Az agyunk szinkronizálásának társadalmi előnyei | Quanta Magazin

A neves lengyel zongoraduó, Marek és Wacek nem használt kottát élő koncerteken. A színpadon a páros mégis tökéletesen szinkronban jelent meg. A szomszédos zongorákon játékosan vettek fel különféle zenei témákat, keverték a klasszikus zenét a jazz-szel, és valós időben improvizáltak.

„Mentünk az árral” – mondta Marek Tomaszewski, aki Wacek Kisielewskivel lépett fel egészen Wacek 1986-os haláláig. „Tiszta szórakozás volt.”

A zongoristák úgy tűnt, olvastak egymás gondolataiban, miközben pillantást váltottak. Olyan volt, mondta Marek, mintha egy hullámhosszon lennének. Egyre több kutatás utal arra, hogy ez szó szerint igaz is lehetett.

A közelmúltban fellépő és együtt dolgozó emberek agytevékenységét tanulmányozó több tucat kísérlet – duett zongoristák, kártyajátékosok, tanárok és diákok, kirakósok és mások – azt mutatják, hogy agyhullámaik egy interperszonális neurális szinkronizációként ismert jelenséghez igazodhatnak, más néven interbrain. szinkron.

"Most sok olyan kutatás létezik, amelyek azt mutatják, hogy az együtt kölcsönhatásban lévő emberek összehangolt idegi tevékenységet mutatnak" - mondta Giacomo Novembre, a római Olasz Technológiai Intézet kognitív idegtudósa, aki publikálta egy kulcspapír az interperszonális idegi szinkronizálásról tavaly nyáron. A tanulmányok egyre nagyobb számban jelentek meg az elmúlt néhány évben – egy mostanában a múlt héten – mivel új eszközök és továbbfejlesztett technikák csiszolták a tudományt és az elméletet.

Úgy találják, hogy az agyak közötti szinkronnak vannak előnyei. Összefügg a jobb problémamegoldással, tanulással és együttműködéssel, sőt olyan viselkedésekkel is, amelyek személyes költséggel segítik másokon. Ráadásul a legújabb tanulmányok, amelyekben az agyat elektromos árammal stimulálták, arra utalnak, hogy maga a szinkron is okozhatja a tudósok által megfigyelt jobb teljesítményt.

„A megismerés nem csak a koponyában történik, hanem a környezettel és más emberekkel kapcsolatban” – mondta. Guillaume Dumas, a Montreali Egyetem számítógépes pszichiátria professzora. Ha megértjük, mikor és hogyan szinkronizál az agyunk, az segíthet hatékonyabban kommunikálni, jobb osztálytermeket tervezni, és segítheti a csapatok együttműködését.

Belépés a szinkronba

Az emberek, más társas állatokhoz hasonlóan, hajlamosak viselkedésük szinkronizálására. Ha valaki mellett sétálsz, valószínűleg lépésben kezdesz járni. Ha két ember ül egymás mellett hintaszékben, nagy eséllyel hasonló ütemben kezdenek ringatni.

Ilyen viselkedési szinkron, a kutatás azt mutatja, bíztatóbbá tesz bennünket, segíti a kötődést és felerősíti társasági ösztöneinket. Egyben tanulmány, a szinkronban táncoló résztvevők érzelmileg közel érezték magukat egymáshoz – sokkal inkább, mint az aszinkron módon mozgó csoportok. Ban ben egy másik tanulmány, a résztvevők, akik ritmikusan énekelték a szavakat, nagyobb valószínűséggel működtek együtt egy befektetési játékban. Még egy egyszerű séta is egy etnikai kisebbséghez tartozó személlyel csökkenti az előítéleteket.

„A koordináció a társadalmi interakció egyik jellemzője. Ez nagyon fontos” – mondta Novembre. "Ha a koordináció károsodott, a szociális interakció is mélyen károsodik."

Amikor mozgásaink összehangolódnak, a testünkben is számtalan szabad szemmel láthatatlan szinkronizáció keletkezik. Amikor az emberek együtt dobnak, együtt dobog a szívük. A terapeuták és pácienseik pulzusa szinkronizálódhat az ülések során (főleg, ha a terápiás kapcsolat jól működik), és a házaspároké is. Más fiziológiai folyamatok, mint például a légzési sebességünk és a bőr vezetőképességi szintjei, szintén összhangban állnak más emberek folyamataival.

Szinkronizálható-e az agyunk aktivitása? 1965-ben a folyóirat Tudomány közzétette egy eredményeit kísérlet ami azt sugallta, hogy lehet. A philadelphiai Thomas Jefferson Egyetem tudósai egypetéjű ikerpárokat teszteltek úgy, hogy elektródákat helyeztek a fejbőrük alá, hogy megmérték az agyhullámokat – ezt a technikát elektroencefalográfiának nevezik. A kutatók arról számoltak be, hogy amikor az ikrek külön szobában maradtak, ha egyikük becsukta a szemét, mindkettő agyhullámai tükrözték a mozgást. Az egyik iker elektroencefalográfájának tüskéi a másik tüskéit tükrözték.

A tanulmány azonban módszertanilag hibás volt. A kutatók több ikerpárt is teszteltek, de csak abból a párból publikáltak eredményt, amelyben szinkront figyeltek meg. Ez nem segített a virágzó tudományos pályán. Évtizedeken keresztül az agyközi szinkronnal kapcsolatos kutatások a „furcsa paranormális furcsaság” kategóriába kerültek, és nem vették komolyan.

A terület hírneve a 2000-es évek elején kezdett megváltozni a népszerűsítésével hiperszkennelés, egy olyan technika, amely lehetővé teszi a tudósok számára, hogy egyidejűleg több kölcsönhatásban lévő ember agyát is átvizsgálják. Eleinte ez azt jelentette, hogy önkéntes párokat kértek fel, hogy feküdjenek külön fMRI-gépekben, ami nagymértékben korlátozta a tudósok által végezhető tanulmányok körét. A kutatóknak végül sikerült alkalmazniuk a funkcionális közeli infravörös spektroszkópiát (fNIRS), amely a kéreg külső rétegeiben lévő neuronok aktivitását méri. Ennek a technológiának a nagy előnye a könnyű használhatóság: az önkéntesek dobolhatnak vagy tanulhatnak az osztályteremben, miközben fNIRS sapkát viselnek, amely úszósapkákra hasonlít, és sok kábel kilóg.

Amikor többen interakcióba léptek, miközben fNIRS sapkát viseltek, a tudósok szinkronizált interneurális aktivitást kezdtek találni a házban régiók az egész agyban, amely feladat- és tanulmánybeállításonként változott. Megfigyelték az agyhullámokat is, amelyek a neuronok tüzelésének elektromos mintázatait képviselik, és számos frekvencián szinkronizálódnak. Két szinkronizált agy elektroencefalográfos leolvasásakor az egyes személyek idegi tevékenységét jelző vonalak együtt ingadoznak: Amikor az egyik felfelé vagy lefelé ugrik, a másik is, bár néha időeltolással. Esetenként agyhullámok jelennek meg tükrözött képekben – amikor az egyik ember felfelé megy, a másiké ugyanabban az időben és hasonló nagyságrendben lemegy –, amit egyes kutatók szintén a szinkron egyik formájának tekintenek.

Az új eszközökkel egyre világosabbá vált, hogy az agyközi szinkron nem metafizikai halandzsa, és nem is hibás kutatás eredménye. "[A jel] határozottan ott van" - mondta Antonia Hamilton, a University College London szociális idegtudósa. Nehezebbnek bizonyult megérteni, hogy két független agy két külön testben hogyan képes hasonló tevékenységet mutatni az űrben. Hamilton szerint a nagy kérdés az, hogy „mit mond ez nekünk?”

A szinkron receptje

Novembre-t régóta lenyűgözi az, hogy az emberek hogyan koordinálják a közös célokat. Hogyan működnek együtt ilyen jól a zenészek – például a duett-zongoristák? Mégis az állatokra gondolt, mint pl szentjánosbogarak szinkronizálják vakukat, ami ráirányította az agyközi szinkron létrejöttéhez szükséges összetevők tanulmányozására.

Tekintettel arra, hogy a szinkron „olyan széles körben elterjedt sok különböző faj között”, emlékezett vissza: „Azt gondoltam: „Rendben, akkor lehet, hogy van valami nagyon egyszerű módja annak, hogy megmagyarázzuk”.

Novembre és kollégái létrehoztak egy kísérletet, tavaly nyáron jelent meg, amelyben az önkéntes párok nem csináltak mást, mint egymással szemben ültek, miközben a kameraberendezések követték szemük, arcuk és testük mozgását. Néha az önkéntesek láthatták egymást; máskor válaszfal választotta el őket. A kutatók azt találták, hogy amint az önkéntesek egymás szemébe néztek, agyhullámaik azonnal szinkronizálódtak. A mosolygás még erősebbnek bizonyult az agyhullámok összehangolásában.

„Van valami spontán a szinkronban” – mondta Novembre.

A mozgás is összefügg a szinkronizált agyhullámtevékenységgel. Novembre tanulmányában, amikor az emberek szinkronban mozgatták a testüket – ha mondjuk az egyik felemeli a kezét, a másik pedig ugyanezt teszi –, az idegi aktivitásuk egy kis késéssel megegyezett. Az agyközi szinkron azonban túlmutat a fizikai mozgások tükrözésén. Duetteket játszó zongoristákról szóló tanulmányban tavaly ősszel jelent meg, a viselkedési szinkron meghibásodása nem okozta a két agy szinkronizálását.

A szemtől szembeni neurális szinkron másik fontos összetevője a kölcsönös előrejelzés: egy másik személy reakcióinak és viselkedésének előrejelzése. Mindenki "mozgatja a kezét, az arcát vagy a testét, vagy beszél" - magyarázta Hamilton -, és reagál a másik ember cselekedeteire. Például amikor az emberek játszott az olasz Tressette kártyajátékkal, a partnerek idegi tevékenysége szinkronizálódott – de ellenfeleik agya nem igazodott hozzájuk.

A közös célok és a közös figyelem gyakran kulcsfontosságúnak tűnik az agyközi szinkronizálásban. Egy Kínában végzett kísérletben háromfős csoportoknak kellett együttműködni a probléma megoldásában. Volt egy csavar: a csapat egyik tagja olyan kutató volt, aki csak úgy tett, mintha részt venne a feladatban, bólintott és megjegyzéseket tett, ha szükséges, de nem igazán törődött az eredménnyel. Az agya nem volt szinkronban az igazi csapattagok agyával.

Egyes kritikusok azonban azzal érvelnek, hogy a szinkronizált agyi tevékenység megjelenése nem bizonyíték semmiféle kapcsolatra, hanem inkább azzal magyarázható, hogy az emberek reagálnak a közös környezetre. „Vegyük fontolóra, hogy két ember ugyanazt a rádióállomást hallgatja két különböző szobában” – írta Clay Holroyd, a belgiumi Genti Egyetem kognitív idegtudománya, aki nem tanulmányozza az agyközi szinkront, egy 2022-es lapban. „Az [agyközi szinkron] fokozódhat olyan dalok közben, amelyeket mindketten élveznek azokhoz a dalokhoz képest, amelyeket mindketten unalmasnak találnak, de ez nem az agy és az agy közötti közvetlen kapcsolat következménye.”

Ennek a kritikának a tesztelésére a Pittsburghi Egyetem és a Temple Egyetem tudósai olyan kísérletet terveztek, amelyben a résztvevők eltérően dolgoztak egy fókuszált feladaton: rejtvény kitöltése. Az önkéntesek vagy közösen állítottak össze egy rejtvényt, vagy külön-külön, egymás mellett dolgoztak azonos rejtvényeken. Míg volt némi interneurális szinkron az egymástól függetlenül dolgozó fejtörők között, ez sokkal nagyobb volt azokban, akik együttműködtek.

Novembre számára ezek és a hasonló eredmények azt sugallják, hogy az agyközi szinkron több mint környezeti műtermék. "Amíg a társas interakció során méri az agyat, mindig meg kell küzdenie ezzel a problémával" - mondta. "A társas interakcióban lévő agyak hasonló információknak lesznek kitéve."

Hacsak nem különböző helyeken vannak. A világjárvány idején a kutatókat egyre jobban érdekelte, hogy megértsék, hogyan változhat meg az agyközi szinkron, amikor az emberek szemtől szembe beszélnek videón. Az egyik tanulmányban 2022 végén jelent megDumas és munkatársai az anyák és kiskorú gyermekeik agyi aktivitását mérték, amikor online videón keresztül kommunikáltak. A párok agya alig szinkronizált, sokkal kevésbé, mint amikor személyesen beszélgettek. A tanulmány szerzői szerint az ilyen gyenge agyközi online szinkronizálás magyarázatot adhat arra, hogy a Zoom-találkozók miért olyan fárasztóak.

„A Zoom-hívásból egy csomó olyan dolog hiányzik, mint a személyes interakció” – mondta Hamilton, aki nem vett részt a kutatásban. „Kicsit más a szemkontaktusod, mert rossz a kamera pozicionálása. Még ennél is fontosabb, hogy a közös figyelmed más."

Az agyközi szinkron létrejöttéhez szükséges összetevők azonosítása – legyen az szemkontaktus, mosolygás vagy közös cél – segíthet abban, hogy jobban ki tudjuk használni a másokkal való szinkronizálás előnyeit. Ha egy hullámhosszon vagyunk, a dolgok egyszerűen könnyebbé válnak.

Kibontakozó előnyök

A kognitív idegtudós Suzanne Dikker szereti felkarolni kreatív oldalát azáltal, hogy a művészet segítségével tanulmányozza az emberi agy működését. Hogy megragadja az azonos hullámhosszon való tartózkodás megfoghatatlan fogalmát, kollégáival megalkották a Kölcsönös hullámgép: félig művészeti installáció, félig idegtudományi kísérlet. 2013 és 2019 között a járókelők a világ számos városában – Madridban, New Yorkban, Torontóban, Athénban, Moszkvában és másokban – párba léphettek egy másik személlyel, hogy felfedezzék az interneurális szinkront. Két kagylószerű szerkezetben ülnének egymással szemben, miközben elektroencefalográfos fejhallgatót viseltek agyi aktivitásuk mérésére. Ahogy 10 percig kölcsönhatásba léptek, a kagylók vizuális vetületekkel világítottak, amelyek neurofeedbackként szolgáltak: Minél világosabbak a vetületek, annál jobban kapcsolódnak az agyhullámok. Egyes pároknak azonban nem mondták el, hogy a vetítések fényereje tükrözi a szinkronszintjüket, míg másoknak hamis vetítést mutattak.

Amikor Dikker és kollégái elemezte az eredményeketA 2021-ben megjelent tanulmányban azt találták, hogy azok a párok, akik tudták, hogy neurofeedbacket látnak, idővel jobban szinkronizálódtak – ezt a hatást az a motiváció vezérli, hogy partnerükre összpontosítsanak – magyarázták a kutatók. Ennél is fontosabb, hogy a megnövekedett szinkronitásuk növelte a pár szociális kapcsolatának érzését. Úgy tűnt, hogy az azonos agyi hullámhosszra jutás segíthet a kapcsolatok kiépítésében.

Dikker ezt az ötletet egy kevésbé művészi környezetben is tanulmányozta: az osztályteremben. Egy laboratórium egy ideiglenes osztálytermében egy középiskolai természettudományos tanár legfeljebb négy diákból álló csoportokat tanított, miközben Dikker és kollégái feljegyezték agyi tevékenységüket. Ban ben Egy tanulmány A biorxiv.org preprint szerverre 2019-ben közzétett cikkben a kutatók arról számoltak be, hogy minél jobban szinkronizálódott a diákok és a tanárok agya, annál jobban megőrizték a tanulók az anyagot, amikor egy héttel később tesztelték őket. Egy 2022 elemzés 16 tanulmányt vizsgálva megerősítette, hogy az agyközi szinkron valóban összefügg a jobb tanulással.

„Az a személy, aki a legtöbb figyelmet fordít vagy a legjobban rögzíti a hangszóró jelét, az lesz a legjobban szinkronban másokkal is, akik szintén a legjobban figyelnek arra, amit a beszélő mond” – mondta Dikker.

Nemcsak a tanulás tűnik fellendülőnek, ha agyunk szinkronban van, hanem a csapat teljesítménye és együttműködése is. Egy másik tanulmányban Dikker és munkatársai négyfős csoportok ötletelték a téglák vagy rangsorolt ​​tárgyak kreatív felhasználását, amelyek elengedhetetlenek egy repülőgép-szerencsétlenség túléléséhez. Az eredmények azt mutatták, hogy minél jobban szinkronizálódtak agyhullámaik, annál jobban teljesítették ezeket a feladatokat csoportosan. Más tanulmányok eközben azt találták, hogy a neurálisan szinkronizált csapatok nemcsak jobban kommunikálni hanem túlszárnyal másokat olyan kreatív tevékenységekben, mint pl költészet értelmezése.

Bár sok tanulmány összekapcsolta az agyközi szinkront a jobb tanulással és teljesítménnyel, továbbra is kérdés, hogy a szinkron valóban okoz-e ilyen javulást. Lehetne inkább az elkötelezettség mértéke? „Azok a gyerekek, akik odafigyelnek a tanárra, nagyobb szinkront fognak mutatni a tanárral, mert jobban elköteleződnek” – mondta Holroyd. "De ez nem jelenti azt, hogy a szinkron folyamatok valójában valamilyen módon hozzájárulnak az interakcióhoz és a tanuláshoz."

Az állatkísérletek azonban azt sugallják, hogy az idegi szinkron valóban változásokhoz vezethet a viselkedésben. Amikor az egerek idegi aktivitását úgy mérték, hogy apró cilinder alakú érzékelőket viseltek, például agyközi szinkront. megjósolta, hogy vajon és hogyan az állatok a jövőben kölcsönhatásba lépnek. „Ez elég erős bizonyíték arra, hogy ok-okozati összefüggés van a kettő között” – mondta Novembre.

Embereknél a legerősebb bizonyíték azokból a kísérletekből származik, amelyek elektromos agystimulációt használnak az interneurális szinkron létrehozására. Miután az elektródákat az emberek fejbőrére helyezték, elektromos áramot lehet átvezetni az elektródák között, hogy az emberek agyában a neuronális aktivitás szinkronizálódjon. 2017-ben Novembre és csapata végezte az elsőt of ilyen kísérletek. Az eredmények azt sugallták, hogy az agyhullámok szinkronizálása a béta sávban, amely a motoros funkciókhoz kapcsolódik, javította a résztvevők azon képességét, hogy szinkronizálják testmozgásaikat – ebben az esetben az ujjaikkal dobnak egy ritmust.

A közelmúltban több tanulmány is megismételte Novembre eredményeit. A késői 2023, a kutatók azt találták, hogy miután az emberek agyhullámait elektromos stimulációval szinkronizálták, jelentősen javult az együttműködési képességük egy egyszerű számítógépes játékban. És tavaly nyáronMás tudósok kimutatták, hogy amint két agy szinkronizálódik, az emberek jobban tudnak információt adni és megérteni egymást.

A tudomány új, így a zsűri még mindig nem tudja eldönteni, hogy van-e valódi okozati összefüggés a szinkron és az együttműködő emberi viselkedés között. Ennek ellenére a neurális szinkron tudománya már most megmutatja nekünk, milyen hasznunkra válik, ha másokkal szinkronban csináljuk a dolgokat. Biológiai szinten a csatlakozáshoz vagyunk kötve.