Соціальні переваги синхронізації нашого мозку | Журнал Quanta

Відомий польський фортепіанний дует Марек і Вацек не використовував ноти під час живих концертів. І все ж на сцені пара постала ідеально синхронно. На сусідніх піаніно вони грайливо підбирали різні музичні теми, поєднували класичну музику з джазом і імпровізували в реальному часі.

«Ми пливли за течією, — сказав Марек Томашевський, який виступав із Вацеком Кісілевським аж до смерті Вацека в 1986 році. — Це було справжнє задоволення».

Піаністи ніби прочитали думки один одного, переглянувшись. Це було, сказав Марек, ніби вони були на одній хвилі. Все більше досліджень показують, що це могло бути буквально правдою.

Десятки нещодавніх експериментів, які вивчають мозкову активність людей, які виступають і працюють разом — піаністів, гравців у карти, викладачів і студентів, розгадувачів головоломок та інших — показують, що їхні мозкові хвилі можуть вирівнюватися у феномені, відомому як міжособистісна нейронна синхронізація, також відома як міжмозкова синхронність.

«Зараз існує багато досліджень, які показують, що люди, які взаємодіють разом, демонструють скоординовану нейронну діяльність», — сказав Джакомо Новембре, когнітивний нейробіолог з Італійського технологічного інституту в Римі, який опублікував ключовий папір про міжособистісну нейронну синхронізацію минулого літа. Протягом останніх кількох років кількість досліджень з’явилася все частіше — одне нещодавно минулого тижня — оскільки нові інструменти та вдосконалені методи відточили науку та теорію.

Вони виявляють, що синхронність між мозками має переваги. Це пов’язано з кращим вирішенням проблем, навчанням і співпрацею, і навіть з поведінкою, яка допомагає іншим за особисту ціну. Більше того, нещодавні дослідження, під час яких мозок стимулювався електричним струмом, натякають на те, що сама синхронність може спричинити покращену продуктивність, яку спостерігали вчені.

«Пізнання — це те, що відбувається не лише в черепі, але й у зв’язку з навколишнім середовищем та іншими людьми», — сказав Гійом Дюма, професор комп’ютерної психіатрії Монреальського університету. Розуміння того, коли і як наш мозок синхронізується, може допомогти нам ефективніше спілкуватися, створювати кращі класи та допомагати командам співпрацювати.

Встановлення синхронізації

Люди, як і інші соціальні тварини, мають схильність синхронізувати свою поведінку. Якщо ви йдете поруч з кимось, ви, швидше за все, почнете крокувати. Якщо двоє людей сидять поруч у кріслах-гойдалках, швидше за все, вони почнуть гойдатися з однаковою швидкістю.

Така поведінкова синхронність, Дослідження показують,, робить нас більш довірливими, допомагає нам налагодити зв’язок і активізує наші інстинкти товариства. В одному вчитися, синхронні танці змушували учасників відчувати емоційну близькість один до одного — набагато більше, ніж групи, які рухалися асинхронно. в інше дослідженняучасники, які ритмічно скандували слова, з більшою ймовірністю співпрацювали в інвестиційній грі. Навіть проста прогулянка в унісон з людиною з національної меншини може зменшити упередження.

«Координація є ознакою соціальної взаємодії. Це справді важливо», — сказав Новембре. «Коли координація порушена, соціальна взаємодія глибоко порушена».

Коли наші рухи координуються, усередині нашого тіла також виникає безліч синхронізацій, невидимих ​​неозброєним оком. Коли люди барабанять разом, їхні серця б'ються разом. Частота серцевих скорочень терапевтів і їхніх пацієнтів може синхронізуватися під час сеансів (особливо, якщо терапевтичні стосунки працюють добре), а також у подружніх пар. Інші фізіологічні процеси, такі як частота дихання та рівень провідності шкіри, також можуть збігатися з процесами інших людей.

Чи може активність нашого мозку синхронізуватися? У 1965 р. журн наука опублікував результати ан експеримент це свідчило про те, що можна. Вчені з Університету Томаса Джефферсона у Філадельфії протестували пари однояйцевих близнюків, вставивши їм електроди під шкіру голови, щоб виміряти їхні мозкові хвилі — метод, який називається електроенцефалографією. Дослідники повідомили, що коли близнюки залишалися в окремих кімнатах, якщо один із них закривав очі, мозкові хвилі обох відображали рух. Спайки на електроенцефалографі одного близнюка відображають спайки іншого.

Проте дослідження було методологічно помилковим. Дослідники протестували кілька пар близнюків, але опублікували результати лише тієї пари, в якій вони спостерігали синхронність. Це не допомогло зростаючій академічній сфері. Десятиліттями дослідження міжмозкової синхронії вводили в категорію «дивних паранормальних примх» і не сприймали всерйоз.

Репутація галузі почала змінюватися на початку 2000-х із популяризацією гіперсканування, техніка, яка дозволяє вченим одночасно сканувати мозок кількох взаємодіючих людей. Спочатку це включало прохання пар добровольців лежати в окремих апаратах фМРТ, що значно обмежувало види досліджень, які могли виконувати вчені. Зрештою дослідники змогли використати функціональну ближню інфрачервону спектроскопію (fNIRS), яка вимірює активність нейронів у зовнішніх шарах кори. Великою перевагою цієї технології є простота її використання: волонтери можуть грати на барабанах або навчатися в класі, одягнувши кепки fNIRS, які нагадують шапочки для плавання з безліччю кабелів, що стирчать.

Коли кілька людей взаємодіяли під час носіння кепок fNIRS, вчені почали знаходити синхронну міжнейронну активність у регіонів по всьому мозку, який змінювався залежно від завдання та налаштування дослідження. Вони також спостерігали мозкові хвилі, які представляють електричні шаблони в нейронах, що синхронізуються на кількох частотах. На електроенцефалографі двох синхронізованих мізків лінії, що представляють нейронну активність кожної людини, флуктуюють разом: щоразу, коли одна різко підвищується або падає, це робить і інша, хоча іноді з затримкою в часі. Іноді мозкові хвилі з’являються у дзеркальному відображенні — коли хвилі однієї людини підвищуються, інші опускаються одночасно та з такою ж силою — що деякі дослідники також вважають формою синхронності.

З новими інструментами ставало дедалі очевиднішим, що міжмозкова синхронія не була ані метафізичною балаканиною, ані продуктом помилкових досліджень. «[Сигнал] точно є», — сказав Антонія Гамільтон, соціальний нейробіолог з Університетського коледжу Лондона. Те, що виявилося важчим для розуміння, так це те, як два незалежні мізки, у двох окремих тілах, можуть виявляти однакову діяльність у просторі. Тепер, сказав Гамільтон, головне питання: «Що це нам говорить?»

Рецепт синхронності

Novembre вже давно захоплюється тим, як люди координують зусилля для досягнення спільних цілей. Як музиканти — наприклад, піаністи-дуети — так добре співпрацюють? І все ж думалося про тварин, наприклад світлячки синхронізують свої спалахи, що поставило його на шлях вивчення інгредієнтів, необхідних для виникнення міжмозкової синхронії.

З огляду на те, що синхронність «настільки широко поширена серед багатьох різних видів», згадував він, «я подумав: «Добре, тоді може бути якийсь дуже простий спосіб це пояснити».

Новембр і його колеги влаштували експеримент, опубліковано минулого літа, під час якого пари добровольців нічого не робили, а сиділи один навпроти одного, а камери відстежували рухи їхніх очей, обличчя та тіла. Іноді волонтери могли бачити один одного; в інший час вони були розділені перегородкою. Дослідники виявили, що як тільки волонтери дивилися один одному в очі, їхні мозкові хвилі миттєво синхронізувалися. Посмішка виявилася ще більш потужною для вирівнювання мозкових хвиль.

«У синхронії є щось спонтанне», — сказав Новембре.

Рух також пов’язаний із синхронізованою активністю мозкових хвиль. У дослідженні Новембра, коли люди рухалися своїми тілами синхронно — якщо, скажімо, один підняв руку, а інший зробив те саме — їх нервова активність збігалася з невеликою затримкою. Однак міжмозкова синхронність виходить за рамки віддзеркалення фізичних рухів. У дослідженні піаністів, що грають дуетами опубліковано минулої осені, збій у поведінковій синхронності не спричинив десинхронізацію двох мізків.

Іншим важливим компонентом нейронної синхронії віч-на-віч є взаємне передбачення: передбачення відповідей і поведінки іншої людини. Кожна людина «рухає руками, обличчям або тілом, або говорить, — пояснив Гамільтон, — а також реагує на дії іншої людини». Наприклад, коли люди грав в італійську карткову гру Tressette, нейронна активність партнерів синхронізувалась, але мозок їхніх опонентів не узгоджувався з ними.

Обмін цілями та спільна увага часто виявляються вирішальними для міжмозкової синхронізації. В експерименті, проведеному в Китаї, групи з трьох осіб повинні були співпрацювати у вирішенні проблеми. Був поворот: одним із членів команди був дослідник, який лише вдавав, що бере участь у виконанні завдання, кивав головою та коментував, коли це було доречно, але насправді не піклувався про результат. Його мозок не синхронізувався з мозком справжніх членів команди.

Однак деякі критики стверджують, що поява синхронізованої активності мозку не є доказом будь-якого зв’язку, а радше може бути пояснена тим, що люди реагують на спільне середовище. «Уявіть, що двоє людей слухають одну і ту ж радіостанцію в двох різних кімнатах», — написав він Клей Холройд, фахівець з когнітивної нейронауки в Гентському університеті в Бельгії, який не вивчає міжмозкову синхронність, у статті 2022 року. «[Міжмозкова синхронність] може посилюватися під час пісень, які їм обом подобаються, порівняно з піснями, які вони обидва вважають нудними, але це не буде наслідком прямого зв’язку між мозками».

Щоб перевірити цю критику, вчені з Університету Пітсбурга та Університету Темпл розробили експеримент, у якому учасники по-різному працювали над цілеспрямованим завданням: складання головоломки. Волонтери або збирали пазл спільно, або працювали над ідентичними пазлами окремо, пліч-о-пліч. Хоча існувала певна внутрішньонейронна синхронія між головоломками, які працювали незалежно, вона була набагато більшою у тих, хто співпрацював.

Для Novembre ці та подібні висновки свідчать про те, що міжмозкова синхронність — це щось більше, ніж артефакт середовища. «Поки ви вимірюваєте мозок під час соціальної взаємодії, вам завжди доведеться мати справу з цією проблемою», — сказав він. «Мозок під час соціальної взаємодії буде піддаватися подібній інформації».

Якщо вони не знаходяться в різних місцях, тобто. Під час пандемії дослідники почали цікавитися тим, як може змінитися міжмозкова синхронність, коли люди спілкуються віч-на-віч по відео. В одному дослідженні опубліковано наприкінці 2022 рокуДюма та його колеги вимірювали мозкову активність матерів та їхніх дітей підліткового віку, коли вони спілкувалися за допомогою онлайн-відео. Мозок пар ледь синхронізувався, набагато менше, ніж під час особистої розмови. За словами авторів дослідження, така погана міжмозкова синхронність онлайн може допомогти пояснити, чому зустрічі в Zoom, як правило, такі виснажливі.

«У виклику Zoom є купа речей, яких не вистачає порівняно з особистою взаємодією», — сказав Гамільтон, який не брав участі в дослідженні. «Ваш зоровий контакт дещо інший, тому що камера розміщена неправильно. Що ще важливіше, ваша спільна увага відрізняється».

Визначення необхідних інгредієнтів для виникнення міжмозкової синхронії — будь то зоровий контакт, посмішка чи спільна мета — може допомогти нам краще отримати переваги синхронізації з іншими. Коли ми на одній хвилі, все стає легше.

Виникаючі переваги

Когнітивний нейробіолог Сюзанна Діккер любить охоплювати свою творчу сторону, використовуючи мистецтво для вивчення того, як працює людський мозок. Щоб вловити невловиме уявлення про перебування на одній хвилі, вона та її колеги створили Машина взаємних хвиль: наполовину арт-інсталяція, наполовину нейронауковий експеримент. У період з 2013 по 2019 рік перехожі в різних містах світу — Мадриді, Нью-Йорку, Торонто, Афінах, Москві та інших — могли об’єднатися з іншою людиною, щоб дослідити міжнейронну синхронність. Вони сиділи в двох структурах, схожих на мушлі, навпроти один одного, надягаючи навушники електроенцефалографа для вимірювання активності їх мозку. Коли вони взаємодіяли протягом 10 хвилин, оболонки засвітилися візуальними проекціями, які слугували нервовим зворотним зв’язком: чим яскравіші проекції, тим сильніше пов’язані їхні мозкові хвилі. Однак деяким парам не сказали, що яскравість проекцій відображає рівень їхньої синхронності, а іншим показали помилкові проекції.

Коли Діккер та її колеги проаналізували результати, опублікованому в 2021 році, вони виявили, що пари, які знали, що бачать нервовий зворотний зв’язок, з часом ставали більш синхронними — ефект, зумовлений їхньою мотивацією залишатися зосередженим на своєму партнері, пояснили дослідники. Що ще важливіше, їхня підвищена синхронність підвищила рівень соціального зв’язку пари. Виявилося, що перебування на одній хвилі мозку може допомогти налагодити стосунки.

Діккер також вивчав цю ідею в менш мистецькій обстановці: у класі. У імпровізованому класі в лабораторії вчитель природничих наук середньої школи навчав групи до чотирьох учнів, а Діккер та її колеги записували їх мозкову активність. в дослідження опублікований на сервері препринтів biorxiv.org у 2019 році, дослідники повідомили, що чим більше синхронізувалися мізки учнів і вчителів, тим краще учні запам’ятовували матеріал під час тестування через тиждень. 2022 рік аналіз який розглянув 16 досліджень, підтвердив, що міжмозкова синхронність справді пов’язана з кращим навчанням.

«Людина, яка приділяє найбільшу увагу або найкраще сприймає сигнал мовця, також буде найбільш синхронізована з іншими людьми, які також приділяють найкращу увагу тому, що говорить мовець», — сказав Діккер.

Коли наш мозок синхронізований, здається, покращується не лише навчання, а й ефективність команди та співпраця. В іншому дослідженні Діккером та її колегами групи з чотирьох людей обмірковували творче використання цегли або предметів, необхідних для виживання в авіакатастрофі. Результати показали, що чим краще синхронізувалися їхні мозкові хвилі, тим краще вони виконували ці завдання як група. Тим часом інші дослідження виявили, що нервово-синхронізовані команди не тільки краще спілкуватися але й перевершити інших у творчій діяльності, наприклад тлумачення поезії.

Незважаючи на те, що багато досліджень пов’язують міжмозкову синхронність із кращим навчанням і продуктивністю, залишається питання, чи справді синхронність спричиняє такі покращення. Чи може це натомість бути мірою залучення? «Діти, які звертають увагу на вчителя, демонструватимуть більше синхронності з ним, тому що вони більш залучені», — сказав Холройд. «Але це не означає, що синхронні процеси насправді якимось чином сприяють взаємодії та навчанню».

Проте експерименти на тваринах свідчать про те, що нервова синхронія справді може призвести до змін у поведінці. Коли нейронну активність мишей вимірювали за допомогою крихітних датчиків у формі циліндра, наприклад, міжмозкової синхронії передбачив чи і як тварини будуть взаємодіяти в майбутньому. «Це досить переконливий доказ того, що між ними існує причинно-наслідковий зв’язок», — сказав Новембре.

У людей найпереконливіші докази отримані від експериментів, які використовують електричну стимуляцію мозку для створення міжнейронної синхронії. Коли електроди поміщені на шкіру голови людей, електричний струм може проходити між електродами, щоб синхронізувати нейронну активність у мозку людей. У 2017 році Новембре та його команда виконав перш of такі експерименти. Результати показали, що синхронізація мозкових хвиль у бета-діапазоні, яка пов’язана з руховими функціями, покращує здатність учасників синхронізувати рухи свого тіла — у цьому випадку барабанити ритм пальцями.

Кілька досліджень нещодавно повторили висновки Novembre. Наприкінці 2023Дослідники виявили, що як тільки мозкові хвилі людей синхронізуються за допомогою електричної стимуляції, їх здатність співпрацювати в простій комп’ютерній грі значно покращується. І минулого літа, інші вчені показали, що коли два мізки синхронізуються, люди стають краще передавати інформацію та розуміти один одного.

Наука є новою, тому присяжні ще не знають, чи існує справжня причинно-наслідковий зв’язок між синхронністю та кооперативною поведінкою людей. Незважаючи на це, наука про нейронну синхронію вже показує нам, яку користь ми отримуємо, коли робимо щось синхронно з іншими. На біологічному рівні ми налаштовані на зв’язок.