De sociale fordele ved at få vores hjerner synkroniseret | Quanta Magasinet

Den berømte polske klaverduo Marek og Wacek brugte ikke noder, når de spillede livekoncerter. Og alligevel optrådte parret perfekt synkroniseret på scenen. På tilstødende klaverer opfangede de legende forskellige musikalske temaer, blandede klassisk musik med jazz og improviserede i realtid.

"Vi gik med strømmen," sagde Marek Tomaszewski, der optrådte med Wacek Kisielewski indtil Waceks død i 1986. "Det var ren sjov."

Pianisterne så ud til at læse hinandens tanker ved at udveksle blikke. Det var, sagde Marek, som om de var på samme bølgelængde. En voksende mængde forskning tyder på, at det kunne have været bogstaveligt talt sandt.

Snesevis af nylige eksperimenter, der studerer hjerneaktiviteten hos mennesker, der optræder og arbejder sammen - duettpianister, kortspillere, lærere og studerende, puslespil og andre - viser, at deres hjernebølger kan tilpasse sig et fænomen kendt som interpersonel neural synkronisering, også kendt som interbrain synkronisering.

"Der er nu en masse forskning, der viser, at mennesker, der interagerer sammen, viser koordinerede neurale aktiviteter," sagde Giacomo Novembre, en kognitiv neurovidenskabsmand ved det italienske teknologiske institut i Rom, som udgav et nøglepapir om interpersonel neural synkronisering sidste sommer. Undersøgelserne er kommet ud med et stigende klip i løbet af de sidste par år - et så sent som sidste uge — da nye værktøjer og forbedrede teknikker har finpudset videnskaben og teorien.

De opdager, at synkronisering mellem hjerner har fordele. Det er forbundet med bedre problemløsning, læring og samarbejde, og endda med adfærd, der hjælper andre til en personlig pris. Hvad mere er, nyere undersøgelser, hvor hjerner blev stimuleret med en elektrisk strøm, antyder, at synkronisering i sig selv kan forårsage den forbedrede ydeevne observeret af videnskabsmænd.

"Kognition er noget, der ikke kun sker i kraniet, men i forbindelse med miljøet og med andre mennesker," sagde Guillaume Dumas, professor i beregningspsykiatri ved University of Montreal. At forstå, hvornår og hvordan vores hjerner synkroniserer, kan hjælpe os med at kommunikere mere effektivt, designe bedre klasseværelser og hjælpe teams med at samarbejde.

Synkronisering

Mennesker har ligesom andre sociale dyr en tilbøjelighed til at synkronisere deres adfærd. Hvis du går ved siden af ​​nogen, vil du sandsynligvis begynde at gå i takt. Hvis to personer sidder ved siden af ​​hinanden i gyngestole, er chancerne for, at de begynder at gynge i samme tempo.

Sådan adfærdsmæssig synkronisering, forskning viser, gør os mere tillidsfulde, hjælper os med at knytte bånd og skruer op for vores sociale instinkter. I en studere, dans i sync fik deltagerne til at føle sig følelsesmæssigt tæt på hinanden - meget mere end grupper, der bevægede sig asynkront. I en anden undersøgelse, deltagere, der sang ord rytmisk, var mere tilbøjelige til at samarbejde i et investeringsspil. Selv en simpel gåtur i forening med en person fra et etnisk minoritet kan mindske fordomme.

”Koordination er et kendetegn for social interaktion. Det er virkelig afgørende,” sagde Novembre. "Når koordinationen er svækket, er social interaktion dybt svækket."

Når vores bevægelser koordinerer, opstår der også utallige synkroniseringer, der er usynlige for det blotte øje, inde i vores kroppe. Når folk trommer sammen, banker deres hjerter sammen. Behandlernes og deres patienters hjertefrekvens kan synkroniseres under sessioner (især hvis det terapeutiske forhold fungerer godt), og det kan ægtepar også. Andre fysiologiske processer, såsom vores vejrtrækningshastighed og hudkonduktansniveauer, kan også stemme overens med andre menneskers.

Kan aktivitet i vores hjerne synkroniseres? I 1965 udkom tidsskriftet Videnskab offentliggjort resultaterne af en eksperiment der foreslog det kan. Forskere fra Thomas Jefferson University i Philadelphia testede par af identiske tvillinger ved at indsætte elektroder under deres hovedbund for at måle deres hjernebølger - en teknik kaldet elektroencefalografi. Forskerne rapporterede, at når tvillingerne opholdt sig i separate rum, hvis en af ​​dem lukkede deres øjne, ville hjernebølgerne fra begge afspejle bevægelsen. Piggene på elektroencefalografen på den ene tvilling spejlede pigge på den andens.

Undersøgelsen var dog metodisk fejlbehæftet. Forskerne havde testet flere tvillingepar, men publicerede kun resultater fra det par, hvor de observerede synkronisering. Dette hjalp ikke det spirende akademiske felt. I årtier blev forskning om interhjernesynkroni skubbet ind i kategorien "underlige paranormale særheder" og blev ikke taget alvorligt.

Feltets omdømme begyndte at ændre sig i begyndelsen af ​​2000'erne med populariseringen af hyperscanning, en teknik, der lader videnskabsmænd scanne hjernen på flere interagerende mennesker samtidigt. I første omgang involverede dette at bede frivillige par om at ligge i separate fMRI-maskiner, hvilket i høj grad begrænsede den slags undersøgelser, som videnskabsmænd kunne udføre. Forskere var til sidst i stand til at bruge funktionel nær-infrarød spektroskopi (fNIRS), som måler aktiviteten af ​​neuroner i de ydre lag af cortex. Den store fordel ved denne teknologi er dens brugervenlighed: Frivillige kan spille trommer eller studere i et klasseværelse, mens de bærer fNIRS-hætter, der ligner badehætter med en lang række kabler, der stikker ud.

Da flere mennesker interagerede, mens de bar fNIRS-hætter, begyndte forskerne at finde synkroniseret intern aktivitet i regioner i hele hjernen, som varierede efter opgave og studieopsætning. De observerede også hjernebølger, som repræsenterer elektriske mønstre i neuronal affyring, synkroniserede ved flere frekvenser. Ved en elektroencefalografaflæsning af to synkroniserede hjerner svinger linjerne, der repræsenterer hver persons neurale aktivitet, sammen: Når den ene stiger op eller styrter ned, gør den anden det også, dog nogle gange med en tidsforsinkelse. Af og til opstår hjernebølger i spejlbilleder - når én persons går op, går den andens ned på samme tid og med en lignende størrelse - hvilket nogle forskere også betragter som en form for synkronisering.

Med nye værktøjer blev det mere og mere klart, at interbrain-synkroni hverken var metafysisk mumbo-jumbo eller et produkt af fejlagtig forskning. "[Signalet] er der bestemt," sagde Antonia Hamilton, social neuroforsker ved University College London. Det, der viste sig at være sværere at forstå, var, hvordan to uafhængige hjerner i to separate kroppe kunne vise lignende aktivitet på tværs af rummet. Nu, sagde Hamilton, er det store spørgsmål "Hvad fortæller det os?"

Opskriften på Synchrony

Novembre har længe været fascineret af, hvordan mennesker koordinerer sig for at nå fælles mål. Hvordan samarbejder musikere - for eksempel duetterpianister - så godt? Alligevel tænkte det på dyr, som f.eks ildfluer synkroniserer deres blink, der satte ham på vej til at studere de ingredienser, der er nødvendige for, at interhjernesynkronisering kan opstå.

I betragtning af at synkronisering er "så udbredt på tværs af så mange forskellige arter," huskede han, "tænkte jeg: 'OK, så er der måske en meget enkel måde at forklare det på'."

Novembre og hans kolleger lavede et eksperiment, udgivet sidste sommer, hvor par frivillige ikke gjorde andet end at sidde over for hinanden, mens kameraudstyr sporede bevægelserne af deres øjne, ansigt og krop. Nogle gange kunne de frivillige se hinanden; andre gange var de adskilt af en skillevæg. Forskerne fandt ud af, at så snart de frivillige så hinanden i øjnene, synkroniserede deres hjernebølger øjeblikkeligt. Smiling viste sig endnu mere kraftfuldt til at justere hjernebølger.

"Der er noget spontant ved synkroni," sagde Novembre.

Bevægelse er også forbundet med synkroniseret hjernebølgeaktivitet. I Novembres undersøgelse, når folk bevægede deres kroppe synkront - hvis f.eks. den ene løftede deres hånd og den anden gjorde det samme - ville deres neurale aktivitet matche med en lille forsinkelse. Imidlertid går interhjernesynkroni ud over at spejle fysiske bevægelser. I en undersøgelse af pianister, der spiller duetter udgivet sidste efterår, fik et sammenbrud i adfærdssynkronisering ikke de to hjerner til at desynkronisere.

En anden vigtig ingrediens for ansigt-til-ansigt neural synkronisering ser ud til at være gensidig forudsigelse: at forudse en anden persons reaktioner og adfærd. Hver person "bevæger deres hænder eller deres ansigt eller deres krop, eller de taler," forklarede Hamilton, "og reagerer også på den anden persons handlinger." For eksempel når mennesker spillede det italienske kortspil Tressette, partnernes neurale aktivitet synkroniserede sammen - men deres modstanders hjerner passede ikke med dem.

Deling af mål og fælles opmærksomhed synes ofte at være afgørende for interbrain-synkronisering. I et eksperiment udført i Kina måtte tre-personers grupper samarbejde om at løse et problem. Der var et twist: Et teammedlem var en forsker, der kun foregav at engagere sig i opgaven, nikkede og kommenterede, når det var passende, men ikke rigtig bekymrede sig om resultatet. Hans hjerne synkroniserede ikke med ægte teammedlemmers.

Men nogle kritikere hævder, at udseendet af synkroniseret hjerneaktivitet ikke er bevis på nogen form for forbindelse, men snarere kan forklares ved, at folk reagerer på et fælles miljø. "Overvej to personer, der lytter til den samme radiostation i to forskellige rum," skrev Clay Holroyd, en kognitiv neurovidenskab ved Gent Universitet i Belgien, som ikke studerer interhjernesynkroni, i et papir fra 2022. "[Interbrain-synkroni] kan øges under sange, som de begge nyder sammenlignet med sange, som de begge finder kedelige, men dette ville ikke være en konsekvens af direkte hjerne-til-hjerne-kobling."

For at teste denne kritik designede forskere fra University of Pittsburgh og Temple University et eksperiment, hvor deltagerne arbejdede forskelligt på en fokuseret opgave: fuldende et puslespil. De frivillige lavede enten et puslespil i fællesskab eller arbejdede med identiske puslespil hver for sig, side om side. Mens der var en vis intern synkronisering mellem puslespillere, der arbejdede uafhængigt, var den meget større hos dem, der samarbejdede.

For Novembre tyder disse og lignende resultater på, at interhjernesynkronisering er mere end en miljøartefakt. "Så længe du måler hjerner under social interaktion, bliver du altid nødt til at håndtere dette problem," sagde han. "Hjerner i social interaktion vil blive udsat for lignende information."

Medmindre de er forskellige steder, altså. Under pandemien voksede forskere interesserede i at forstå, hvordan interhjernesynkronisering kan ændre sig, når folk taler ansigt til ansigt over video. I en undersøgelse, udgivet i slutningen af ​​2022, Dumas og hans kolleger målte hjerneaktiviteten hos mødre og deres børn, når de kommunikerede via onlinevideo. Parrenes hjerner synkroniserede næsten ikke, meget mindre end da de talte personligt. Sådan dårlig interhjernesynkronisering online kunne hjælpe med at forklare, hvorfor Zoom-møder har tendens til at være så trættende, ifølge undersøgelsens forfattere.

"Der er en masse ting i et Zoom-opkald, der mangler sammenlignet med en ansigt-til-ansigt interaktion," sagde Hamilton, som ikke var involveret i forskningen. “Din øjenkontakt er lidt anderledes, fordi kameraets placering er forkert. Endnu vigtigere er, at jeres fælles opmærksomhed er anderledes.”

At identificere de nødvendige ingredienser for, at interhjernesynkronisering kan opstå - det være sig øjenkontakt, smil eller deling af et mål - kunne hjælpe os med bedre at opnå fordelene ved at synkronisere med andre. Når vi er på samme bølgelængde, bliver tingene simpelthen nemmere.

Emergent Fordele

Den kognitive neuroforsker Suzanne Dikker kan lide at omfavne sin kreative side ved at bruge kunst til at studere, hvordan menneskelige hjerner fungerer. For at fange den undvigende forestilling om at være på samme bølgelængde, skabte hun og hendes kolleger Gensidig bølgemaskine: halvt kunstinstallation, halvt neurovidenskabeligt eksperiment. Mellem 2013 og 2019 kunne forbipasserende i en række byer rundt om i verden - Madrid, New York, Toronto, Athen, Moskva og andre - danne par med en anden person for at udforske intern synkronisering. De ville sidde i to skallignende strukturer over for hinanden, mens de bar et elektroencefalograf-headset for at måle deres hjerneaktivitet. Mens de interagerede i 10 minutter, ville skallerne lyse op med visuelle projektioner, der fungerede som neurofeedback: Jo lysere projektionerne var, jo mere koblede deres hjernebølger. Nogle par fik dog ikke at vide, at projektionernes lysstyrke afspejlede deres synkroniseringsniveau, mens andre blev vist falske projektioner.

Når Dikker og hendes kolleger analyseret resultaterne, udgivet i 2021, fandt de ud af, at par, der vidste, at de så neurofeedback, voksede mere synkront over tid - en effekt drevet af deres motivation til at forblive fokuseret på deres partner, forklarede forskerne. Endnu vigtigere er det, at deres øgede synkronisering øgede, hvor socialt forbundet parret følte sig. At komme på samme hjernebølgelængde, så det ud til, kunne hjælpe med at opbygge relationer.

Dikker studerede også denne idé i et mindre kunstnerisk miljø: klasseværelset. I et interimistisk klasseværelse i et laboratorium underviste en naturfagslærer på gymnasiet grupper på op til fire elever, mens Dikker og hendes kolleger registrerede deres hjerneaktivitet. I et studie postet på preprint-serveren biorxiv.org i 2019, rapporterede forskerne, at jo mere elevernes og lærerens hjerner synkroniserede, jo bedre beholdt eleverne materialet, når de blev testet en uge senere. A 2022 analyse der så på 16 undersøgelser bekræftede, at interhjernesynkronisering faktisk er forbundet med bedre læring.

"Den person, der er mest opmærksom på eller bedst låser sig til talerens signal, vil også være mest synkroniseret med andre mennesker, som også er bedst opmærksomme på, hvad taleren siger," sagde Dikker.

Det er ikke kun læring, der ser ud til at blive boostet, når vores hjerner er synkroniseret, men også teamets præstation og samarbejde. I en anden undersøgelse af Dikker og hendes kolleger brainstormede grupper på fire personer kreative anvendelser af en mursten eller rangordnede genstande, der var nødvendige for at overleve et flystyrt. Resultaterne viste, at jo bedre deres hjernebølger synkroniserede, jo bedre udførte de disse opgaver som en gruppe. Andre undersøgelser har i mellemtiden fundet ud af, at neuralt synkroniserede hold ikke kun kommunikere bedre men også overgå andre på kreative aktiviteter som f.eks fortolker poesi.

Mens mange undersøgelser har forbundet interbrain-synkroni med bedre indlæring og ydeevne, er spørgsmålet stadig, om synkroniseringen faktisk forårsager sådanne forbedringer. Kunne det i stedet være et mål for engagement? "De børn, der er opmærksomme på læreren, vil vise mere synkronisering med den lærer, fordi de er mere engagerede," sagde Holroyd. "Men det betyder ikke, at synkrone processer faktisk bidrager på en eller anden måde til interaktionen og til læringen."

Alligevel tyder dyreforsøg på, at neural synkronisering faktisk kan føre til ændringer i adfærd. Når musenes neurale aktivitet blev målt ved at lade dem bære bittesmå tophatformede sensorer, for eksempel interhjernesynkronisering forudsagt om og hvordan dyrene ville interagere i fremtiden. "Det er et ret stærkt bevis på, at der er en årsagssammenhæng mellem de to," sagde Novembre.

Hos mennesker kommer de stærkeste beviser fra eksperimenter, der bruger elektrisk hjernestimulering til at generere intern synkronisering. Når først elektroder er placeret på folks hovedbund, kan elektriske strømme sendes mellem elektroderne for at få neuronal aktivitet i folks hjerner til at synkronisere. I 2017, Novembre og hans team udførte den første of sådanne eksperimenter. Resultaterne tydede på, at synkronisering af hjernebølger i beta-båndet, som er forbundet med motoriske funktioner, forbedrede deltagernes evne til at synkronisere deres kropsbevægelser - i dette tilfælde trommer en rytme med fingrene.

Adskillige undersøgelser har for nylig gentaget Novembres resultater. I slutningen af ​​2023, fandt forskere ud af, at når først folks hjernebølger er synkroniseret ved elektrisk stimulering, forbedredes deres evne til at samarbejde i et simpelt computerspil betydeligt. Og sidste sommer, viste andre videnskabsmænd, at når to hjerner bliver synkroniseret, bliver folk bedre til at overføre information og forstå hinanden.

Videnskaben er ny, så juryen er stadig i tvivl om, hvorvidt der er sand årsagssammenhæng mellem synkronisering og samarbejdende menneskelig adfærd. Alligevel viser videnskaben om neural synkroni os allerede, hvordan vi drager fordel, når vi gør ting i sync med andre. På et biologisk plan er vi kablet til at forbinde.