Het gerenommeerde Poolse pianoduo Marek en Wacek gebruikte geen bladmuziek bij liveconcerten. En toch leek het paar op het podium perfect synchroon. Op aangrenzende piano's pikten ze spelenderwijs verschillende muzikale thema's op, mengden klassieke muziek met jazz en improviseerden ze in realtime.

“We gingen met de stroom mee”, zei Marek Tomaszewski, die tot de dood van Wacek in 1986 met Wacek Kisielewski optrad. “Het was puur plezier.”

De pianisten leken elkaars gedachten te lezen door blikken uit te wisselen. Het was, zei Marek, alsof ze op dezelfde golflengte zaten. Een groeiend aantal onderzoeken suggereert dat dit letterlijk waar zou kunnen zijn.

Tientallen recente experimenten die de hersenactiviteit bestuderen van mensen die optreden en samenwerken – duetten van pianisten, kaartspelers, leraren en studenten, puzzelaars en anderen – laten zien dat hun hersengolven zich kunnen afstemmen op een fenomeen dat bekend staat als interpersoonlijke neurale synchronisatie, ook bekend als interbrein. synchronie.

"Er is nu veel onderzoek dat aantoont dat mensen die met elkaar interacteren, gecoördineerde neurale activiteiten vertonen", zegt hij Giacomo november, een cognitieve neurowetenschapper aan het Italiaanse Instituut voor Technologie in Rome, die publiceerde een sleuteldocument over interpersoonlijke neurale synchronisatie afgelopen zomer. De onderzoeken zijn de afgelopen jaren in steeds grotere aantallen verschenen – één zo recent nog vorige week – omdat nieuwe hulpmiddelen en verbeterde technieken de wetenschap en theorie hebben aangescherpt.

Ze ontdekken dat synchronisatie tussen hersenen voordelen heeft. Het houdt verband met beter probleemoplossend vermogen, leren en samenwerken, en zelfs met gedrag dat anderen helpt tegen persoonlijke kosten. Bovendien duiden recente onderzoeken waarin de hersenen werden gestimuleerd met een elektrische stroom erop dat synchronie zelf de verbeterde prestaties zou kunnen veroorzaken die door wetenschappers zijn waargenomen.

“Cognitie is iets dat niet alleen in de schedel gebeurt, maar ook in verband met de omgeving en met andere mensen”, zegt hij Guillaume Dumas, hoogleraar computationele psychiatrie aan de Universiteit van Montreal. Als we begrijpen wanneer en hoe onze hersenen synchroniseren, kunnen we efficiënter communiceren, betere klaslokalen ontwerpen en teams helpen samenwerken.

Synchroniseren

Mensen hebben, net als andere sociale dieren, de neiging om hun gedrag te synchroniseren. Als je naast iemand loopt, zul je waarschijnlijk in stap gaan lopen. Als twee mensen naast elkaar in schommelstoelen zitten, is de kans groot dat ze in hetzelfde tempo gaan schommelen.

Dergelijke gedragssynchronisatie, onderzoek toont aan, geeft ons meer vertrouwen, helpt ons een band op te bouwen en stimuleert onze sociale instincten. In een studiesSynchroon dansen zorgde ervoor dat de deelnemers zich emotioneel dicht bij elkaar voelden – veel meer dan bij groepen die asynchroon bewogen. In andere studiehadden deelnemers die woorden ritmisch scandeerden een grotere kans om mee te werken aan een beleggingsspel. Zelfs een simpele wandeling samen met iemand uit een etnische minderheid kan dat vooroordelen verminderen.

“Coördinatie is een kenmerk van sociale interactie. Het is echt cruciaal”, zei Novembre. “Als de coördinatie verstoord is, wordt de sociale interactie ernstig verstoord.”

Wanneer onze bewegingen coördineren, ontstaan ​​er ook in ons lichaam talloze synchronisaties die onzichtbaar zijn voor het blote oog. Als mensen samen drummen, kloppen hun harten samen. De hartslag van therapeuten en hun patiënten kan tijdens sessies synchroon lopen (vooral als de therapeutische relatie goed werkt), en die van getrouwde stellen ook. Andere fysiologische processen, zoals onze ademhalingssnelheid en huidgeleidingsniveaus, kunnen ook in lijn liggen met die van andere mensen.

Kan de activiteit in onze hersenen synchroniseren? In 1965, het tijdschrift Wetenschap publiceerde de resultaten van een experiment die suggereerde dat het wel kon. Wetenschappers van de Thomas Jefferson Universiteit in Philadelphia testten paren van eeneiige tweelingen door elektroden onder hun hoofdhuid te plaatsen om hun hersengolven te meten – een techniek die elektro-encefalografie wordt genoemd. De onderzoekers meldden dat wanneer de tweeling in aparte kamers verbleef en een van hen zijn ogen sloot, de hersengolven van beiden de beweging zouden reflecteren. De pieken op de elektro-encefalograaf van de ene tweeling spiegelen de pieken op die van de andere.

Het onderzoek vertoonde echter methodologische gebreken. De onderzoekers hadden verschillende tweelingen getest, maar publiceerden alleen resultaten van het paar waarin ze synchronisatie waarnamen. Dit kwam het ontluikende academische veld niet ten goede. Decennia lang werd onderzoek naar interbreinsynchronisatie in de categorie ‘rare paranormale eigenaardigheden’ geschoven en niet serieus genomen.

De reputatie van het vakgebied begon begin jaren 2000 te veranderen met de popularisering van hyperscannen, een techniek waarmee wetenschappers tegelijkertijd de hersenen van verschillende interacterende mensen kunnen scannen. In eerste instantie betekende dit dat paren van vrijwilligers moesten worden gevraagd om in afzonderlijke fMRI-machines te liggen, wat de soorten onderzoeken die wetenschappers konden uitvoeren enorm beperkte. Onderzoekers konden uiteindelijk functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) gebruiken, die de activiteit van neuronen in de buitenste lagen van de cortex meet. Het grote voordeel van die technologie is het gebruiksgemak: vrijwilligers kunnen drummen of studeren in een klaslokaal terwijl ze fNIRS-petten dragen, die lijken op badmutsen met een groot aantal uitstekende kabels.

Toen meerdere mensen met elkaar in contact kwamen terwijl ze fNIRS-petten droegen, begonnen wetenschappers gesynchroniseerde interneurale activiteit te ontdekken gebieden in de hersenen, die varieerde per taak en studieopzet. Ze observeerden ook hersengolven, die elektrische patronen vertegenwoordigen in neuronaal vuren, die op verschillende frequenties synchroniseerden. Bij een elektro-encefalograafmeting van twee gesynchroniseerde hersenen fluctueren de lijnen die de neurale activiteit van elke persoon vertegenwoordigen samen: wanneer de ene omhoog of omlaag gaat, doet de ander dat ook, zij het soms met een vertraging. Af en toe verschijnen hersengolven in gespiegelde beelden – wanneer de ene van de ene persoon omhoog gaat, gaat die van de andere tegelijkertijd en met een vergelijkbare omvang omlaag – wat sommige onderzoekers ook als een vorm van synchronie beschouwen.

Met nieuwe hulpmiddelen werd het steeds duidelijker dat de synchronie tussen de hersenen noch metafysische onzin was, noch het product van gebrekkig onderzoek. “[Het signaal] is er zeker,” zei Antonia Hamilton, een sociaal neurowetenschapper aan het University College London. Wat moeilijker te begrijpen bleek, was hoe twee onafhankelijke hersenen, in twee afzonderlijke lichamen, vergelijkbare activiteit in de ruimte konden vertonen. Nu, zei Hamilton, is de grote vraag: “Wat zegt dat ons?”

Het recept voor synchronie

Novembre is al lang gefascineerd door de manier waarop mensen samenwerken om gemeenschappelijke doelen te bereiken. Hoe kunnen muzikanten – dueterende pianisten bijvoorbeeld – zo goed samenwerken? Toch werd er aan dieren gedacht, zoals vuurvliegjes die hun flitsen synchroniseren, dat hem op het pad zette om de ingrediënten te bestuderen die nodig zijn om synchronisatie tussen de hersenen te laten ontstaan.

Gezien het feit dat synchronie “zo wijdverspreid is onder zoveel verschillende soorten,” herinnerde hij zich, “dacht ik: ‘Oké, dan is er misschien een heel eenvoudige manier om het uit te leggen.’”

Novembre en zijn collega's zetten een experiment op, afgelopen zomer verschenen, waarin vrijwilligersparen niets anders deden dan tegenover elkaar zitten terwijl cameraapparatuur de bewegingen van hun ogen, gezicht en lichaam volgde. Soms konden de vrijwilligers elkaar zien; op andere momenten werden ze gescheiden door een scheidingswand. De onderzoekers ontdekten dat zodra de vrijwilligers elkaar in de ogen keken, hun hersengolven onmiddellijk synchroniseerden. Glimlachen bleek nog krachtiger in het afstemmen van hersengolven.

“Er is iets spontaans aan synchronie,” zei Novembre.

Ook beweging is gekoppeld aan gesynchroniseerde hersengolfactiviteit. Uit het onderzoek van Novembre bleek dat wanneer mensen hun lichaam synchroon bewogen – als de één bijvoorbeeld zijn hand opstak en de ander hetzelfde deed – hun neurale activiteit met een kleine vertraging gelijk zou lopen. Synchronisatie tussen de hersenen gaat echter verder dan het spiegelen van fysieke bewegingen. In een onderzoek naar pianisten die duetten spelen afgelopen najaar gepubliceerd, zorgde een storing in de gedragssynchronisatie er niet voor dat de twee hersenen desynchroniseerden.

Een ander belangrijk ingrediënt voor face-to-face neurale synchronie lijkt wederzijdse voorspelling te zijn: het anticiperen op de reacties en het gedrag van iemand anders. Elke persoon “beweegt zijn handen of zijn gezicht of zijn lichaam, of hij is aan het praten”, legde Hamilton uit, “en reageert ook op de acties van de andere persoon.” Wanneer mensen bijvoorbeeld speelde het Italiaanse kaartspel Tressettesynchroniseerde de neurale activiteit van partners met elkaar – maar de hersenen van hun tegenstanders kwamen niet overeen met hen.

Het delen van doelen en gezamenlijke aandacht lijken vaak cruciaal voor synchronisatie tussen de hersenen. In een experiment dat in China werd uitgevoerd, moesten groepen van drie personen dat wel doen samenwerken om een ​​probleem op te lossen. Er was een twist: een teamlid was een onderzoeker die alleen maar deed alsof hij zich met de taak bezighield, knikte en commentaar gaf als dat nodig was, maar zich niet echt bekommerde om de uitkomst. Zijn hersenen synchroniseerden niet met die van echte teamleden.

Sommige critici beweren echter dat het optreden van gesynchroniseerde hersenactiviteit geen bewijs is van enige vorm van verband, maar eerder kan worden verklaard door mensen die reageren op een gedeelde omgeving. “Stel je voor dat twee mensen in twee verschillende kamers naar hetzelfde radiostation luisteren”, schreef hij Clay Holroyd, een cognitieve neurowetenschap aan de Universiteit Gent in België die geen interbreinsynchronisatie bestudeert, in een krant uit 2022. “[Interbrain-synchronisatie] zou kunnen toenemen tijdens nummers die ze allebei leuk vinden, vergeleken met nummers die ze allebei saai vinden, maar dit zou geen gevolg zijn van directe hersen-tot-hersenkoppeling.”

Om deze kritiek te testen ontwierpen wetenschappers van de Universiteit van Pittsburgh en Temple University een experiment waarin deelnemers verschillend aan een gerichte taak werkten: het voltooien van een puzzel. De vrijwilligers hebben samen een puzzel in elkaar gezet of afzonderlijk naast elkaar aan identieke puzzels gewerkt. Hoewel er enige interne synchronisatie bestond tussen puzzelaars die onafhankelijk werkten, was deze veel groter bij degenen die samenwerkten.

Volgens Novembre suggereren deze en soortgelijke bevindingen dat synchronie tussen de hersenen meer is dan een omgevingsartefact. “Zolang je hersenen meet tijdens sociale interactie, zul je altijd met dit probleem te maken krijgen”, zei hij. “Hersenen in sociale interactie zullen worden blootgesteld aan soortgelijke informatie.”

Tenzij ze zich op verschillende plaatsen bevinden, tenminste. Tijdens de pandemie raakten onderzoekers geïnteresseerd in het begrijpen hoe de synchronisatie tussen de hersenen zou kunnen veranderen wanneer mensen face-to-face praten via video. In één studie gepubliceerd eind 2022Dumas en zijn collega's maten de hersenactiviteit van moeders en hun jonge kinderen wanneer ze communiceerden via online video. De hersenen van de paren synchroniseerden nauwelijks, veel minder dan wanneer ze persoonlijk spraken. Een dergelijke slechte interbreinsynchronisatie online zou kunnen helpen verklaren waarom Zoom-vergaderingen zo vermoeiend zijn, aldus de auteurs van het onderzoek.

“Er zijn een heleboel dingen in een Zoom-gesprek die ontbreken in vergelijking met een face-to-face interactie”, zegt Hamilton, die niet bij het onderzoek betrokken was. “Je oogcontact is een beetje anders omdat de camerapositionering verkeerd is. Nog belangrijker: jullie gezamenlijke aandacht is anders.”

Het identificeren van de noodzakelijke ingrediënten voor het ontstaan ​​van synchronisatie tussen de hersenen – of het nu gaat om oogcontact, glimlachen of het delen van een doel – zou ons kunnen helpen de voordelen van synchronisatie met anderen beter te benutten. Als we op dezelfde golflengte zitten, worden de dingen gewoon eenvoudiger.

Opkomende voordelen

De cognitieve neurowetenschapper Suzanne Dikker omarmt graag haar creatieve kant door met kunst te bestuderen hoe menselijke hersenen werken. Om het ongrijpbare idee vast te leggen dat we op dezelfde golflengte zitten, creëerden zij en haar collega's de Wederzijdse golfmachine: half kunstinstallatie, half neurowetenschappelijk experiment. Tussen 2013 en 2019 konden voorbijgangers in verschillende steden over de hele wereld – Madrid, New York, Toronto, Athene, Moskou en anderen – samenwerken met iemand anders om de interne synchronie te verkennen. Ze zaten in twee schelpachtige structuren tegenover elkaar terwijl ze een elektro-encefalograaf-headset droegen om hun hersenactiviteit te meten. Terwijl ze 10 minuten lang met elkaar communiceerden, lichtten de granaten op met visuele projecties die dienden als neurofeedback: hoe helderder de projecties, hoe meer gekoppeld hun hersengolven. Sommige paren kregen echter niet te horen dat de helderheid van de projecties hun synchronisatieniveau weerspiegelde, terwijl anderen valse projecties te zien kregen.

Toen Dikker en haar collega's analyseerde de resultaten, gepubliceerd in 2021, ontdekten ze dat paren die wisten dat ze neurofeedback zagen in de loop van de tijd meer synchroon groeiden – een effect dat werd aangedreven door hun motivatie om gefocust te blijven op hun partner, legden de onderzoekers uit. Belangrijker nog was dat hun verhoogde synchronisatie de sociale verbondenheid van het paar verhoogde. Het leek erop dat het op dezelfde hersengolflengte komen kon helpen bij het opbouwen van relaties.

Dikker bestudeerde dit idee ook in een minder kunstzinnige setting: het klaslokaal. In een geïmproviseerd klaslokaal in een laboratorium gaf een wetenschapsleraar op de middelbare school les aan groepen van maximaal vier studenten, terwijl Dikker en haar collega's hun hersenactiviteit registreerden. In Een studie Gepost op de preprint-server biorxiv.org in 2019, rapporteerden de onderzoekers dat hoe meer de hersenen van de studenten en de docenten gesynchroniseerd waren, hoe beter de studenten het materiaal vasthielden toen ze een week later werden getest. Een 2022 analyse dat naar 16 onderzoeken keek, bevestigde dat synchronisatie tussen de hersenen inderdaad verband houdt met beter leren.

“De persoon die de meeste aandacht besteedt of het beste luistert naar het signaal van de spreker, zal ook het meest gesynchroniseerd zijn met andere mensen die ook de meeste aandacht besteden aan wat de spreker zegt”, aldus Dikker.

Het is niet alleen het leren dat gestimuleerd lijkt te worden als onze hersenen synchroon lopen, maar ook de teamprestaties en samenwerking. In een andere studie door Dikker en haar collega's brainstormden groepen van vier mensen over creatief gebruik van een steen of gerangschikte items die essentieel zijn voor het overleven van een vliegtuigongeluk. De resultaten toonden aan dat hoe beter hun hersengolven gesynchroniseerd waren, hoe beter ze deze taken als groep uitvoerden. Andere onderzoeken hebben inmiddels aangetoond dat teams niet alleen neuraal gesynchroniseerd zijn beter communiceren maar overtref ook anderen op creatieve activiteiten zoals poëzie interpreteren.

Hoewel veel onderzoeken interbreinsynchronisatie in verband hebben gebracht met beter leren en betere prestaties, blijft de vraag of de synchronie daadwerkelijk dergelijke verbeteringen veroorzaakt. Zou het in plaats daarvan een maatstaf voor betrokkenheid kunnen zijn? "De kinderen die aandacht besteden aan de leraar zullen meer synchronisatie met die leraar vertonen omdat ze meer betrokken zijn", zei Holroyd. “Maar dat betekent niet dat synchrone processen daadwerkelijk op de een of andere manier bijdragen aan de interactie en het leren.”

Toch suggereren dierproeven dat neurale synchronie inderdaad tot gedragsveranderingen kan leiden. Toen de neurale activiteit van muizen werd gemeten door ze kleine hoedvormige sensoren te laten dragen, bijvoorbeeld interbreinsynchronisatie voorspelde of en hoe de dieren zouden in de toekomst met elkaar omgaan. "Dat is behoorlijk sterk bewijs dat er een causaal verband bestaat tussen de twee", zei Novembre.

Bij mensen komt het sterkste bewijs uit experimenten waarbij elektrische hersenstimulatie wordt gebruikt om interneurale synchronisatie te genereren. Zodra elektroden op de hoofdhuid van mensen zijn geplaatst, kunnen er elektrische stromen tussen de elektroden worden geleid om ervoor te zorgen dat de neuronale activiteit in de hersenen van mensen wordt gesynchroniseerd. In 2017, Novembre en zijn team voerde de eerste uit of zulke experimenten. De resultaten suggereerden dat het synchroniseren van hersengolven in de bètaband, die verband houdt met motorische functies, het vermogen van deelnemers verbeterde om hun lichaamsbewegingen te synchroniseren – in dit geval het drummen van een ritme met hun vingers.

Verschillende onderzoeken hebben onlangs de bevindingen van Novembre gerepliceerd. Eind 2023Onderzoekers ontdekten dat zodra de hersengolven van mensen worden gesynchroniseerd door elektrische stimulatie, hun vermogen om samen te werken in een eenvoudig computerspel aanzienlijk verbetert. En afgelopen zomertoonden andere wetenschappers aan dat zodra twee hersenen gesynchroniseerd zijn, mensen beter worden in het overbrengen van informatie en het begrijpen van elkaar.

De wetenschap is nieuw, dus de jury is er nog niet uit of er een echte causaliteit bestaat tussen synchronie en coöperatief menselijk gedrag. Toch laat de wetenschap van neurale synchronie ons al zien hoe we er baat bij hebben als we dingen synchroon met anderen doen. Op biologisch niveau zijn we verbonden om te verbinden.