Das renommierte polnische Klavierduo Marek und Wacek verzichtete bei Live-Konzerten auf Noten. Und doch wirkten die beiden auf der Bühne perfekt synchron. Auf den daneben stehenden Klavieren griffen sie spielerisch verschiedene musikalische Themen auf, vermischten klassische Musik mit Jazz und improvisierten in Echtzeit.

„Wir ließen uns treiben“, sagte Marek Tomaszewski, der bis zu Waceks Tod 1986 mit Wacek Kisielewski auftrat. „Es hat Spaß gemacht.“

Die Pianisten schienen die Gedanken des anderen zu lesen, indem sie Blicke austauschten. Es sei, sagte Marek, als ob sie auf einer Wellenlänge lägen. Eine wachsende Zahl von Forschungsergebnissen legt nahe, dass dies im wahrsten Sinne des Wortes wahr sein könnte.

Dutzende neuere Experimente, die die Gehirnaktivität von Menschen untersuchen, die zusammenarbeiten und auftreten – Duett-Pianisten, Kartenspieler, Lehrer und Schüler, Puzzler und andere – zeigen, dass sich ihre Gehirnwellen in einem Phänomen ausrichten können, das als zwischenmenschliche neuronale Synchronisation, auch Interbrain genannt, bekannt ist Synchronität.

„Es gibt mittlerweile viele Untersuchungen, die zeigen, dass Menschen, die miteinander interagieren, koordinierte neuronale Aktivitäten zeigen“, sagte er Giacomo Novembre, ein kognitiver Neurowissenschaftler am Italienischen Institut für Technologie in Rom, der veröffentlicht hat ein Schlüsselpapier über zwischenmenschliche neuronale Synchronisation im letzten Sommer. Die Studienzahlen sind in den letzten Jahren immer häufiger erschienen – eine davon erst vor kurzem letzte Woche – da neue Werkzeuge und verbesserte Techniken die Wissenschaft und Theorie verfeinert haben.

Sie stellen fest, dass die Synchronität zwischen Gehirnen Vorteile hat. Es ist mit besserer Problemlösung, besserem Lernen und besserer Zusammenarbeit verbunden und sogar mit Verhaltensweisen, die anderen auf persönliche Kosten helfen. Darüber hinaus deuten neuere Studien, in denen Gehirne mit elektrischem Strom stimuliert wurden, darauf hin, dass Synchronität selbst die von Wissenschaftlern beobachtete verbesserte Leistung verursachen könnte.

„Kognition geschieht nicht nur im Schädel, sondern in Verbindung mit der Umwelt und mit anderen Menschen“, sagte er Guillaume Dumas, Professor für Computerpsychiatrie an der Universität Montreal. Zu verstehen, wann und wie sich unser Gehirn synchronisiert, könnte uns helfen, effizienter zu kommunizieren, bessere Klassenzimmer zu gestalten und Teams bei der Zusammenarbeit zu unterstützen.

Synchronisieren

Menschen neigen wie andere soziale Tiere dazu, ihr Verhalten zu synchronisieren. Wenn Sie neben jemandem gehen, werden Sie wahrscheinlich im Gleichschritt gehen. Wenn zwei Personen nebeneinander in Schaukelstühlen sitzen, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass sie im gleichen Tempo zu schaukeln beginnen.

Eine solche Verhaltenssynchronität, Forschung zeigt,, macht uns vertrauensvoller, hilft uns, Bindungen aufzubauen und weckt unseren geselligen Instinkt. In Eins StudieDurch synchrones Tanzen fühlten sich die Teilnehmer einander emotional nahe – viel stärker als Gruppen, die sich asynchron bewegten. In eine weitere Studie, Teilnehmer, die Wörter rhythmisch skandierten, waren eher bereit, an einem Investitionsspiel teilzunehmen. Sogar ein einfacher Spaziergang im Einklang mit einer Person, die einer ethnischen Minderheit angehört, kann dies bewirken Vorurteile abbauen.

„Koordination ist ein Kennzeichen sozialer Interaktion. Es ist wirklich entscheidend“, sagte Novembre. „Wenn die Koordination beeinträchtigt ist, ist die soziale Interaktion stark beeinträchtigt.“

Wenn unsere Bewegungen koordiniert werden, entstehen auch in unserem Körper unzählige Synchronisationen, die für das bloße Auge unsichtbar sind. Wenn Menschen zusammen trommeln, schlagen ihre Herzen zusammen. Die Herzfrequenzen von Therapeuten und ihren Patienten können sich während der Sitzungen synchronisieren (insbesondere, wenn die therapeutische Beziehung gut funktioniert), und die von verheirateten Paaren auch. Auch andere physiologische Prozesse wie unsere Atemfrequenz und der Hautleitwert können mit denen anderer Menschen übereinstimmen.

Können Aktivitäten in unserem Gehirn synchronisiert werden? Im Jahr 1965 erschien die Zeitschrift Wissenschaft veröffentlichte die Ergebnisse einer Experiment Das deutete darauf hin, dass es möglich ist. Wissenschaftler der Thomas Jefferson University in Philadelphia testeten eineiige Zwillingspaare, indem sie Elektroden unter ihre Kopfhaut einführten, um ihre Gehirnströme zu messen – eine Technik namens Elektroenzephalographie. Die Forscher berichteten, dass, wenn die Zwillinge in getrennten Räumen blieben und einer von ihnen die Augen schloss, die Gehirnwellen beider die Bewegung widerspiegelten. Die Spitzen auf dem Elektroenzephalogramm eines Zwillings spiegelten die Spitzen auf dem anderen wider.

Die Studie war jedoch methodisch fehlerhaft. Die Forscher hatten mehrere Zwillingspaare getestet, veröffentlichten jedoch nur Ergebnisse von dem Paar, bei dem sie Synchronität beobachteten. Dies hat dem aufkeimenden akademischen Bereich nicht geholfen. Jahrzehntelang wurde die Forschung zur Interhirnsynchronität in die Kategorie „seltsame paranormale Eigenart“ geschoben und nicht ernst genommen.

Der Ruf des Fachgebiets begann sich Anfang der 2000er Jahre mit der Popularisierung von zu ändern Hyperscanning, eine Technik, die es Wissenschaftlern ermöglicht, gleichzeitig die Gehirne mehrerer interagierender Menschen zu scannen. Zunächst mussten dazu Paare von Freiwilligen in getrennten fMRT-Geräten liegen, was die Art der Studien, die Wissenschaftler durchführen konnten, stark einschränkte. Den Forschern gelang es schließlich, die funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) einzusetzen, die die Aktivität von Neuronen in den äußeren Schichten des Kortex misst. Der große Vorteil dieser Technologie ist ihre Benutzerfreundlichkeit: Freiwillige können Schlagzeug spielen oder in einem Klassenzimmer lernen, während sie fNIRS-Kappen tragen, die Badekappen ähneln, aus denen eine Vielzahl hervorstehender Kabel hervorragen.

Als mehrere Personen miteinander interagierten, während sie fNIRS-Kappen trugen, begannen Wissenschaftler, synchronisierte interne neuronale Aktivitäten zu entdecken Regionen im gesamten Gehirn, die je nach Aufgabenstellung und Studienaufbau unterschiedlich waren. Sie beobachteten auch Gehirnwellen, die elektrische Muster beim neuronalen Feuern darstellen und sich bei mehreren Frequenzen synchronisierten. Bei einer elektroenzephalographischen Messung zweier synchronisierter Gehirne schwanken die Linien, die die neuronale Aktivität beider Personen darstellen, gemeinsam: Immer wenn eines ansteigt oder abfällt, tut dies auch das andere, wenn auch manchmal mit einer Zeitverzögerung. Gelegentlich erscheinen Gehirnwellen in gespiegelten Bildern – wenn die Wellen einer Person ansteigen, sinken die Wellen der anderen gleichzeitig und in ähnlicher Stärke – was einige Forscher auch als eine Form der Synchronität betrachten.

Mit neuen Werkzeugen wurde immer deutlicher, dass die Interhirnsynchronität weder metaphysischer Hokuspokus noch das Ergebnis fehlerhafter Forschung war. „[Das Signal] ist definitiv da“, sagte Antonia Hamilton, ein sozialer Neurowissenschaftler am University College London. Schwieriger zu verstehen erwies sich, wie zwei unabhängige Gehirne in zwei getrennten Körpern im gesamten Raum ähnliche Aktivitäten zeigen konnten. Nun, sagte Hamilton, sei die große Frage: „Was sagt uns das?“

Das Rezept für Synchronie

Novembre ist seit langem davon fasziniert, wie Menschen sich koordinieren, um gemeinsame Ziele zu erreichen. Wie können Musiker – zum Beispiel Duett-Pianisten – so gut zusammenarbeiten? Dennoch dachte es an Tiere, wie z Glühwürmchen synchronisieren ihre Blitze, die ihn auf den Weg brachte, die Zutaten zu untersuchen, die für die Entstehung der Interhirnsynchronität erforderlich sind.

Angesichts der Tatsache, dass Synchronität „bei so vielen verschiedenen Arten so weit verbreitet ist“, erinnerte er sich, „dachte ich: ‚Okay, dann gibt es vielleicht eine ganz einfache Möglichkeit, das zu erklären.‘“

Novembre und seine Kollegen führten ein Experiment durch, letzten Sommer erschienen, bei dem Paare von Freiwilligen nichts anderes taten, als sich gegenüberzusitzen, während die Kameraausrüstung die Bewegungen ihrer Augen, ihres Gesichts und ihres Körpers verfolgte. Manchmal konnten sich die Freiwilligen sehen; zu anderen Zeiten waren sie durch eine Trennwand getrennt. Die Forscher fanden heraus, dass sich ihre Gehirnwellen sofort synchronisierten, sobald die Freiwilligen einander in die Augen sahen. Das Lächeln erwies sich als noch wirksamer bei der Ausrichtung der Gehirnwellen.

„Synchronität hat etwas Spontanes“, sagte Novembre.

Auch Bewegung ist mit einer synchronisierten Gehirnwellenaktivität verbunden. Wenn Menschen in Novembres Studie ihren Körper synchron bewegten – wenn beispielsweise einer seine Hand hob und der andere dasselbe tat – stimmte ihre neuronale Aktivität mit einer leichten Verzögerung überein. Allerdings geht die Interhirnsynchronität über die Spiegelung physischer Bewegungen hinaus. In einer Studie über Pianisten, die Duette spielen letzten Herbst veröffentlicht, ein Zusammenbruch der Verhaltenssynchronität führte nicht dazu, dass die beiden Gehirne desynchronisierten.

Ein weiterer wichtiger Faktor für die neuronale Synchronität von Angesicht zu Angesicht scheint die gegenseitige Vorhersage zu sein: das Vorwegnehmen der Reaktionen und Verhaltensweisen einer anderen Person. Jede Person „bewegt ihre Hände, ihr Gesicht oder ihren Körper oder sie spricht“, erklärte Hamilton, „und reagiert auch auf die Handlungen der anderen Person.“ Zum Beispiel, wenn Menschen spielte das italienische Kartenspiel Tressette, die neuronale Aktivität der Partner synchronisierte sich – aber die Gehirne ihrer Gegner stimmten nicht mit ihnen überein.

Das Teilen von Zielen und die gemeinsame Aufmerksamkeit scheinen oft entscheidend für die Synchronisation zwischen den Gehirnen zu sein. In einem in China durchgeführten Experiment mussten Gruppen aus drei Personen durchgeführt werden bei der Lösung eines Problems zusammenarbeiten. Es gab eine Wendung: Ein Teammitglied war ein Forscher, der nur so tat, als würde er sich mit der Aufgabe befassen, nickte und kommentierte, wenn es angebracht war, sich aber nicht wirklich um das Ergebnis kümmerte. Sein Gehirn synchronisierte sich nicht mit denen echter Teammitglieder.

Einige Kritiker argumentieren jedoch, dass das Auftreten einer synchronisierten Gehirnaktivität kein Beweis für irgendeinen Zusammenhang ist, sondern vielmehr dadurch erklärt werden kann, dass Menschen auf eine gemeinsame Umgebung reagieren. „Stellen Sie sich zwei Personen vor, die in zwei verschiedenen Räumen denselben Radiosender hören“, schrieb er Clay Holroyd, ein kognitiver Neurowissenschaftler an der Universität Gent in Belgien, der sich nicht mit der Synchronität zwischen Gehirnen befasst, in einem Papier aus dem Jahr 2022. „[Die Synchronität zwischen den Gehirnen] könnte bei Liedern, die beiden Spaß machen, im Vergleich zu Liedern, die beide langweilig finden, zunehmen, aber das wäre keine Folge einer direkten Gehirn-zu-Gehirn-Kopplung.“

Um diese Kritik zu testen, haben Wissenschaftler der University of Pittsburgh und der Temple University ein Experiment entworfen, bei dem die Teilnehmer unterschiedlich an einer fokussierten Aufgabe arbeiteten: ein Rätsel lösen. Die Freiwilligen stellten entweder gemeinsam ein Puzzle zusammen oder arbeiteten einzeln Seite an Seite an identischen Puzzles. Während es zwischen unabhängig arbeitenden Puzzlern eine gewisse interne Synchronität gab, war sie bei denjenigen, die zusammenarbeiteten, viel größer.

Für Novembre deuten diese und ähnliche Ergebnisse darauf hin, dass die Synchronität zwischen den Gehirnen mehr als nur ein Umweltartefakt ist. „Solange man Gehirne während sozialer Interaktion misst, wird man sich immer mit diesem Problem auseinandersetzen müssen“, sagte er. „Gehirne werden in sozialen Interaktionen ähnlichen Informationen ausgesetzt sein.“

Es sei denn, sie befinden sich an verschiedenen Orten. Während der Pandemie wuchs das Interesse der Forscher daran, zu verstehen, wie sich die Synchronität zwischen den Gehirnen verändern könnte, wenn Menschen per Video von Angesicht zu Angesicht sprechen. In einer Studie, Ende 2022 erschienen, Dumas und seine Kollegen haben die Gehirnaktivität von Müttern und ihren jugendlichen Kindern gemessen, als sie über Online-Videos kommunizierten. Die Gehirne der Paare synchronisierten sich kaum, viel weniger als wenn sie sich persönlich unterhielten. Eine solche schlechte Interhirn-Synchronisation im Internet könnte laut den Autoren der Studie erklären, warum Zoom-Meetings so ermüdend sind.

„Es gibt eine Menge Dinge bei einem Zoom-Anruf, die im Vergleich zu einer persönlichen Interaktion fehlen“, sagte Hamilton, der nicht an der Untersuchung beteiligt war. „Dein Blickkontakt ist etwas anders, weil die Kamerapositionierung falsch ist. Noch wichtiger ist, dass Ihre gemeinsame Aufmerksamkeit anders ist.“

Die Identifizierung der notwendigen Voraussetzungen für die Entstehung einer Interhirn-Synchronisation – sei es Augenkontakt, Lächeln oder das Teilen eines Ziels – könnte uns dabei helfen, die Vorteile der Synchronisierung mit anderen besser zu nutzen. Wenn wir auf einer Wellenlänge sind, wird es einfach einfacher.

Neue Vorteile

Der kognitive Neurowissenschaftler Suzanne Dikker liebt es, ihre kreative Seite auszuleben, indem sie mithilfe von Kunst untersucht, wie das menschliche Gehirn funktioniert. Um die schwer fassbare Vorstellung, auf einer Wellenlänge zu sein, einzufangen, haben sie und ihre Kollegen das geschaffen Gegenseitige Wellenmaschine: halb Kunstinstallation, halb neurowissenschaftliches Experiment. Zwischen 2013 und 2019 konnten sich Passanten in verschiedenen Städten auf der ganzen Welt – Madrid, New York, Toronto, Athen, Moskau und anderen – mit einer anderen Person zusammenschließen, um die interne Synchronität zu erkunden. Sie saßen einander gegenüber in zwei schalenähnlichen Strukturen und trugen ein Elektroenzephalograph-Headset, um ihre Gehirnaktivität zu messen. Während sie 10 Minuten lang interagierten, leuchteten die Muscheln mit visuellen Projektionen auf, die als Neurofeedback dienten: Je heller die Projektionen, desto stärker koppelten ihre Gehirnwellen. Einigen Paaren wurde jedoch nicht mitgeteilt, dass die Helligkeit der Projektionen ihren Synchronitätsgrad widerspiegelte, während anderen Paaren falsche Projektionen angezeigt wurden.

Als Dikker und ihre Kollegen analysierte die ErgebnisseIn der 2021 veröffentlichten Studie fanden sie heraus, dass Paare, die wussten, dass sie Neurofeedback sahen, mit der Zeit synchroner wurden – ein Effekt, der auf ihrer Motivation beruhte, sich weiterhin auf ihren Partner zu konzentrieren, erklärten die Forscher. Noch wichtiger ist, dass ihre erhöhte Synchronität das Gefühl der sozialen Verbundenheit des Paares steigerte. Es schien, als könne es dabei helfen, Beziehungen aufzubauen, wenn man auf die gleiche Gehirnwellenlänge gelangte.

Dikker untersuchte diese Idee auch in einem weniger künstlerischen Umfeld: dem Klassenzimmer. In einem provisorischen Klassenzimmer in einem Labor unterrichtete eine Oberstufenlehrerin für Naturwissenschaften Gruppen von bis zu vier Schülern, während Dikker und ihre Kollegen ihre Gehirnaktivität aufzeichneten. In eine Studie Die Forscher wurden 2019 auf dem Preprint-Server biorxiv.org veröffentlicht und berichteten, dass je mehr die Gehirne der Schüler und Lehrer synchronisiert waren, desto besser konnten die Schüler das Material behalten, wenn sie eine Woche später getestet wurden. Ein 2022 Analyse Die Untersuchung von 16 Studien bestätigte, dass die Synchronität zwischen den Gehirnen tatsächlich mit besserem Lernen verbunden ist.

„Die Person, die am meisten auf das Signal des Sprechers achtet oder sich am besten darauf einlässt, wird auch am besten mit anderen Menschen synchronisiert sein, die ebenfalls am meisten darauf achten, was der Sprecher sagt“, sagte Dikker.

Wenn unsere Gehirne synchron sind, scheint nicht nur das Lernen gefördert zu werden, sondern auch die Teamleistung und Zusammenarbeit. In einer anderen Studie von Dikker und ihren Kollegen entwickelten Gruppen von vier Personen ein Brainstorming über kreative Verwendungsmöglichkeiten für einen Ziegelstein oder Ranglistengegenstände, die für das Überleben eines Flugzeugabsturzes unerlässlich sind. Die Ergebnisse zeigten, dass sie diese Aufgaben als Gruppe umso besser erledigten, je besser ihre Gehirnwellen synchronisiert waren. Andere Studien haben inzwischen herausgefunden, dass neuronal synchronisierte Teams nicht nur besser kommunizieren sondern übertrumpfen auch andere bei kreativen Aktivitäten wie z Gedichte interpretieren.

Während viele Studien die Synchronität zwischen den Gehirnen mit besserem Lernen und besserer Leistung in Verbindung gebracht haben, bleibt die Frage, ob die Synchronität tatsächlich zu solchen Verbesserungen führt. Könnte es stattdessen ein Maß für das Engagement sein? „Die Kinder, die dem Lehrer Aufmerksamkeit schenken, werden mehr Übereinstimmung mit diesem Lehrer zeigen, weil sie engagierter sind“, sagte Holroyd. „Das heißt aber nicht, dass synchrone Prozesse tatsächlich irgendwie zur Interaktion und zum Lernen beitragen.“

Tierversuche deuten jedoch darauf hin, dass neuronale Synchronität tatsächlich zu Verhaltensänderungen führen kann. Als die neuronale Aktivität von Mäusen gemessen wurde, indem man sie winzige, hutförmige Sensoren tragen ließ, beispielsweise die Interhirnsynchronität vorhergesagt, ob und wie Die Tiere würden in Zukunft interagieren. „Das ist ein ziemlich starker Beweis dafür, dass zwischen beiden ein kausaler Zusammenhang besteht“, sagte Novembre.

Beim Menschen stammen die stärksten Beweise aus Experimenten, bei denen elektrische Hirnstimulation zur Erzeugung interner Synchronität eingesetzt wird. Sobald Elektroden auf der Kopfhaut von Menschen angebracht werden, können elektrische Ströme zwischen den Elektroden geleitet werden, um die neuronale Aktivität im Gehirn der Menschen zu synchronisieren. Im Jahr 2017 haben Novembre und sein Team führte die erste durch of solche Experimente. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Synchronisierung der Gehirnwellen im Betaband, die mit motorischen Funktionen verknüpft ist, die Fähigkeit der Teilnehmer verbesserte, ihre Körperbewegungen zu synchronisieren – in diesem Fall das Trommeln eines Rhythmus mit den Fingern.

Mehrere Studien haben kürzlich die Ergebnisse von Novembre wiederholt. In späten 2023Forscher fanden heraus, dass sich die Fähigkeit der Menschen, bei einem einfachen Computerspiel zusammenzuarbeiten, erheblich verbessert, sobald die Gehirnwellen von Menschen durch elektrische Stimulation synchronisiert werden. Und letzten Sommer, andere Wissenschaftler zeigten, dass Menschen besser darin werden, Informationen zu übertragen und einander zu verstehen, sobald zwei Gehirne synchronisiert sind.

Die Wissenschaft ist neu, daher ist sich die Jury noch nicht sicher, ob es einen echten Kausalzusammenhang zwischen Synchronität und kooperativem menschlichem Verhalten gibt. Dennoch zeigt uns die Wissenschaft der neuronalen Synchronität bereits, wie wir davon profitieren, wenn wir Dinge synchron mit anderen tun. Auf biologischer Ebene sind wir dazu verdrahtet, uns zu verbinden.