioni rifletteva il loro livello di sincronia, mentre ad altre sono state mostrate false proiezioni.

Quando Dikker e i suoi colleghi analizzato i risultati, pubblicato nel 2021, hanno scoperto che le coppie che sapevano di vedere il neurofeedback sono diventate più sincronizzate nel tempo, un effetto guidato dalla loro motivazione a rimanere concentrati sul proprio partner, hanno spiegato i ricercatori. Ancora più importante, la loro accresciuta sincronia ha aumentato il modo in cui la coppia si sentiva socialmente connessa. Entrare sulla stessa lunghezza d'onda del cervello, a quanto pare, potrebbe aiutare a costruire relazioni.

Dikker ha studiato questa idea anche in un ambiente meno artistico: la classe. In un'aula improvvisata di un laboratorio, un'insegnante di scienze di una scuola superiore ha fatto da tutor a gruppi composti da un massimo di quattro studenti mentre Dikker e i suoi colleghi registravano la loro attività cerebrale. In uno studio pubblicato sul server di prestampa biorxiv.org nel 2019, i ricercatori hanno riferito che quanto più il cervello degli studenti e dell'insegnante veniva sincronizzato, tanto meglio gli studenti conservavano il materiale quando venivano testati una settimana dopo. Un 2022 . che ha esaminato 16 studi ha confermato che la sincronia intercerebrale è effettivamente collegata a un migliore apprendimento.

"La persona che presta maggiore attenzione o si aggancia meglio al segnale di chi parla sarà anche più sincronizzata con altre persone che prestano la massima attenzione a ciò che sta dicendo l'oratore", ha detto Dikker.

Quando i nostri cervelli sono sincronizzati, non solo l'apprendimento appare potenziato, ma anche le prestazioni e la cooperazione del team. In un altro studio da Dikker e i suoi colleghi, gruppi di quattro persone hanno fatto un brainstorming sugli usi creativi di un mattone o hanno classificato gli elementi essenziali per sopravvivere a un incidente aereo. I risultati hanno mostrato che quanto migliore era la sincronizzazione delle loro onde cerebrali, tanto meglio eseguivano questi compiti in gruppo. Altri studi hanno scoperto, nel frattempo, che i team non sono solo sincronizzati a livello neurale comunicare meglio ma anche superare gli altri in attività creative come interpretare la poesia.

Sebbene molti studi abbiano collegato la sincronia intercerebrale con un migliore apprendimento e prestazioni, rimane la domanda se la sincronia causi effettivamente tali miglioramenti. Potrebbe invece essere una misura dell’engagement? "I bambini che prestano attenzione all'insegnante mostreranno più sincronia con quell'insegnante perché sono più coinvolti", ha detto Holroyd. "Ma ciò non significa che i processi sincroni contribuiscano effettivamente in qualche modo all'interazione e all'apprendimento."

Eppure gli esperimenti sugli animali suggeriscono che la sincronia neurale può effettivamente portare a cambiamenti nel comportamento. Quando l’attività neurale dei topi è stata misurata facendo loro indossare minuscoli sensori a forma di cappello, ad esempio, la sincronia intercerebrale previsto se e come gli animali avrebbero interagito in futuro. "Questa è una prova piuttosto evidente che esiste una relazione causale tra i due", ha detto Novembre.

Negli esseri umani, la prova più forte proviene da esperimenti che utilizzano la stimolazione elettrica del cervello per generare sincronia interneurale. Una volta posizionati gli elettrodi sul cuoio capelluto delle persone, le correnti elettriche possono essere passate tra gli elettrodi per sincronizzare l'attività neuronale nel cervello delle persone. Nel 2017 Novembre e il suo team eseguito il primo of tali esperimenti. I risultati hanno suggerito che la sincronizzazione delle onde cerebrali nella banda beta, che è collegata alle funzioni motorie, ha migliorato la capacità dei partecipanti di sincronizzare i movimenti del corpo, in questo caso battendo un ritmo con le dita.

Diversi studi hanno recentemente replicato i risultati di Novembre. Alla fine di 2023, i ricercatori hanno scoperto che una volta che le onde cerebrali delle persone vengono sincronizzate mediante stimolazione elettrica, la loro capacità di cooperare in un semplice gioco per computer migliora in modo significativo. E l'estate scorsa, altri scienziati hanno dimostrato che una volta che due cervelli vengono sincronizzati, le persone migliorano nel trasferire informazioni e nel capirsi a vicenda.

La scienza è nuova, quindi la giuria è ancora incerta se esista una vera causalità tra la sincronia e il comportamento umano cooperativo. Anche così, la scienza della sincronia neurale ci sta già mostrando come traiamo beneficio quando facciamo le cose in sincronia con gli altri. A livello biologico, siamo programmati per connetterci.