Den anerkjente polske pianoduoen Marek og Wacek brukte ikke noter når de spilte livekonserter. Og likevel på scenen virket paret perfekt synkronisert. På tilstøtende pianoer plukket de lekende opp ulike musikalske temaer, blandet klassisk musikk med jazz og improviserte i sanntid.

"Vi gikk med strømmen," sa Marek Tomaszewski, som opptrådte med Wacek Kisielewski til Waceks død i 1986. "Det var ren moro."

Pianistene så ut til å lese hverandres tanker ved å utveksle blikk. Det var, sa Marek, som om de var på samme bølgelengde. En voksende mengde forskning tyder på at det kan ha vært bokstavelig talt sant.

Dusinvis av nyere eksperimenter som studerer hjerneaktiviteten til mennesker som opptrer og jobber sammen - duettpianister, kortspillere, lærere og studenter, puslespill og andre - viser at hjernebølgene deres kan justeres i et fenomen kjent som interpersonlig nevral synkronisering, også kjent som interbrain synkronisering.

"Det er nå mye forskning som viser at mennesker som samhandler sammen viser koordinerte nevrale aktiviteter," sa Giacomo Novembre, en kognitiv nevroforsker ved det italienske teknologiske instituttet i Roma, som publiserte et viktig papir om mellommenneskelig nevral synkronisering i fjor sommer. Studiene har kommet ut med et økende klipp de siste årene - ett så sent som forrige uke – ettersom nye verktøy og forbedrede teknikker har finpusset vitenskapen og teorien.

De finner ut at synkronisering mellom hjerner har fordeler. Det er knyttet til bedre problemløsning, læring og samarbeid, og til og med med atferd som hjelper andre til en personlig kostnad. I tillegg antyder nyere studier der hjerner ble stimulert med en elektrisk strøm at synkronisering i seg selv kan forårsake den forbedrede ytelsen observert av forskere.

"Kognisjon er noe som ikke bare skjer i hodeskallen, men i forbindelse med miljøet og med andre mennesker," sa Guillaume Dumas, professor i beregningspsykiatri ved University of Montreal. Å forstå når og hvordan hjernen vår synkroniserer, kan hjelpe oss med å kommunisere mer effektivt, designe bedre klasserom og hjelpe team med å samarbeide.

Komme i synkronisering

Mennesker, som andre sosiale dyr, har en tilbøyelighet til å synkronisere atferden sin. Hvis du går ved siden av noen, vil du sannsynligvis begynne å gå i takt. Hvis to personer sitter ved siden av hverandre i gyngestoler, er sjansen stor for at de begynner å gynge i samme tempo.

Slik atferdssynkronisering, forskning viser, gjør oss mer tillitsfulle, hjelper oss å knytte bånd og skru opp våre sosiale instinkter. I en studere, dans synkronisert fikk deltakerne til å føle seg følelsesmessig nær hverandre - mye mer enn grupper som beveget seg asynkront. I en annen studie, deltakere som sang ord rytmisk var mer sannsynlig å samarbeide i et investeringsspill. Selv en enkel tur i samklang med en person fra en etnisk minoritet kan redusere fordommer.

«Koordinasjon er et kjennetegn på sosial interaksjon. Det er veldig viktig, sa Novembre. "Når koordinasjonen er svekket, er sosial interaksjon dypt svekket."

Når bevegelsene våre koordineres, oppstår det også utallige synkroniseringer som er usynlige for det blotte øyet inne i kroppen vår. Når folk trommer sammen, banker hjertene deres sammen. Hjertefrekvensen til terapeuter og deres pasienter kan synkroniseres under økter (spesielt hvis det terapeutiske forholdet fungerer bra), og det kan også de til gifte par. Andre fysiologiske prosesser, som vår pustefrekvens og hudkonduktansnivåer, kan også stemme overens med andre menneskers.

Kan aktivitet i hjernen vår synkroniseres? I 1965, tidsskriftet Vitenskap publiserte resultatene av en eksperiment som antydet at det kan. Forskere fra Thomas Jefferson University i Philadelphia testet par av identiske tvillinger ved å sette inn elektroder under hodebunnen deres for å måle hjernebølgene deres - en teknikk som kalles elektroencefalografi. Forskerne rapporterte at når tvillingene oppholdt seg i separate rom, hvis en av dem lukket øynene, ville hjernebølgene til begge reflektere bevegelsen. Piggene på elektroencefalografen til den ene tvillingen speilet pigger på den andres.

Studien var imidlertid metodologisk feil. Forskerne hadde testet flere tvillingpar, men publiserte kun resultater fra paret der de observerte synkronisering. Dette hjalp ikke det spirende akademiske feltet. I flere tiår ble forskning på interhjernesynkronisering skjøvet inn i kategorien «rart paranormalt særpreg» og ble ikke tatt på alvor.

Feltets omdømme begynte å endre seg på begynnelsen av 2000-tallet med populariseringen av hyperskanning, en teknikk som lar forskere skanne hjernen til flere personer som samhandler samtidig. Til å begynne med innebar dette å be frivillige par om å ligge i separate fMRI-maskiner, noe som i stor grad begrenset hva slags studier forskerne kunne utføre. Forskere kunne etter hvert bruke funksjonell nær-infrarød spektroskopi (fNIRS), som måler aktiviteten til nevroner i de ytre lagene av cortex. Den store fordelen med denne teknologien er dens brukervennlighet: Frivillige kan spille trommer eller studere i et klasserom mens de har på seg fNIRS-hetter, som ligner badehetter med en mengde kabler som stikker ut.

Da flere personer samhandlet mens de hadde på seg fNIRS-caps, begynte forskere å finne synkronisert intern aktivitet i regioner i hele hjernen, som varierte etter oppgave og studieoppsett. De observerte også hjernebølger, som representerer elektriske mønstre i nevronal avfyring, synkronisert ved flere frekvenser. På en elektroencefalografavlesning av to synkroniserte hjerner, svinger linjene som representerer hver persons nevrale aktivitet sammen: Når den ene øker eller stuper ned, gjør den andre det også, men noen ganger med et tidsetterslep. Noen ganger dukker det opp hjernebølger i speilbilder - når en persons går opp, går den andre ned samtidig og med en lignende styrke - noe noen forskere også anser som en form for synkronisering.

Med nye verktøy ble det stadig tydeligere at synkronisering mellom hjernen verken var metafysisk mumbo-jumbo eller et produkt av feil forskning. "[Signalet] er definitivt der," sa Antonia Hamilton, en sosial nevroforsker ved University College London. Det som viste seg å være vanskeligere å forstå var hvordan to uavhengige hjerner, i to separate kropper, kunne vise lignende aktivitet på tvers av rommet. Nå, sa Hamilton, er det store spørsmålet "Hva forteller det oss?"

Oppskriften på Synchrony

Novembre har lenge vært fascinert av hvordan mennesker koordinerer seg for å nå felles mål. Hvordan samarbeider musikere – for eksempel duettpianister – så godt? Likevel var det å tenke på dyr, som f.eks ildfluer som synkroniserer blinkene sine, som satte ham på veien for å studere ingrediensene som trengs for at interhjernesynkronisering skal oppstå.

Gitt at synkronisering er "så utbredt over så mange forskjellige arter," husket han, "jeg tenkte: 'OK, da kan det være en veldig enkel måte å forklare det på'."

Novembre og hans kolleger satte opp et eksperiment, publisert i fjor sommer, der par frivillige ikke gjorde annet enn å sitte vendt mot hverandre mens kamerautstyr sporet bevegelsene til øynene, ansiktet og kroppen deres. Noen ganger kunne de frivillige se hverandre; andre ganger ble de adskilt med en skillevegg. Forskerne fant ut at så snart de frivillige så hverandre i øynene, synkroniserte hjernebølgene deres umiddelbart. Smiling viste seg å være enda kraftigere når det gjaldt å justere hjernebølger.

"Det er noe spontant med synkroni," sa Novembre.

Bevegelse er også knyttet til synkronisert hjernebølgeaktivitet. I Novembres studie, når folk beveget kroppen sin synkronisert - hvis for eksempel den ene løftet hånden og den andre gjorde det samme - ville deres nevrale aktivitet matche opp, med en liten etterslep. Imidlertid går interhjernesynkronisering utover å speile fysiske bevegelser. I en studie av pianister som spiller duetter publisert i fjor høst, et sammenbrudd i atferdssynkronisering førte ikke til at de to hjernene desynkroniserte.

En annen viktig ingrediens for ansikt-til-ansikt neural synkronisering ser ut til å være gjensidig prediksjon: å forutse en annen persons reaksjoner og oppførsel. Hver person "beveger hendene eller ansiktet eller kroppen, eller de snakker," forklarte Hamilton, "og reagerer også på handlingene til den andre personen." For eksempel når folk spilte det italienske kortspillet Tressette, den nevrale aktiviteten til partnere synkroniserte sammen - men motstandernes hjerner stemte ikke med dem.

Å dele mål og felles oppmerksomhet fremstår ofte som avgjørende for synkronisering mellom hjernen. I et eksperiment utført i Kina måtte tremannsgrupper samarbeide om å løse et problem. Det var en vri: Ett teammedlem var en forsker som bare lot som han engasjerte seg i oppgaven, nikket og kommenterte når det var passende, men som egentlig ikke brydde seg om resultatet. Hjernen hans synkroniserte ikke med de til ekte teammedlemmer.

Imidlertid hevder noen kritikere at utseendet til synkronisert hjerneaktivitet ikke er bevis på noen form for forbindelse, men snarere kan forklares av folk som reagerer på et delt miljø. "Vurder to personer som hører på samme radiostasjon i to forskjellige rom," skrev Clay Holroyd, en kognitiv nevrovitenskap ved Ghent University i Belgia som ikke studerer interhjernesynkronisering, i et papir fra 2022. "[Interhjernesynkronisering] kan øke under sanger som de begge liker sammenlignet med sanger som de begge synes er kjedelige, men dette vil ikke være en konsekvens av direkte hjerne-til-hjerne-kobling."

For å teste denne kritikken designet forskere fra University of Pittsburgh og Temple University et eksperiment der deltakerne jobbet annerledes med en fokusert oppgave: fullføre et puslespill. De frivillige har enten satt sammen et puslespill i samarbeid eller jobbet med identiske oppgaver hver for seg, side ved side. Selv om det var en viss intern synkronisering mellom gåter som jobbet uavhengig, var den mye større hos de som samarbeidet.

For Novembre antyder disse og lignende funn at interhjernesynkronisering er mer enn en miljøartefakt. "Så lenge du måler hjernen under sosial interaksjon, vil du alltid måtte håndtere dette problemet," sa han. "Hjerner i sosial interaksjon vil bli utsatt for lignende informasjon."

Med mindre de er på forskjellige steder, altså. Under pandemien ble forskere interessert i å forstå hvordan interhjernesynkronisering kan endre seg når folk snakker ansikt til ansikt over video. I en studie, publisert sent i 2022, målte Dumas og hans kolleger hjerneaktiviteten til mødre og deres preteen-barn når de kommuniserte gjennom nettvideo. Parenes hjerner synkroniserte knapt, mye mindre enn da de snakket sammen personlig. Så dårlig interhjernesynkronisering på nettet kan bidra til å forklare hvorfor Zoom-møter har en tendens til å være så slitsomme, ifølge studiens forfattere.

"Det er en haug med ting i en Zoom-samtale som mangler sammenlignet med en ansikt-til-ansikt-interaksjon," sa Hamilton, som ikke var involvert i forskningen. "Øyekontakten din er litt annerledes fordi kameraposisjonen er feil. Enda viktigere er at din felles oppmerksomhet er annerledes.»

Å identifisere de nødvendige ingrediensene for at interhjernesynkronisering skal oppstå – det være seg øyekontakt, smil eller å dele et mål – kan hjelpe oss å bedre oppnå fordelene ved å synkronisere med andre. Når vi er på samme bølgelengde, blir ting rett og slett lettere.

Emergent Fordeler

Den kognitive nevroforskeren Suzanne Dikker liker å omfavne sin kreative side ved å bruke kunst til å studere hvordan menneskelige hjerner fungerer. For å fange den unnvikende forestillingen om å være på samme bølgelengde, skapte hun og hennes kolleger Gjensidig bølgemaskin: halvt kunstinstallasjon, halvt nevrovitenskapelig eksperiment. Mellom 2013 og 2019 kunne forbipasserende i en rekke byer rundt om i verden - Madrid, New York, Toronto, Athen, Moskva og andre - koble seg sammen med en annen person for å utforske intern synkronisering. De satt i to skalllignende strukturer vendt mot hverandre mens de hadde på seg et elektroencefalografhodesett for å måle hjerneaktiviteten deres. Mens de samhandlet i 10 minutter, ville skjellene lyse opp med visuelle projeksjoner som fungerte som neurofeedback: Jo lysere projeksjonene er, jo mer koblet hjernebølgene deres. Noen par ble imidlertid ikke fortalt at projeksjonenes lysstyrke reflekterte deres synkroniseringsnivå, mens andre ble vist falske projeksjoner.

Når Dikker og hennes kolleger analyserte resultatene, publisert i 2021, fant de at par som visste at de så nevrofeedback vokste mer synkronisert over tid - en effekt drevet av deres motivasjon til å holde fokus på partneren sin, forklarte forskerne. Enda viktigere, deres økte synkronisering økte hvor sosialt tilkoblet paret følte seg. Å komme på samme hjernebølgelengde, så det ut til, kunne bidra til å bygge relasjoner.

Dikker studerte også denne ideen i en mindre kunstnerisk setting: klasserommet. I et provisorisk klasserom i et laboratorium veiledet en naturfaglærer på videregående grupper på opptil fire elever mens Dikker og kollegene hennes registrerte hjerneaktiviteten deres. I en studie postet til preprint-serveren biorxiv.org i 2019, rapporterte forskerne at jo mer elevenes og lærerens hjerner synkroniserte, desto bedre beholdt elevene materialet når de ble testet en uke senere. A 2022 analyse som så på 16 studier bekreftet at interhjernesynkronisering faktisk er knyttet til bedre læring.

"Personen som er mest oppmerksom eller best låser signalet til høyttaleren, vil også være mest synkronisert med andre mennesker som også følger best med hva høyttaleren sier," sa Dikker.

Det er ikke bare læring som virker styrket når hjernen vår er synkronisert, men også teamprestasjon og samarbeid. I en annen studie av Dikker og kollegene hennes, tok grupper på fire personer idédugnad om kreativ bruk av en murstein eller rangerte gjenstander som var nødvendige for å overleve en flyulykke. Resultatene viste at jo bedre hjernebølgene deres synkroniserte, desto bedre utførte de disse oppgavene som gruppe. Andre studier har i mellomtiden funnet at nevralt synkroniserte team ikke bare kommunisere bedre men også overgå andre på kreative aktiviteter som f.eks tolke poesi.

Mens mange studier har koblet interhjernesynkronisering med bedre læring og ytelse, gjenstår spørsmålet om synkroniseringen faktisk forårsaker slike forbedringer. Kan det i stedet være et mål på engasjement? "Barna som tar hensyn til læreren kommer til å vise mer synkronisering med den læreren fordi de er mer engasjerte," sa Holroyd. "Men det betyr ikke at synkrone prosesser faktisk bidrar på en eller annen måte til interaksjonen og til læringen."

Likevel antyder dyreforsøk at nevral synkroni faktisk kan føre til endringer i atferd. Når den nevrale aktiviteten til mus ble målt ved å la dem ha på seg bittesmå topphatt-formede sensorer, for eksempel interhjernesynkronisering spådd om og hvordan dyrene ville samhandle i fremtiden. "Det er ganske sterke bevis på at det er en årsakssammenheng mellom de to," sa Novembre.

Hos mennesker kommer de sterkeste bevisene fra eksperimenter som bruker elektrisk hjernestimulering for å generere intern synkronisering. Når elektroder er plassert på folks hodebunn, kan elektriske strømmer sendes mellom elektrodene for å få nevronal aktivitet i folks hjerner til å synkroniseres. I 2017, Novembre og teamet hans utførte den første of slike eksperimenter. Resultatene antydet at synkronisering av hjernebølger i beta-båndet, som er knyttet til motoriske funksjoner, forbedret deltakernes evne til å synkronisere kroppsbevegelsene sine - i dette tilfellet å tromme en rytme med fingrene.

Flere studier har nylig gjentatt Novembres funn. På slutten av 2023, fant forskere at når folks hjernebølger er synkronisert ved elektrisk stimulering, forbedret deres evne til å samarbeide i et enkelt dataspill betydelig. Og i fjor sommer, viste andre forskere at når to hjerner blir synkronisert, blir folk flinkere til å overføre informasjon og forstå hverandre.

Vitenskapen er ny, så juryen er fortsatt ute på om det er ekte årsakssammenheng mellom synkronisering og samarbeidende menneskelig atferd. Likevel viser vitenskapen om nevral synkroni oss allerede hvordan vi drar nytte av det når vi gjør ting synkronisert med andre. På et biologisk nivå er vi kablet til å koble til.