Znany polski duet fortepianowy Marek i Wacek podczas koncertów na żywo nie korzystał z nut. A jednak na scenie para wyglądała idealnie zsynchronizowana. Na sąsiadujących ze sobą fortepianach żartobliwie podejmowali różne tematy muzyczne, łączyli muzykę klasyczną z jazzem i improwizowali w czasie rzeczywistym.

„Płynęliśmy z nurtem” – powiedział Marek Tomaszewski, który występował z Wackiem Kisielewskim aż do jego śmierci w 1986 roku. „To była czysta zabawa”.

Pianiści zdawali się czytać sobie w myślach, wymieniając spojrzenia. Marek stwierdził, że nadawało na tych samych falach. Coraz liczniejsze badania sugerują, że mogło to być dosłownie prawdą.

Dziesiątki niedawnych eksperymentów badających aktywność mózgu osób występujących i pracujących razem – duetów pianistów, graczy w karty, nauczycieli i uczniów, osób układających puzzle i innych – pokazują, że ich fale mózgowe mogą łączyć się w zjawisko znane jako interpersonalna synchronizacja neuronowa, znana również jako międzymózgowa. synchronizacja.

„Obecnie istnieje wiele badań, które pokazują, że ludzie wchodzący w interakcję ze sobą wykazują skoordynowane działania neuronalne” – mówi Giacomo Novembre, neurobiolog poznawczy z Włoskiego Instytutu Technologii w Rzymie, który opublikował kluczowy papier na temat interpersonalnej synchronizacji neuronowej zeszłego lata. W ciągu ostatnich kilku lat badania te pojawiały się coraz częściej – jeden całkiem niedawno zeszły tydzień — ponieważ nowe narzędzia i ulepszone techniki udoskonaliły naukę i teorię.

Odkrywają, że synchronizacja między mózgami przynosi korzyści. Jest to powiązane z lepszym rozwiązywaniem problemów, uczeniem się i współpracą, a nawet z zachowaniami, które pomagają innym osobistym kosztem. Co więcej, ostatnie badania, w których stymulowano mózgi prądem elektrycznym, wskazują, że sama synchronizacja może powodować poprawę wydajności zaobserwowaną przez naukowców.

„Poznawanie to coś, co zachodzi nie tylko w czaszce, ale w powiązaniu ze środowiskiem i innymi ludźmi” – stwierdził Guillaume’a Dumasa, profesor psychiatrii obliczeniowej na Uniwersytecie w Montrealu. Zrozumienie, kiedy i jak synchronizują się nasze mózgi, może pomóc nam w skuteczniejszej komunikacji, projektowaniu lepszych sal lekcyjnych i współpracy zespołów.

Synchronizacja

Ludzie, podobnie jak inne zwierzęta społeczne, mają tendencję do synchronizowania swoich zachowań. Jeśli pójdziesz obok kogoś, prawdopodobnie zaczniesz chodzić krok po kroku. Jeśli dwie osoby usiądą obok siebie w fotelach bujanych, istnieje duże prawdopodobieństwo, że zaczną się kołysać w podobnym tempie.

Taka synchronizacja behawioralna, badania pokazują, czyni nas bardziej ufnymi, pomaga nam tworzyć więzi i pobudza nasze instynkty społeczne. W jednym „The Puzzle of Monogamous Marriage” Synchroniczny taniec sprawił, że uczestnicy poczuli się emocjonalnie blisko siebie – znacznie bardziej niż w przypadku grup poruszających się asynchronicznie. W inne badaniauczestnicy, którzy rytmicznie skandowali słowa, częściej współpracowali w grze inwestycyjnej. Nawet zwykły spacer w zgodzie z osobą należącą do mniejszości etnicznej może to zrobić zmniejszyć uprzedzenia.

„Koordynacja jest cechą charakterystyczną interakcji społecznych. To naprawdę kluczowe” – powiedział Novembre. „Kiedy zaburzona jest koordynacja, interakcje społeczne są głęboko upośledzone”.

Kiedy nasze ruchy się koordynują, w naszych ciałach powstają także niezliczone synchronizacje niewidoczne gołym okiem. Kiedy ludzie bębnią razem, ich serca biją razem. Tętno terapeutów i ich pacjentów może się zsynchronizować podczas sesji (zwłaszcza jeśli relacja terapeutyczna dobrze funkcjonuje), podobnie jak tętno par małżeńskich. Inne procesy fizjologiczne, takie jak częstość oddechu i poziom przewodnictwa skóry, mogą również pokrywać się z procesami zachodzącymi u innych ludzi.

Czy aktywność w naszych mózgach może się synchronizować? W 1965 roku czasopismo nauka opublikował wyniki eksperyment co sugerowało, że tak. Naukowcy z Uniwersytetu Thomasa Jeffersona w Filadelfii przetestowali pary identycznych bliźniąt, umieszczając elektrody pod ich głowami, aby zmierzyć fale mózgowe – technika zwana elektroencefalografią. Naukowcy podali, że gdy bliźniacy przebywali w oddzielnych pokojach, jeśli jedno z nich zamknęło oczy, fale mózgowe obojga odzwierciedlały ten ruch. Skoki na elektroencefalografie jednego z bliźniaków odzwierciedlały skoki na drugim.

Badanie miało jednak błędy metodologiczne. Naukowcy przetestowali kilka par bliźniąt, ale opublikowali wyniki tylko w przypadku pary, w której zaobserwowali synchronizację. Nie pomogło to rozwijającej się dziedzinie akademickiej. Przez dziesięciolecia badania nad synchronizacją międzymózgową spychano do kategorii „dziwnych zjawisk paranormalnych” i nie traktowano ich poważnie.

Reputacja tej dziedziny zaczęła się zmieniać na początku XXI wieku wraz z popularyzacją hiperskanowanie, technikę umożliwiającą naukowcom jednoczesne skanowanie mózgów kilku wchodzących w interakcję osób. Początkowo wymagało to poproszenia par ochotników o położenie się w oddzielnych aparatach do fMRI, co znacznie ograniczyło rodzaje badań, które naukowcy mogli przeprowadzać. Ostatecznie naukowcom udało się zastosować funkcjonalną spektroskopię bliskiej podczerwieni (fNIRS), która mierzy aktywność neuronów w zewnętrznych warstwach kory mózgowej. Wielką zaletą tej technologii jest łatwość użycia: wolontariusze mogą grać na perkusji lub uczyć się w klasie, mając na sobie czepki fNIRS, które przypominają czepki pływackie z mnóstwem wystających kabli.

Kiedy wiele osób miało na sobie czapki fNIRS, naukowcy zaczęli znajdować zsynchronizowaną aktywność międzynerwową regionów w całym mózgu, które różniły się w zależności od zadania i konfiguracji badania. Zaobserwowali także fale mózgowe, które reprezentują wzorce elektryczne odpalania neuronów, synchronizując się na kilku częstotliwościach. Podczas odczytu elektroencefalografu dwóch zsynchronizowanych mózgów linie reprezentujące aktywność neuronową każdej osoby zmieniają się razem: za każdym razem, gdy jeden z nich rośnie lub spada, dzieje się tak również w przypadku drugiego, chociaż czasami z opóźnieniem. Czasami fale mózgowe pojawiają się na odbiciach lustrzanych – gdy jedna osoba podnosi się, druga opada w tym samym czasie i z podobną siłą – co niektórzy badacze również uważają za formę synchronizacji.

Dzięki nowym narzędziom stawało się coraz bardziej jasne, że synchronizacja między mózgami nie jest ani metafizycznym bełkotem, ani efektem błędnych badań. „[Sygnał] na pewno tam jest” – powiedział Antonia Hamiltona, neurobiolog społeczny z University College London. Trudniejsze do zrozumienia okazało się to, w jaki sposób dwa niezależne mózgi w dwóch oddzielnych ciałach mogą wykazywać podobną aktywność w przestrzeni. Hamilton powiedział, że najważniejsze pytanie brzmi: „Co nam to mówi?”

Przepis na synchronizację

Novembre od dawna fascynuje się tym, jak ludzie koordynują działania, aby osiągnąć wspólne cele. W jaki sposób muzycy — na przykład pianiści tworzący duety — tak dobrze współpracują? Jednak myślał o zwierzętach, takich jak świetliki synchronizujące swoje błyski, co skierowało go na ścieżkę badania składników niezbędnych do powstania synchronizacji między mózgami.

Biorąc pod uwagę, że synchronizacja jest „tak powszechna u tak wielu różnych gatunków” – wspomina – „pomyślałem: «OK, w takim razie można to wyjaśnić w jakiś bardzo prosty sposób»”.

Novembre i jego koledzy przeprowadzili eksperyment, opublikowane latem ubiegłego roku, w którym pary ochotników nie robiły nic innego, jak tylko siedziały naprzeciw siebie, podczas gdy sprzęt fotograficzny śledził ruchy ich oczu, twarzy i ciała. Czasem wolontariusze mogli się widywać; innym razem oddzielały je przegrody. Naukowcy odkryli, że gdy tylko ochotnicy spojrzeli sobie w oczy, ich fale mózgowe natychmiast się zsynchronizowały. Uśmiech okazał się jeszcze skuteczniejszy w wyrównywaniu fal mózgowych.

„W synchronizacji jest coś spontanicznego” – powiedziała Novembre.

Ruch również jest powiązany ze zsynchronizowaną aktywnością fal mózgowych. W badaniu Novembre, gdy ludzie synchronicznie poruszali swoimi ciałami – jeśli, powiedzmy, jeden podniósł rękę, a drugi zrobił to samo – ich aktywność neuronowa zgadzała się z niewielkim opóźnieniem. Jednak synchronizacja między mózgami wykracza poza odzwierciedlanie ruchów fizycznych. W badaniu pianistów grających w duetach opublikowany jesienią ubiegłego roku, zaburzenie synchronizacji behawioralnej nie spowodowało desynchronizacji obu mózgów.

Innym ważnym składnikiem synchronizacji neuronowej twarzą w twarz wydaje się wzajemne przewidywanie: przewidywanie reakcji i zachowań drugiej osoby. Każda osoba „porusza rękami, twarzą lub ciałem albo mówi” – ​​wyjaśnił Hamilton, „a także reaguje na działania drugiej osoby”. Na przykład, gdy ludzie grał we włoską grę karcianą Tressette, aktywność neuronowa partnerów zsynchronizowała się, ale mózgi ich przeciwników nie były z nimi zgodne.

Dzielenie się celami i wspólna uwaga często wydają się kluczowe dla synchronizacji między mózgami. W eksperymencie przeprowadzonym w Chinach trzyosobowe grupy musiały to zrobić współpracować przy rozwiązaniu problemu. Był pewien zwrot akcji: jeden z członków zespołu był badaczem, który tylko udawał, że angażuje się w zadanie, kiwając głową i komentując, gdy było to stosowne, ale tak naprawdę nie przejmując się wynikiem. Jego mózgi nie synchronizowały się z mózgami prawdziwych członków zespołu.

Jednak niektórzy krytycy twierdzą, że pojawienie się zsynchronizowanej aktywności mózgu nie jest dowodem na jakiekolwiek powiązanie, ale raczej można je wytłumaczyć tym, że ludzie reagują na wspólne środowisko. „Wyobraźmy sobie dwie osoby słuchające tej samej stacji radiowej w dwóch różnych pokojach” – napisał Claya Holroyda, neurobiolog poznawczy na Uniwersytecie w Gandawie w Belgii, który nie bada synchronizacji międzymózgowej, w artykule z 2022 roku. „[Synchronizacja między mózgami] może się zwiększyć podczas piosenek, które oboje lubią w porównaniu z piosenkami, które oboje uważają za nudne, ale nie byłoby to konsekwencją bezpośredniego sprzężenia mózgów”.

Aby przetestować tę krytykę, naukowcy z uniwersytetów w Pittsburghu i Temple University opracowali eksperyment, w którym uczestnicy pracowali w różny sposób nad konkretnym zadaniem: ukończenie układanki. Wolontariusze albo wspólnie układali puzzle, albo pracowali nad identycznymi łamigłówkami osobno, obok siebie. Chociaż między łamigłówkami pracującymi niezależnie istniała pewna synchronizacja międzyneuronalna, była ona znacznie większa w przypadku tych, którzy współpracowali.

Według Novembre te i podobne odkrycia sugerują, że synchronizacja między mózgami to coś więcej niż tylko artefakt środowiskowy. „Dopóki będziesz mierzyć mózg podczas interakcji społecznych, zawsze będziesz musiał sobie poradzić z tym problemem” – powiedział. „Mózgi uczestniczące w interakcjach społecznych będą narażone na podobne informacje”.

Chyba, że ​​są w różnych miejscach. Podczas pandemii badacze zainteresowali się zrozumieniem, jak może zmienić się synchronizacja między mózgami, gdy ludzie rozmawiają twarzą w twarz przez wideo. W jednym badaniu opublikowano pod koniec 2022 r.Dumas i jego współpracownicy zmierzyli aktywność mózgu matek i ich nastoletnich dzieci, gdy porozumiewały się one za pośrednictwem wideo w Internecie. Mózgi obu par ledwo się zsynchronizowały, znacznie mniej niż wtedy, gdy rozmawiały osobiście. Według autorów badania tak słaba synchronizacja między mózgami w Internecie może pomóc wyjaśnić, dlaczego spotkania na Zoomie są zwykle tak męczące.

„W rozmowie Zoom brakuje wielu rzeczy w porównaniu z interakcją twarzą w twarz” – powiedział Hamilton, który nie był zaangażowany w badanie. „Twój kontakt wzrokowy jest nieco inny, ponieważ kamera jest ustawiona w niewłaściwym miejscu. Co ważniejsze, wasza wspólna uwaga jest inna.”

Identyfikacja składników niezbędnych do powstania synchronizacji między mózgami – czy to kontaktu wzrokowego, uśmiechu czy dzielenia się celem – może pomóc nam lepiej osiągnąć korzyści płynące z synchronizacji z innymi. Kiedy nadajemy na tych samych falach, wszystko staje się po prostu łatwiejsze.

Pojawiające się zalety

Neurobiolog poznawczy Zuzanna Dikker lubi wykorzystywać swoją kreatywną stronę, wykorzystując sztukę do badania działania ludzkiego mózgu. Aby uchwycić nieuchwytne pojęcie bycia na tych samych falach, ona i jej współpracownicy stworzyli film Maszyna wzajemnej fali: na wpół instalacja artystyczna, na wpół eksperyment neurologiczny. W latach 2013–2019 przechodnie w różnych miastach na całym świecie – w Madrycie, Nowym Jorku, Toronto, Atenach, Moskwie i innych – mogli połączyć się w pary z inną osobą, aby zbadać synchronizację międzyneuronową. Siedzieli w dwóch strukturach przypominających muszle, naprzeciw siebie, nosząc zestaw słuchawkowy do elektroencefalografu, aby mierzyć aktywność ich mózgu. Gdy wchodzili w interakcję przez 10 minut, muszle rozświetlały się projekcjami wizualnymi, które służyły jako neurofeedback: im jaśniejsze projekcje, tym silniej sprzężone były ich fale mózgowe. Jednak niektórym parom nie powiedziano, że jasność projekcji odzwierciedla poziom ich synchronizacji, innym zaś pokazano fałszywe projekcje.

Kiedy Dikker i jej koledzy przeanalizował wynikiopublikowanej w 2021 r. odkryli, że pary, które wiedziały, że doświadczają neurofeedbacku, z czasem stawały się coraz bardziej zsynchronizowane, a efekt ten wynikał z ich motywacji do pozostawania skupionym na partnerze – wyjaśnili naukowcy. Co ważniejsze, ich zwiększona synchronizacja zwiększyła poczucie więzi społecznej, jaką czuła się para. Okazało się, że nadawanie na tych samych falach mózgowych może pomóc w budowaniu relacji.

Dikker również studiował ten pomysł w mniej artystycznym otoczeniu: w klasie. W prowizorycznej klasie w laboratorium nauczycielka przedmiotów ścisłych w szkole średniej udzielała korepetycji grupom składającym się z maksymalnie czterech uczniów, podczas gdy Dikker i jej współpracownicy rejestrowali aktywność ich mózgu. W badanie opublikowane na serwerze preprintów biorxiv.org w 2019 r. badacze zgłosili, że im bardziej mózgi uczniów i nauczycieli były zsynchronizowane, tym lepiej uczniowie zapamiętali materiał podczas testowania tydzień później. 2022 analiza które przyjrzały się 16 badaniom, potwierdziły, że synchronizacja między mózgami rzeczywiście jest powiązana z lepszym uczeniem się.

„Osoba, która skupia najwięcej uwagi lub najlepiej skupia się na sygnale mówcy, będzie również najlepiej zsynchronizowana z innymi osobami, które również zwracają największą uwagę na to, co mówi mówca” – powiedział Dikker.

Synchronizacja naszych mózgów sprawia wrażenie nie tylko lepszej nauki, ale także wydajności i współpracy zespołowej. W innym badaniu Dikker i jej współpracowników czteroosobowe grupy przeprowadziły burzę mózgów na temat kreatywnych zastosowań cegły lub przedmiotów niezbędnych do przeżycia katastrofy lotniczej. Wyniki pokazały, że im lepiej zsynchronizowane były ich fale mózgowe, tym lepiej wykonywali zadania w grupie. Tymczasem inne badania wykazały, że zespoły synchronizują neuronowo nie tylko komunikować się lepiej ale także prześcignąć innych w działaniach twórczych, takich jak interpretowanie poezji.

Chociaż wiele badań powiązało synchronizację między mózgami z lepszym uczeniem się i wydajnością, pozostaje pytanie, czy synchronizacja faktycznie powoduje taką poprawę. Czy zamiast tego może to być miara zaangażowania? „Dzieci, które zwracają uwagę na nauczyciela, wykażą z nim większą synchronizację, ponieważ są bardziej zaangażowane” – stwierdziła Holroyd. „Nie oznacza to jednak, że procesy synchroniczne faktycznie w jakiś sposób przyczyniają się do interakcji i uczenia się”.

Jednak eksperymenty na zwierzętach sugerują, że synchronizacja neuronowa może rzeczywiście prowadzić do zmian w zachowaniu. Kiedy mierzono aktywność neuronalną myszy, nosząc maleńkie czujniki w kształcie cylindra, na przykład synchronizację międzymózgową przewidzieć, czy i jak zwierzęta będą wchodzić w interakcje w przyszłości. „To dość mocny dowód na to, że istnieje związek przyczynowy między nimi” – stwierdził Novembre.

W przypadku ludzi najsilniejsze dowody pochodzą z eksperymentów, w których wykorzystuje się elektryczną stymulację mózgu w celu wygenerowania synchronizacji międzynerwowej. Po umieszczeniu elektrod na skórze głowy, między elektrodami może przepływać prąd elektryczny, co powoduje synchronizację aktywności neuronów w mózgach ludzi. W 2017 roku Novembre i jego zespół wykonał pierwszy of takie eksperymenty. Wyniki sugerują, że synchronizacja fal mózgowych w paśmie beta, które jest powiązane z funkcjami motorycznymi, zwiększyła zdolność uczestników do synchronizacji ruchów ciała – w tym przypadku wybijania rytmu palcami.

W kilku badaniach powtórzono niedawno ustalenia Novembre. Pod koniec 2023badacze odkryli, że po zsynchronizowaniu fal mózgowych człowieka poprzez stymulację elektryczną, jego zdolność do współpracy w prostej grze komputerowej znacznie się poprawiła. I zeszłego latainni naukowcy wykazali, że gdy dwa mózgi zostaną zsynchronizowane, ludzie lepiej przekazują informacje i rozumieją się nawzajem.

Nauka jest nowa, więc jury wciąż nie rozstrzygnęło, czy istnieje prawdziwy związek przyczynowy między synchronizacją a ludzkim zachowaniem opartym na współpracy. Mimo to nauka o synchronizacji neuronowej już pokazuje nam, jakie korzyści odnosimy, gdy robimy rzeczy w synchronizacji z innymi. Na poziomie biologicznym jesteśmy połączeni.