Renumitul duo polonez de pian Marek și Wacek nu a folosit partituri la concerte live. Și totuși, pe scenă, perechea a apărut perfect sincronizată. Pe pianele alăturate, au preluat jucăuș diverse teme muzicale, au amestecat muzica clasică cu jazz și au improvizat în timp real.

„Am mers cu fluxul”, a spus Marek Tomaszewski, care a cântat cu Wacek Kisielewski până la moartea lui Wacek în 1986. „A fost distracție pură.”

Pianiştii păreau să-şi citească minţile unul altuia făcând schimb de priviri. Era, spuse Marek, ca și cum ar fi fost pe aceeași lungime de undă. Un număr tot mai mare de cercetări sugerează că ar fi putut fi literalmente adevărat.

Zeci de experimente recente care studiază activitatea cerebrală a oamenilor care cântă și lucrează împreună - pianiști în duet, jucători de cărți, profesori și studenți, puzzle-uri și altele - arată că undele lor cerebrale se pot alinia într-un fenomen cunoscut sub numele de sincronizare neuronală interpersonală, cunoscut și sub numele de intercerebral. sincronie.

„Acum există o mulțime de cercetări care arată că oamenii care interacționează împreună prezintă activități neuronale coordonate”, a spus Giacomo Novembre, un neuroștiință cognitiv la Institutul Italian de Tehnologie din Roma, care a publicat o hârtie cheie despre sincronizarea neuronală interpersonală vara trecută. Studiile au apărut într-un ritm din ce în ce mai mare în ultimii ani - unul la fel de recent săptămâna trecută — pe măsură ce noi instrumente și tehnici îmbunătățite au perfecționat știința și teoria.

Ei au descoperit că sincronia dintre creiere are beneficii. Este legat de o mai bună rezolvare a problemelor, de învățare și de cooperare și chiar de comportamente care îi ajută pe alții la un cost personal. Mai mult, studiile recente în care creierul a fost stimulat cu un curent electric sugerează că sincronia în sine ar putea cauza performanța îmbunătățită observată de oamenii de știință.

„Cogniția este ceva care se întâmplă nu doar în craniu, ci în legătură cu mediul înconjurător și cu alți oameni”, a spus Guillaume Dumas, profesor de psihiatrie computațională la Universitatea din Montreal. Înțelegerea când și cum se sincronizează creierul nostru ne poate ajuta să comunicăm mai eficient, să proiectăm săli de clasă mai bune și să ajutăm echipele să coopereze.

Se sincronizează

Oamenii, ca și alte animale sociale, au tendința de a-și sincroniza comportamentele. Dacă mergi lângă cineva, probabil că vei începe să mergi în pas. Dacă doi oameni stau unul lângă altul în balansoare, sunt șanse să înceapă să se legăne într-un ritm similar.

O astfel de sincronie comportamentală, cercetarile arata, ne face să avem mai multă încredere, ne ajută să ne legăm și ne ridică instinctele sociabile. Într-una studiu, dansul sincronizat i-a făcut pe participanți să se simtă aproape emoțional unul de celălalt – mult mai mult decât grupurile care se mișcau asincron. În un alt studiu, participanții care au scandat cuvintele ritmic au avut mai multe șanse să coopereze într-un joc de investiții. Chiar și o simplă plimbare la unison cu o persoană dintr-o minoritate etnică poate reduce prejudecățile.

„Coordonarea este un semn distinctiv al interacțiunii sociale. Este cu adevărat crucial”, a spus Novembre. „Când coordonarea este afectată, interacțiunea socială este profund afectată.”

Când mișcările noastre se coordonează, în corpul nostru apar și nenumărate sincronizări invizibile cu ochiul liber. Când oamenii bate împreună, inimile lor bat împreună. Frecvența cardiacă a terapeuților și a pacienților acestora se pot sincroniza în timpul ședințelor (mai ales dacă relația terapeutică funcționează bine), și cele ale cuplurilor căsătorite pot, de asemenea. Alte procese fiziologice, cum ar fi rata noastră de respirație și nivelul conductanței pielii, se pot alinia, de asemenea, cu cele ale altor persoane.

Se poate sincroniza activitatea din creierul nostru? În 1965, jurnalul Ştiinţă a publicat rezultatele unui experiment care a sugerat că se poate. Oamenii de știință de la Universitatea Thomas Jefferson din Philadelphia au testat perechi de gemeni identici introducând electrozi sub scalp pentru a le măsura undele cerebrale - o tehnică numită electroencefalografie. Cercetătorii au raportat că atunci când gemenii stăteau în camere separate, dacă unul dintre ei închidea ochii, undele cerebrale ale ambilor reflectau mișcarea. Picurile de pe electroencefalograful unuia dintre gemeni le-au reflectat pe cele ale celuilalt.

Totuși, studiul a fost eronat din punct de vedere metodologic. Cercetătorii au testat mai multe perechi de gemeni, dar au publicat rezultate numai din perechea în care au observat sincronie. Acest lucru nu a ajutat domeniul academic în plină dezvoltare. Timp de zeci de ani, cercetările privind sincronia intercerebrală au fost introduse în categoria „ciudații paranormale ciudate” și nu au fost luate în serios.

Reputația domeniului a început să se schimbe la începutul anilor 2000 odată cu popularizarea hiperscanare, o tehnică care le permite oamenilor de știință să scaneze simultan creierul mai multor oameni care interacționează. La început, aceasta a implicat să se ceară perechi de voluntari să se întindă în aparate fMRI separate, ceea ce a limitat foarte mult tipurile de studii pe care oamenii de știință le puteau efectua. În cele din urmă, cercetătorii au reușit să folosească spectroscopia funcțională în infraroșu apropiat (fNIRS), care măsoară activitatea neuronilor din straturile exterioare ale cortexului. Marele avantaj al acestei tehnologii este ușurința în utilizare: voluntarii pot cânta la tobe sau pot studia într-o sală de clasă în timp ce poartă șepci fNIRS, care seamănă cu șepci de înot cu o multitudine de cabluri ieșite în afară.

Când mai multe persoane au interacționat în timp ce purtau bonete fNIRS, oamenii de știință au început să găsească activitate interneurală sincronizată în regiuni din tot creierul, care a variat în funcție de configurația sarcinii și a studiului. Ei au observat, de asemenea, undele cerebrale, care reprezintă modele electrice în declanșarea neuronilor, sincronizându-se la mai multe frecvențe. La o citire electroencefalografă a două creiere sincronizate, liniile care reprezintă activitatea neuronală a fiecărei persoane fluctuează împreună: ori de câte ori unul urcă în sus sau coboară, la fel se întâmplă și celălalt, deși uneori cu un decalaj de timp. Ocazional, undele cerebrale apar în imagini în oglindă - când ale unei persoane se ridică, ale celeilalte coboară în același timp și cu o magnitudine similară - pe care unii cercetători le consideră, de asemenea, o formă de sincronie.

Cu noile instrumente, a devenit din ce în ce mai clar că sincronia intercerebrală nu era nici un mumbo-jumbo metafizic, nici produsul unei cercetări greșite. „[Semnalul] este cu siguranță acolo”, a spus Antonia Hamilton, un neuroștiință socială la University College London. Ceea ce s-a dovedit mai greu de înțeles a fost modul în care două creiere independente, în două corpuri separate, ar putea prezenta activitate similară în spațiu. Acum, a spus Hamilton, marea întrebare este „Ce ne spune asta?”

Rețeta pentru Sincronie

Novembre a fost mult timp fascinat de modul în care oamenii se coordonează pentru a atinge obiective comune. Cum colaborează atât de bine muzicienii – pianiștii în duet, de exemplu? Cu toate acestea, se gândea la animale, cum ar fi licuricii sincronizându-și fulgerările, care l-a pus pe calea studierii ingredientelor necesare pentru a apărea sincronia intercerebrală.

Având în vedere că sincronia este „atât de răspândită în atât de multe specii diferite”, și-a amintit el, „m-am gândit: „OK, atunci ar putea exista o modalitate foarte simplă de a o explica”.

Novembre și colegii săi au pus la cale un experiment, publicat vara trecută, în care perechi de voluntari nu făceau altceva decât să stea unul față în față, în timp ce echipamentul camerei le urmărea mișcările ochilor, feței și corpului. Uneori, voluntarii se puteau vedea; alteori erau despărțiți printr-un despărțitor. Cercetătorii au descoperit că, de îndată ce voluntarii s-au privit în ochi, undele lor cerebrale s-au sincronizat instantaneu. Zâmbetul s-a dovedit și mai puternic în alinierea undelor cerebrale.

„Există ceva spontan în sincronie”, a spus Novembre.

Mișcarea, de asemenea, este legată de activitatea sincronizată a undelor cerebrale. În studiul lui Novembre, atunci când oamenii își mișcau corpurile în sincron – dacă, să zicem, unul ridica mâna și celălalt făcea la fel – activitatea lor neuronală se potrivește, cu o ușoară întârziere. Cu toate acestea, sincronia intercerebrală depășește oglindirea mișcărilor fizice. Într-un studiu al pianiștilor care cântau în duet publicat în toamna trecută, o întrerupere a sincroniei comportamentale nu a determinat cele două creiere să se desincronizeze.

Un alt ingredient important pentru sincronia neuronală față în față pare a fi predicția reciprocă: anticiparea răspunsurilor și comportamentelor altei persoane. Fiecare persoană „își mișcă mâinile sau fața sau corpul sau vorbește”, a explicat Hamilton, „și, de asemenea, răspunde la acțiunile celeilalte persoane”. De exemplu, când oamenii a jucat jocul italian de cărți Tressette, activitatea neuronală a partenerilor s-a sincronizat împreună - dar creierul adversarilor lor nu s-a aliniat cu ei.

Împărtășirea obiectivelor și atenția comună par adesea esențiale pentru sincronizarea intercerebrală. Într-un experiment desfășurat în China, grupuri de trei persoane au trebuit cooperează la rezolvarea unei probleme. A existat o întorsătură: un membru al echipei a fost un cercetător care se prefăcea doar că se angajează în sarcină, dând din cap și comentând atunci când era cazul, dar fără să-i pese cu adevărat de rezultat. Creierul lui nu s-a sincronizat cu cel al membrilor autentici ai echipei.

Cu toate acestea, unii critici susțin că apariția activității cerebrale sincronizate nu este o dovadă a vreunui fel de conexiune, ci mai degrabă poate fi explicată de oamenii care răspund la un mediu comun. „Luați în considerare doi oameni care ascultă același post de radio în două camere diferite”, a scris Clay Holroyd, o neuroștiință cognitivă de la Universitatea Ghent din Belgia care nu studiază sincronia intercerebrală, într-o lucrare din 2022. „[Sincronismul intercerebral] ar putea crește în timpul melodiilor pe care amândoi le plac, în comparație cu melodiile pe care amândoi le consideră plictisitoare, dar aceasta nu ar fi o consecință a cuplării directe creier-creier.”

Pentru a testa această critică, oamenii de știință de la Universitatea din Pittsburgh și de la Universitatea Temple au conceput un experiment în care participanții au lucrat diferit la o sarcină concentrată: completând un puzzle. Voluntarii fie au asamblat un puzzle în colaborare, fie au lucrat la puzzle-uri identice separat, unul lângă altul. Deși a existat o oarecare sincronie interneurală între cei care lucrează independent, aceasta a fost mult mai mare la cei care au colaborat.

Pentru Novembre, aceste descoperiri și similare sugerează că sincronia intercerebrală este mai mult decât un artefact de mediu. „Atâta timp cât măsurați creierul în timpul interacțiunii sociale, va trebui întotdeauna să vă ocupați de această problemă”, a spus el. „Creierul în interacțiunea socială va fi expus la informații similare.”

Doar dacă nu sunt în locuri diferite, adică. În timpul pandemiei, cercetătorii au devenit interesați să înțeleagă cum s-ar putea schimba sincronia intercerebrală atunci când oamenii vorbesc față în față prin video. Într-un studiu, publicat la sfârșitul anului 2022, Dumas și colegii săi au măsurat activitatea cerebrală a mamelor și a copiilor lor preadolescenti atunci când au comunicat prin video online. Creierul perechilor abia s-a sincronizat, cu atât mai puțin decât atunci când vorbeau în persoană. O astfel de slabă sincronie intercerebrală online ar putea explica de ce întâlnirile Zoom tind să fie atât de obositoare, potrivit autorilor studiului.

„Există o grămadă de lucruri dintr-un apel Zoom care lipsesc în comparație cu o interacțiune față în față”, a spus Hamilton, care nu a fost implicat în cercetare. „Contactul tău vizual este puțin diferit, deoarece poziționarea camerei este greșită. Și mai important, atenția ta comună este diferită.”

Identificarea ingredientelor necesare pentru a apărea sincronia intercerebrală – fie că este vorba de contact vizual, zâmbet sau împărtășirea unui obiectiv – ne-ar putea ajuta să obținem mai bine beneficiile sincronizării cu ceilalți. Când suntem pe aceeași lungime de undă, lucrurile devin pur și simplu mai ușoare.

Avantaje emergente

Neuroștiința cognitivă Suzanne Dikker îi place să-și îmbrățișeze latura creativă folosind arta pentru a studia modul în care funcționează creierul uman. Pentru a capta noțiunea evazivă de a fi pe aceeași lungime de undă, ea și colegii ei au creat Mutual Wave Machine: jumătate instalație de artă, jumătate experiment de neuroștiință. Între 2013 și 2019, trecătorii dintr-o varietate de orașe din întreaga lume - Madrid, New York, Toronto, Atena, Moscova și altele - s-ar putea asocia cu o altă persoană pentru a explora sincronia interneurală. Aceștia s-au așezat în două structuri asemănătoare unei cochilii, față în față, în timp ce purtau un căști cu electroencefalograf pentru a-și măsura activitatea creierului. Pe măsură ce au interacționat timp de 10 minute, cochiliile s-au aprins cu proiecții vizuale care serveau drept neurofeedback: cu cât proiecțiile erau mai luminoase, cu atât undele cerebrale erau mai cuplate. Cu toate acestea, unor perechi nu li s-a spus că luminozitatea proiecțiilor reflectă nivelul lor de sincronie, în timp ce altora li s-a arătat proiecții false.

Când Dikker și colegii ei analizat rezultatele, publicat în 2021, ei au descoperit că perechile care știau că văd neurofeedback au crescut mai mult în sincronizare în timp - un efect determinat de motivația lor de a rămâne concentrați asupra partenerului lor, au explicat cercetătorii. Mai important, sincronia lor sporită a crescut modul în care se simțea perechea conectată social. Se pare că a ajunge pe aceeași lungime de undă a creierului ar putea ajuta la construirea relațiilor.

Dikker a studiat și această idee într-un cadru mai puțin artistic: sala de clasă. Într-o clasă improvizată dintr-un laborator, o profesoară de științe de liceu a îndrumat grupuri de până la patru elevi, în timp ce Dikker și colegii ei își înregistrau activitatea creierului. În un studiu postat pe serverul de preprint biorxiv.org în 2019, cercetătorii au raportat că, cu cât creierul elevilor și al profesorului s-au sincronizat mai mult, cu atât elevii au reținut mai bine materialul atunci când au fost testați o săptămână mai târziu. Un 2022 analiză care au analizat 16 studii au confirmat că sincronia intercerebrală este într-adevăr legată de o învățare mai bună.

„Persoana care acordă cea mai mare atenție sau blochează cel mai bine semnalul difuzorului va fi, de asemenea, cel mai sincronizată cu alți oameni care acordă, de asemenea, cea mai mare atenție la ceea ce spune vorbitorul”, a spus Dikker.

Nu numai învățarea pare a fi stimulată atunci când creierul nostru este sincronizat, ci și performanța și cooperarea în echipă. Într-un alt studiu de către Dikker și colegii ei, grupuri de patru persoane au analizat utilizări creative pentru o cărămidă sau articole clasificate esențiale pentru supraviețuirea unui accident de avion. Rezultatele au arătat că, cu cât undele lor cerebrale s-au sincronizat mai bine, cu atât au îndeplinit mai bine aceste sarcini ca grup. Alte studii au descoperit, între timp, că echipele sincronizate neuronal nu numai comunicați mai bine dar și îi întrec pe alții în activități creative precum interpretarea poeziei.

În timp ce multe studii au legat sincronia intercerebrală cu o învățare și o performanță mai bună, rămâne întrebarea dacă sincronia cauzează de fapt astfel de îmbunătățiri. Ar putea fi în schimb o măsură a angajamentului? „Copiii care acordă atenție profesorului vor arăta mai multă sincronie cu acel profesor, deoarece sunt mai implicați”, a spus Holroyd. „Dar asta nu înseamnă că procesele sincrone contribuie într-un fel la interacțiune și la învățare.”

Cu toate acestea, experimentele pe animale sugerează că sincronia neuronală poate duce într-adevăr la schimbări în comportament. Când activitatea neuronală a șoarecilor a fost măsurată prin faptul că aceștia poartă senzori minusculi în formă de pălărie, de exemplu, sincronia intercerebrală a prezis dacă și cum animalele vor interacționa în viitor. „Aceasta este o dovadă destul de puternică că există o relație cauzală între cei doi”, a spus Novembre.

La oameni, cele mai puternice dovezi provin din experimente care folosesc stimularea electrică a creierului pentru a genera sincronie interneurală. Odată ce electrozii sunt plasați pe scalpul oamenilor, curenții electrici pot fi trecuți între electrozi pentru a determina sincronizarea activității neuronale din creierul oamenilor. În 2017, Novembre și echipa sa executat primul of astfel de experimente. Rezultatele au sugerat că sincronizarea undelor cerebrale în banda beta, care este legată de funcțiile motorii, a îmbunătățit capacitatea participanților de a-și sincroniza mișcările corpului - în acest caz, batând un ritm cu degetele.

Mai multe studii au replicat recent concluziile lui Novembre. La sfârșitul anului 2023, cercetătorii au descoperit că, odată ce undele cerebrale ale oamenilor sunt sincronizate prin stimulare electrică, capacitatea lor de a coopera într-un joc simplu pe calculator s-a îmbunătățit semnificativ. Și vara trecută, alți oameni de știință au arătat că, odată ce două creiere devin sincronizate, oamenii devin mai buni la transferul de informații și la înțelegerea reciprocă.

Știința este nouă, așa că juriul încă nu stabilește dacă există o adevărată cauzalitate între sincronie și comportamentul uman cooperant. Chiar și așa, știința sincroniei neuronale ne arată deja cum beneficiem atunci când facem lucrurile în sincronizare cu ceilalți. La nivel biologic, suntem conectați.