让我们的大脑同步的社会效益|广达杂志

著名的波兰钢琴二重奏马雷克和瓦塞克在现场演奏音乐会时没有使用乐谱。然而在舞台上，两人表现得非常同步。在相邻的钢琴上，他们俏皮地演奏了各种音乐主题，将古典音乐与爵士乐融为一体，并实时即兴创作。

“我们顺其自然，”Marek Tomaszewski 说道，他一直与 Wacek Kisielewski 一起演出，直至 1986 年 Wacek 去世。“这纯粹是一种乐趣。”

钢琴家们似乎通过交换眼神来读懂彼此的想法。马雷克说，就好像他们处于同一波长上。越来越多的研究表明这可能确实是真的。

最近的数十项实验研究了一起表演和工作的人们（钢琴二重奏者、纸牌玩家、教师和学生、拼图游戏者等）的大脑活动，结果表明，他们的脑电波可以在一种称为人际神经同步（也称为脑间同步）的现象中对齐。同步。

“现在有很多研究表明，人们在一起互动时会表现出协调的神经活动，”说 贾科莫·诺文布尔，罗马意大利理工学院的认知神经科学家，他发表了 关键文件 去年夏天关于人际神经同步的研究。过去几年，这些研究的结果越来越多——最近的一项研究 上星期 ——新的工具和改进的技术磨练了科学和理论。

他们发现大脑之间的同步有好处。它与更好地解决问题、学习和合作有关，甚至与以个人成本帮助他人的行为有关。更重要的是，最近用电流刺激大脑的研究表明，同步本身可能会导致科学家观察到的性能提高。

“认知不仅发生在头骨中，而且与环境和其他人有关，”说 纪尧姆·杜马斯蒙特利尔大学计算精神病学教授。了解我们的大脑何时以及如何同步可以帮助我们更有效地沟通、设计更好的教室并帮助团队合作。

进入同步

人类和其他社会性动物一样，有同步行为的倾向。如果您走在某人旁边，您可能会开始步调一致。如果两个人并排坐在摇椅上，他们很可能会以相似的速度开始摇晃。

这样的行为同步， 研究表明，，让我们更加信任，帮助我们建立联系并激发我们的社交本能。合而为一 根据一项研究，同步跳舞让参与者在情感上彼此感觉更亲近——比异步移动的团体更是如此。在 另一项研究中，有节奏地念诵单词的参与者更有可能在投资游戏中进行合作。即使是与少数民族人一起简单地走一走也可以 减少偏见.

“协调是社交互动的标志。这确实至关重要，”November 说。 “当协调能力受损时，社交互动就会受到严重损害。”

当我们的动作协调时，我们体内也会出现无数肉眼看不见的同步现象。当人们一起击鼓时，他们的心就一起跳动。治疗师和患者的心率可以在治疗期间同步（特别是在治疗关系良好的情况下），已婚夫妇的心率也可以同步。其他生理过程，例如我们的呼吸频率和皮肤电导水平，也可能与其他人的生理过程一致。

我们大脑的活动可以同步吗？ 1965年，该杂志 科学 发表了一项研究结果 实验 这表明可以。费城托马斯杰斐逊大学的科学家通过在双胞胎头皮下插入电极来测量他们的脑电波来测试一对同卵双胞胎，这种技术称为脑电图术。研究人员报告说，当双胞胎住在不同的房间时，如果其中一人闭上眼睛，两人的脑电波都会反映这一动作。双胞胎中的一个的脑电图上的尖峰与另一个的脑电波上的尖峰是镜像的。

然而，这项研究在方法论上存在缺陷。研究人员测试了几对双胞胎，但仅公布了他们观察到同步的那对双胞胎的结果。这对新兴的学术领域没有帮助。几十年来，关于脑间同步的研究被推入“奇怪的超自然现象”类别，并且没有得到认真对待。

随着 2000 年代初的普及，该领域的声誉开始发生变化 超扫描，这项技术可以让科学家同时扫描几个互动的人的大脑。起初，这涉及要求成对的志愿者躺在不同的功能磁共振成像机器中，这极大地限制了科学家可以进行的研究类型。研究人员最终能够使用功能性近红外光谱（fNIRS）来测量皮层外层神经元的活动。该技术的巨大优势在于其易用性：志愿者可以戴着 fNIRS 帽子打鼓或在教室学习，这种帽子类似于带有大量电缆伸出的泳帽。

当多人戴着 fNIRS 帽子进行互动时，科学家们开始发现同步的神经间活动 整个大脑区域，这因任务和研究设置而异。他们还观察到脑电波，代表神经元放电的电模式，以多个频率同步。在两个同步大脑的脑电图读数中，代表每个人神经活动的线条一起波动：每当一个人的神经活动上升或下降时，另一个人也会随之上升或下降，尽管有时会有时间滞后。偶尔，脑电波会出现在镜像中——当一个人的脑电波上升时，另一个人的脑电波会同时下降，且幅度相似——一些研究人员也认为这是一种同步形式。

有了新的工具，人们越来越清楚地认识到，脑间同步既不是形而上学的胡言乱语，也不是错误研究的产物。 “[信号]肯定存在，”说 安东尼娅·汉密尔顿，伦敦大学学院的社会神经科学家。事实证明，更难理解的是两个独立身体中的两个独立大脑如何在空间中表现出相似的活动。汉密尔顿说，现在最大的问题是“这告诉我们什么？”

同步的秘诀

Novembre 长期以来一直对人类如何协调以实现共同目标着迷。音乐家（例如二重奏钢琴家）如何如此良好地合作？然而它正在考虑动物，例如 萤火虫同步闪光，这使他走上了研究脑间同步产生所需成分的道路。

鉴于同步性“在如此多的不同物种中如此普遍”，他回忆道，“我想：‘好吧，那么可能有一些非常简单的方法来解释它。’”

Novembre 和他的同事们进行了一项实验， 去年夏天出版，其中一对志愿者什么也不做，只是面对面坐着，而摄像设备跟踪他们的眼睛、面部和身体的运动。有时候，志愿者们可以看到彼此；有时候，志愿者们可以看到彼此。有时他们被隔板隔开。研究人员发现，当志愿者互相注视对方的眼睛时，他们的脑电波立即同步。事实证明，微笑对于调整脑电波更为有效。

“同步性是自发的，”Novembre 说。

运动也与同步脑电波活动有关。在 Novembre 的研究中，当人们同步移动身体时——比如，一个人举起手，另一个人也做同样的动作——他们的神经活动会匹配，但略有滞后。然而，脑间同步不仅仅是反映身体运动。在对钢琴家二重奏的研究中 去年秋天发表，行为同步的崩溃并没有导致两个大脑不同步。

面对面神经同步的另一个重要因素似乎是相互预测：预测另一个人的反应和行为。汉密尔顿解释说，每个人都在“移动他们的手、他们的脸、他们的身体，或者他们在说话，并且也会对另一个人的行为做出反应。”例如，当人们 玩过意大利纸牌游戏 Tressette，合作伙伴的神经活动同步——但对手的大脑却与他们不一致。

共享目标和共同关注通常对于脑间同步至关重要。在中国进行的一项实验中，三人组必须 合作解决问题。有一个转折：一名团队成员是一名研究人员，他只是假装参与这项任务，在适当的时候点头和评论，但并不真正关心结果。他的大脑与真正的团队成员的大脑不同步。

然而，一些批评者认为，同步大脑活动的出现并不是任何类型联系的证据，而是可以通过人们对共享环境的反应来解释。 “考虑一下两个人在两个不同的房间里收听同一个广播电台，”写道 克莱·霍洛伊德比利时根特大学认知神经科学家，不研究脑间同步， 在2022年的一篇论文中。 “与他们都觉得无聊的歌曲相比，在他们都喜欢的歌曲中，[脑间同步]可能会增加，但这并不是大脑与大脑直接耦合的结果。”

为了检验这种批评，匹兹堡大学和天普大学的科学家设计了一项实验，让参与者以不同的方式完成一项重点任务： 完成一个谜题。志愿者们要么合作组装一个谜题，要么并排单独完成相同的谜题。虽然独立工作的解谜者之间存在一定的神经间同步性，但合作者的神经间同步性要大得多。

对于 Novembre 来说，这些和类似的发现表明，脑间同步不仅仅是环境的影响。 “只要你在社交互动过程中测量大脑，你就永远不得不处理这个问题，”他说。 “社交互动中的大脑会接触到类似的信息。”

除非他们在不同的地方，否则。在大流行期间，研究人员对了解当人们通过视频面对面交谈时脑间同步可能如何变化产生了兴趣。在一项研究中， 于 2022 年底发布杜马斯和他的同事测量了母亲和青春期前的孩子通过在线视频交流时的大脑活动。两人的大脑几乎不同步，远不如他们面对面交谈时的同步。该研究的作者表示，在线大脑间的同步性如此之差可能有助于解释为什么 Zoom 会议往往如此令人疲惫。

“与面对面的互动相比，Zoom 通话中缺少很多东西，”没有参与这项研究的汉密尔顿说。 “你的目光接触有点不同，因为相机的位置是错误的。更重要的是，你们的共同关注点是不同的。”

确定脑间同步产生的必要因素——无论是眼神交流、微笑还是分享目标——可以帮助我们更好地获得与他人同步的好处。当我们志同道合时，事情就会变得更容易。

新兴优势

认知神经科学家 苏珊娜·迪克 喜欢通过艺术来研究人类大脑的工作原理，展现自己的创造力。为了捕捉同一波长这一难以捉摸的概念，她和她的同事创造了 互波机：一半是艺术装置，一半是神经科学实验。 2013 年至 2019 年间，世界各地不同城市（马德里、纽约、多伦多、雅典、莫斯科等）的路人可以与另一个人配对，探索神经间同步性。他们坐在两个面对面的壳状结构中，同时戴着脑电图耳机来测量他们的大脑活动。当他们互动 10 分钟时，贝壳会亮起视觉投影，作为神经反馈：投影越亮，他们的脑电波耦合得越多。然而，一些配对并没有被告知投影的亮度反映了他们的同步水平，而其他配对则被显示了错误的投影。

当迪克和她的同事们 分析结果研究人员解释说，在 2021 年发表的研究中，他们发现，随着时间的推移，知道自己看到神经反馈的情侣会变得更加同步——这是由他们专注于伴侣的动机驱动的。更重要的是，他们高度的同步性增加了两人的社交联系感。看来，获得相同的大脑波长有助于建立关系。

迪克还在一个不那么艺术化的环境中研究了这个想法：教室。在实验室的临时教室里，一名高中科学老师辅导最多四名学生，而迪克和她的同事则记录他们的大脑活动。在 一项研究 研究人员于 2019 年发布到预印本服务器 biorxiv.org 上，报告称，学生和老师的大脑越同步，一周后测试时学生对材料的记忆力就越好。 2022年 分析 16 项研究证实，脑间同步确实与更好的学习能力有关。

迪克说：“最关注或最能锁定演讲者信号的人也将与其他同样最关注演讲者所说内容的人保持最同步。”

当我们的大脑同步时，不仅学习效果会得到提升，团队表现和合作也会得到提升。 在另一项研究中 在 Dikker 和她的同事的带领下，四人小组集思广益，集思广益，讨论了一块砖块的创造性用途，或者对飞机失事中生存所必需的物品进行了排序。结果表明，他们的脑电波同步得越好，他们作为一个团队执行这些任务的效果就越好。与此同时，其他研究发现，神经同步的团队不仅 更好地沟通 而且在创造性活动上也超越了其他人，例如 诠释诗歌.

尽管许多研究将脑间同步与更好的学习和表现联系起来，但问题仍然是同步是否真的能带来这种改善。它可以作为参与度的衡量标准吗？ “那些关注老师的孩子会表现出与老师更加同步，因为他们更加投入，”霍尔罗伊德说。 “但这并不意味着同步过程实际上以某种方式对交互和学习做出了贡献。”

然而动物实验表明，神经同步确实可以导致行为改变。例如，当通过让小鼠佩戴微小的礼帽形状的传感器来测量小鼠的神经活动时，脑间同步性 预测是否以及如何 动物们将来会互动。 “这是强有力的证据，表明两者之间存在因果关系，”诺文布雷说。

在人类中，最有力的证据来自使用脑电刺激产生神经间同步的实验。一旦将电极放置在人们的头皮上，电流就可以在电极之间通过，从而使人们大脑中的神经元活动同步。 2017年，Novemberre和他的团队 进行了第一次 of 这样的实验。结果表明，与运动功能相关的β波段脑电波的同步增强了参与者同步身体动作的能力——在这种情况下，用手指敲击节奏。

最近的几项研究重复了 Novembre 的发现。 在后期2023研究人员发现，一旦人们的脑电波通过电刺激同步，他们在简单的电脑游戏中的合作能力就会显着提高。 还有去年夏天其他科学家表明，一旦两个大脑变得同步，人们就会更好地传递信息和相互理解。

由于科学是新的，因此对于人类行为的同步性和合作性之间是否存在真正的因果关系，目前还没有定论。即便如此，神经同步科学已经向我们展示了当我们与他人同步做事时我们如何受益。在生物学层面上，我们生来就有联系。