Den berömda polska pianoduon Marek och Wacek använde inte noter när de spelade livekonserter. Och ändå på scenen verkade paret perfekt synkat. På intilliggande pianon plockade de lekfullt upp olika musikteman, blandade klassisk musik med jazz och improviserade i realtid.

"Vi gick med strömmen", sa Marek Tomaszewski, som uppträdde med Wacek Kisielewski fram till Waceks död 1986. "Det var rent kul."

Pianisterna verkade läsa varandras tankar genom att byta blickar. Det var, sa Marek, som om de var på samma våglängd. En växande mängd forskning tyder på att det kan ha varit bokstavligen sant.

Dussintals nyligen genomförda experiment som studerar hjärnaktiviteten hos människor som uppträder och arbetar tillsammans - duettpianister, kortspelare, lärare och elever, pusselspelare och andra - visar att deras hjärnvågor kan anpassas till ett fenomen som kallas interpersonell neural synkronisering, även känd som interbrain synkronisering.

"Det finns nu mycket forskning som visar att människor som interagerar tillsammans visar samordnade neurala aktiviteter," sa Giacomo Novembre, en kognitiv neuroforskare vid det italienska tekniska institutet i Rom, som publicerade ett nyckelpapper om interpersonell neural synkronisering förra sommaren. Studierna har kommit ut med ett ökande klipp under de senaste åren - en så sent som förra veckan — eftersom nya verktyg och förbättrade tekniker har finslipat vetenskapen och teorin.

De upptäcker att synkronisering mellan hjärnor har fördelar. Det är kopplat till bättre problemlösning, lärande och samarbete, och även med beteenden som hjälper andra till en personlig kostnad. Dessutom tyder nya studier där hjärnor stimulerades med en elektrisk ström att synkronisering i sig kan orsaka den förbättrade prestanda som observerats av forskare.

"Kognition är något som händer inte bara i skallen utan i samband med miljön och med andra människor," sa Guillaume Dumas, professor i beräkningspsykiatri vid University of Montreal. Att förstå när och hur våra hjärnor synkroniserar kan hjälpa oss att kommunicera mer effektivt, designa bättre klassrum och hjälpa team att samarbeta.

Komma i synk

Människor, liksom andra sociala djur, har en benägenhet att synkronisera sina beteenden. Om du går bredvid någon kommer du sannolikt att börja gå i takt. Om två personer sitter bredvid varandra i gungstolar är chansen stor att de börjar gunga i samma takt.

Sådan beteendesynkronisering, forskning visar, gör oss mer förtroendefulla, hjälper oss att knyta an och vrider upp våra sällskapliga instinkter. I ett studera, att dansa i synk fick deltagarna att känna sig känslomässigt nära varandra - mycket mer än grupper som rörde sig asynkront. I en annan studie, deltagare som skanderade ord rytmiskt var mer benägna att samarbeta i ett investeringsspel. Även en enkel promenad unisont med en person från en etnisk minoritet kan minska fördomar.

”Koordination är ett kännetecken för social interaktion. Det är verkligen avgörande, säger Novembre. "När koordinationen är försämrad, är social interaktion djupt försämrad."

När våra rörelser samordnas uppstår otaliga synkroniseringar som är osynliga för blotta ögat också inuti våra kroppar. När människor trummar tillsammans slår deras hjärtan ihop. Hjärtfrekvenserna hos terapeuter och deras patienter kan synkroniseras under sessioner (särskilt om det terapeutiska förhållandet fungerar bra), och det kan även gifta pars. Andra fysiologiska processer, såsom vår andningshastighet och hudkonduktansnivåer, kan också stämma överens med andra människors.

Kan aktivitet i våra hjärnor synkroniseras? År 1965, tidskriften Vetenskap publicerade resultaten av en experimentera som föreslog att det kan. Forskare från Thomas Jefferson University i Philadelphia testade par av enäggstvillingar genom att sätta in elektroder under deras hårbotten för att mäta deras hjärnvågor - en teknik som kallas elektroencefalografi. Forskarna rapporterade att när tvillingarna stannade i separata rum, om en av dem slöt ögonen, skulle hjärnvågorna hos båda reflektera rörelsen. Piggarna på den ena tvillingens elektroencefalograf speglade spikarna på den andras.

Studien var dock metodologiskt felaktig. Forskarna hade testat flera tvillingpar men publicerade endast resultat från paret där de observerade synkronisering. Detta hjälpte inte det växande akademiska fältet. Under decennier har forskning om synkronisering mellan hjärnan hamnat i kategorin "konstigt paranormalt infall" och togs inte på allvar.

Fältets rykte började förändras i början av 2000-talet med populariseringen av hyperskanning, en teknik som låter forskare samtidigt skanna hjärnorna på flera interagerande människor. Till en början innebar det att man bad frivilliga par att ligga i separata fMRI-maskiner, vilket kraftigt begränsade den typ av studier som forskare kunde utföra. Forskare kunde så småningom använda funktionell nära-infraröd spektroskopi (fNIRS), som mäter aktiviteten hos neuroner i de yttre lagren av cortex. Den stora fördelen med den tekniken är dess lätthet att använda: Volontärer kan spela trummor eller studera i ett klassrum medan de bär fNIRS-kepsar, som liknar badmössor med en mängd kablar som sticker ut.

När flera personer interagerade medan de bar fNIRS-kepsar började forskare hitta synkroniserad intern aktivitet i regioner i hela hjärnan, som varierade beroende på uppgift och studieupplägg. De observerade också hjärnvågor, som representerar elektriska mönster i neuronavfyrning, synkroniserade vid flera frekvenser. På en elektroencefalografavläsning av två synkroniserade hjärnor, fluktuerar linjerna som representerar varje persons neurala aktivitet tillsammans: Närhelst den ena ökar eller störtar ner, gör den andra det också, även om det ibland sker med en tidsfördröjning. Ibland uppträder hjärnvågor i spegelbilder - när en persons går upp går den andras ner samtidigt och med en liknande magnitud - vilket vissa forskare också betraktar som en form av synkronisering.

Med nya verktyg blev det allt tydligare att synkronisering mellan hjärnan varken var en metafysisk mumbo-jumbo eller en produkt av felaktig forskning. "[Signalen] finns definitivt där," sa Antonia Hamilton, en social neuroforskare vid University College London. Det som visade sig svårare att förstå var hur två oberoende hjärnor, i två separata kroppar, kunde visa liknande aktivitet i rymden. Nu, sa Hamilton, är den stora frågan "Vad säger det oss?"

Receptet för Synchrony

Novembre har länge varit fascinerad av hur människor koordinerar för att uppnå gemensamma mål. Hur samarbetar musiker – till exempel duettpianister – så bra? Ändå tänkte det på djur, som t.ex eldflugor som synkroniserar sina blixtar, som satte honom på vägen för att studera de ingredienser som behövs för att interbrain-synkronisering ska uppstå.

Med tanke på att synkronisering är "så utbredd över så många olika arter", mindes han, "jag tänkte: 'OK, då kan det finnas något väldigt enkelt sätt att förklara det'."

Novembre och hans kollegor satte upp ett experiment, publicerades förra sommaren, där par av frivilliga inte gjorde något annat än att sitta mitt emot varandra medan kamerautrustning spårade rörelserna i deras ögon, ansikte och kropp. Ibland kunde volontärerna se varandra; vid andra tillfällen var de åtskilda av en skiljevägg. Forskarna fann att så fort de frivilliga såg varandra i ögonen synkroniserades deras hjärnvågor omedelbart. Att le visade sig vara ännu kraftfullare för att anpassa hjärnvågorna.

"Det är något spontant med synkronisering," sa Novembre.

Rörelse är också kopplad till synkroniserad hjärnvågsaktivitet. I Novembres studie, när människor rörde sina kroppar i synk - om, säg, en lyfte sin hand och den andra gjorde samma sak - skulle deras neurala aktivitet matcha, med en liten fördröjning. Men synkronisering mellan hjärnan går längre än att spegla fysiska rörelser. I en studie av pianister som spelar duetter publicerades i höstas, orsakade inte en uppdelning i beteendesynkronisering de två hjärnorna att desynkronisera.

En annan viktig ingrediens för neural synkronisering ansikte mot ansikte verkar vara ömsesidig förutsägelse: att förutse en annan persons svar och beteenden. Varje person "rör sina händer eller ansiktet eller kroppen, eller så pratar de", förklarade Hamilton, "och reagerar också på den andra personens handlingar." Till exempel när människor spelade det italienska kortspelet Tressette, den neurala aktiviteten hos partners synkroniserades med varandra - men deras motståndares hjärnor överensstämde inte med dem.

Att dela mål och gemensam uppmärksamhet verkar ofta vara avgörande för synkronisering mellan hjärnan. I ett experiment utfört i Kina var tre-personers grupper tvungna samarbeta för att lösa ett problem. Det fanns en twist: En gruppmedlem var en forskare som bara låtsades engagera sig i uppgiften, nickade och kommenterade när det var lämpligt men inte riktigt brydde sig om resultatet. Hans hjärna synkroniserades inte med genuina teammedlemmars.

Vissa kritiker hävdar dock att uppkomsten av synkroniserad hjärnaktivitet inte är bevis på någon form av samband utan snarare kan förklaras av människor som reagerar på en delad miljö. "Tänk på att två personer lyssnar på samma radiostation i två olika rum", skrev Clay Holroyd, en kognitiv neurovetenskap vid universitetet i Gent i Belgien som inte studerar synkronisering mellan hjärnan, i en tidning från 2022. "[Interbrain synchrony] kan öka under låtar som de båda tycker om jämfört med låtar som de båda tycker är tråkiga, men detta skulle inte vara en konsekvens av direkt hjärna-till-hjärna-koppling."

För att testa denna kritik designade forskare från University of Pittsburgh och Temple University ett experiment där deltagarna arbetade på olika sätt med en fokuserad uppgift: slutföra ett pussel. Volontärerna satte antingen ihop ett pussel i samarbete eller arbetade med identiska pussel var för sig, sida vid sida. Även om det fanns en viss intern synkronisering mellan pusselmän som arbetade självständigt, var den mycket större hos dem som samarbetade.

För Novembre tyder dessa och liknande fynd på att synkronisering mellan hjärnan är mer än en miljöartefakt. "Så länge du mäter hjärnor under social interaktion, kommer du alltid att behöva ta itu med det här problemet," sa han. "Hjärnor i social interaktion kommer att exponeras för liknande information."

Om de inte är på olika ställen, alltså. Under pandemin blev forskare intresserade av att förstå hur interhjärnans synkronisering kan förändras när människor pratar ansikte mot ansikte över video. I en studie, publicerades i slutet av 2022, Dumas och hans kollegor mätte hjärnaktiviteten hos mammor och deras preteen-barn när de kommunicerade via onlinevideo. Parens hjärnor synkroniserades knappt, mycket mindre än när de pratade personligen. Sådan dålig synkronisering mellan hjärnan på nätet kan hjälpa till att förklara varför Zoom-möten tenderar att vara så tröttsamt, enligt studiens författare.

"Det finns en massa saker i ett Zoom-samtal som saknas jämfört med en öga mot öga-interaktion", sa Hamilton, som inte var involverad i forskningen. "Din ögonkontakt är lite annorlunda eftersom kamerapositionen är fel. Ännu viktigare är att din gemensamma uppmärksamhet är annorlunda.”

Att identifiera de nödvändiga ingredienserna för att interbrain-synkronisering ska uppstå – vare sig det är ögonkontakt, leende eller att dela ett mål – kan hjälpa oss att bättre uppnå fördelarna med att synka med andra. När vi är på samma våglängd blir saker helt enkelt lättare.

Emergent fördelar

Den kognitiva neuroforskaren Suzanne Dikker gillar att omfamna sin kreativa sida genom att använda konst för att studera hur mänskliga hjärnor fungerar. För att fånga den svårfångade föreställningen om att vara på samma våglängd skapade hon och hennes kollegor Ömsesidig vågmaskin: hälften konstinstallation, hälften neurovetenskapligt experiment. Mellan 2013 och 2019 kunde förbipasserande i en mängd olika städer runt om i världen - Madrid, New York, Toronto, Aten, Moskva och andra - koppla ihop sig med en annan person för att utforska intern synkronisering. De skulle sitta i två skalliknande strukturer vända mot varandra medan de bar ett elektroencefalografheadset för att mäta deras hjärnaktivitet. När de interagerade i 10 minuter, tändes skalen med visuella projektioner som fungerade som neurofeedback: Ju ljusare projektionerna är, desto mer kopplade deras hjärnvågor. Vissa par fick dock inte veta att projektionernas ljusstyrka reflekterade deras synkroninivå, medan andra visades falska projektioner.

När Dikker och hennes kollegor analyserade resultaten, publicerad 2021, fann de att par som visste att de såg neurofeedback växte mer synkroniserade med tiden - en effekt som drivs av deras motivation att hålla fokus på sin partner, förklarade forskarna. Ännu viktigare, deras ökade synkronisering ökade hur socialt sammankopplade paret kände sig. Att komma på samma hjärnvåglängd, visade det sig, kunde hjälpa till att bygga relationer.

Dikker studerade också denna idé i en mindre konstnärlig miljö: klassrummet. I ett provisoriskt klassrum i ett laboratorium handlade en naturvetenskapslärare på gymnasiet grupper på upp till fyra elever medan Dikker och hennes kollegor registrerade deras hjärnaktivitet. I en studie publicerades på preprint-servern biorxiv.org 2019, forskarna rapporterade att ju mer elevernas och lärarens hjärnor synkroniserades, desto bättre behöll eleverna materialet när de testades en vecka senare. A 2022 analys som tittade på 16 studier bekräftade att synkronisering mellan hjärnan verkligen är kopplad till bättre inlärning.

"Den person som är mest uppmärksam eller bäst låser högtalarens signal kommer också att vara mest synkroniserad med andra människor som också är bäst uppmärksamma på vad högtalaren säger," sa Dikker.

Det är inte bara inlärning som verkar förstärkt när våra hjärnor är synkroniserade utan också teamprestationer och samarbete. I en annan studie av Dikker och hennes kollegor, brainstormade grupper om fyra personer kreativa användningsområden för en tegelsten eller rangordnade föremål som var nödvändiga för att överleva en flygkrasch. Resultaten visade att ju bättre deras hjärnvågor synkroniserades, desto bättre utförde de dessa uppgifter som grupp. Andra studier har under tiden funnit att neuralt synkroniserade team inte bara kommunicera bättre men även överträffa andra på kreativa aktiviteter som t.ex tolka poesi.

Medan många studier har kopplat synkronisering mellan hjärnan med bättre inlärning och prestanda, kvarstår frågan om synkroniseringen faktiskt orsakar sådana förbättringar. Kan det istället vara ett mått på engagemang? "Barnen som uppmärksammar läraren kommer att visa mer synkronisering med den läraren eftersom de är mer engagerade," sa Holroyd. "Men det betyder inte att synkrona processer faktiskt bidrar på något sätt till interaktionen och till lärandet."

Ändå antyder djurförsök att neural synkroni verkligen kan leda till förändringar i beteende. När den neurala aktiviteten hos möss mättes genom att låta dem bära små topphattformade sensorer, till exempel interbrain synchrony förutspått om och hur djuren skulle interagera i framtiden. "Det är ganska starka bevis för att det finns ett orsakssamband mellan de två," sa Novembre.

Hos människor kommer de starkaste bevisen från experiment som använder elektrisk hjärnstimulering för att generera intern synkronisering. När elektroder väl har placerats på människors hårbotten kan elektriska strömmar passera mellan elektroderna för att få neuronaktivitet i människors hjärnor att synkroniseras. 2017, Novembre och hans team utförde den första of sådana experiment. Resultaten antydde att synkronisering av hjärnvågor i betabandet, som är kopplat till motoriska funktioner, förbättrade deltagarnas förmåga att synkronisera sina kroppsrörelser - i det här fallet att trumma en rytm med fingrarna.

Flera studier har nyligen replikerat Novembres fynd. I slutet av 2023, fann forskare att när människors hjärnvågor väl är synkroniserade med elektrisk stimulering, förbättrades deras förmåga att samarbeta i ett enkelt datorspel avsevärt. Och förra sommaren, visade andra forskare att när två hjärnor väl blir synkroniserade blir människor bättre på att överföra information och förstå varandra.

Vetenskapen är ny, så juryn är fortfarande ute på om det finns ett sant orsakssamband mellan synkronisering och samverkande mänskligt beteende. Trots det visar vetenskapen om neural synkroni oss redan hur vi tjänar på när vi gör saker i synk med andra. På en biologisk nivå är vi anslutna.