Знаменитый польский фортепианный дуэт Марек и Вацек не использовал ноты во время живых концертов. И все же на сцене пара выглядела идеально синхронно. На соседних фортепиано они игриво подхватывали различные музыкальные темы, смешивали классическую музыку с джазом и импровизировали в реальном времени.

«Мы плыли по течению», - сказал Марек Томашевский, который выступал с Вацеком Киселевским до его смерти в 1986 году. «Это было чистое развлечение».

Пианисты, переглядываясь, словно читали мысли друг друга. Как сказал Марек, они были на одной волне. Растущее число исследований предполагает, что это могло быть в буквальном смысле правдой.

Десятки недавних экспериментов по изучению мозговой активности людей, выступающих и работающих вместе — пианистов-дуэтов, игроков в карты, учителей и студентов, собирающих головоломки и других — показывают, что их мозговые волны могут выравниваться в феномене, известном как межличностная нейронная синхронизация, также известная как межмозговая синхронизация. синхронность.

«Сейчас проводится множество исследований, которые показывают, что люди, взаимодействующие вместе, демонстрируют скоординированную нервную деятельность», — сказал он. Джакомо Ноябрь, когнитивный нейробиолог из Итальянского технологического института в Риме, опубликовавший ключевой документ о межличностной нейронной синхронизации прошлым летом. За последние несколько лет исследования стали появляться все чаще — одно из них было совсем недавно. на прошлой неделе — поскольку новые инструменты и усовершенствованные методы отточили науку и теорию.

Они обнаружили, что синхронизация между мозгами имеет свои преимущества. Это связано с лучшим решением проблем, обучением и сотрудничеством и даже с поведением, которое помогает другим за счет личного вреда. Более того, недавние исследования, в которых мозг стимулировали электрическим током, намекают на то, что синхронизация сама по себе может привести к улучшению производительности, наблюдаемому учеными.

«Познание — это то, что происходит не только в черепе, но и в связи с окружающей средой и другими людьми», — сказал Гийом Дюма, профессор компьютерной психиатрии Монреальского университета. Понимание того, когда и как синхронизируется наш мозг, может помочь нам более эффективно общаться, проектировать лучшие классы и помогать командам сотрудничать.

Синхронизация

Люди, как и другие социальные животные, имеют склонность синхронизировать свое поведение. Если вы идете рядом с кем-то, вы, скорее всего, начнете идти в ногу. Если два человека сидят рядом друг с другом в креслах-качалках, скорее всего, они начнут раскачиваться с одинаковой скоростью.

Такая поведенческая синхронность, , согласно исследованиям,, делает нас более доверчивыми, помогает нам сблизиться и активизирует наши общительные инстинкты. В одной ИсследованиеСинхронные танцы заставляли участников чувствовать эмоциональную близость друг к другу — гораздо больше, чем группы, которые двигались асинхронно. В другое исследованиеУчастники, которые ритмично повторяли слова, с большей вероятностью сотрудничали в инвестиционной игре. Даже простая прогулка в унисон с человеком из этнического меньшинства может уменьшить предрассудки.

«Координация является отличительной чертой социального взаимодействия. Это действительно важно», — сказал Новембре. «Когда координация нарушена, социальное взаимодействие глубоко ухудшается».

Когда наши движения координируются, внутри наших тел также возникают мириады синхронизаций, невидимых невооруженным глазом. Когда люди барабанят вместе, их сердца бьются вместе. Частота сердечных сокращений терапевтов и их пациентов может синхронизироваться во время сеансов (особенно, если терапевтические отношения работают хорошо), как и у супружеских пар. Другие физиологические процессы, такие как частота дыхания и уровень проводимости кожи, также могут совпадать с процессами других людей.

Может ли активность нашего мозга синхронизироваться? В 1965 году журнал Наука опубликовал результаты эксперимент это предполагает, что это возможно. Ученые из Университета Томаса Джефферсона в Филадельфии протестировали пары однояйцевых близнецов, вставив им под кожу головы электроды для измерения мозговых волн — метод, называемый электроэнцефалографией. Исследователи сообщили, что когда близнецы находились в разных комнатах, если один из них закрывал глаза, мозговые волны обоих отражали это движение. Пики на электроэнцефалографе одного близнеца зеркально отражали спайки другого.

Однако исследование было методологически ошибочным. Исследователи протестировали несколько пар близнецов, но опубликовали результаты только той пары, в которой они наблюдали синхронность. Это не помогло растущей академической сфере. На протяжении десятилетий исследования межмозговой синхронности относили к категории «странных паранормальных явлений» и не воспринимались всерьез.

Репутация этой области начала меняться в начале 2000-х годов с популяризацией гиперсканирование, метод, который позволяет ученым одновременно сканировать мозг нескольких взаимодействующих людей. Сначала парам добровольцев предлагалось лечь в разные аппараты фМРТ, что сильно ограничивало виды исследований, которые могли проводить ученые. В конечном итоге исследователи смогли использовать функциональную спектроскопию ближнего инфракрасного диапазона (fNIRS), которая измеряет активность нейронов во внешних слоях коры головного мозга. Большим преимуществом этой технологии является ее простота использования: добровольцы могут играть на барабанах или учиться в классе, надевая шапочки fNIRS, которые напоминают шапочки для плавания с множеством торчащих кабелей.

Когда несколько человек взаимодействовали, надевая шапочки fNIRS, ученые начали обнаруживать синхронизированную межнейронную активность у области по всему мозгу, который варьировался в зависимости от задачи и настройки исследования. Они также наблюдали мозговые волны, которые представляют собой электрические паттерны возбуждения нейронов, синхронизирующиеся на нескольких частотах. При показаниях электроэнцефалографа двух синхронизированных мозгов линии, представляющие нейронную активность каждого человека, колеблются вместе: всякий раз, когда одна резко поднимается или опускается вниз, то же самое происходит и с другой, хотя иногда с задержкой во времени. Иногда мозговые волны появляются в зеркальных изображениях — когда у одного человека поднимаются волны, у другого падают одновременно и с одинаковой величиной — что некоторые исследователи также считают формой синхронности.

Благодаря новым инструментам становилось все более очевидным, что межмозговая синхронность не является ни метафизической ерундой, ни продуктом ошибочных исследований. «[Сигнал] определенно есть», — сказал Антония Хэмилтон, социальный нейробиолог из Университетского колледжа Лондона. Труднее было понять, как два независимых мозга в двух разных телах могут проявлять одинаковую активность в пространстве. Теперь, по словам Гамильтона, большой вопрос: «О чем это нам говорит?»

Рецепт синхронизации

Новембре уже давно завораживает то, как люди координируют свои действия для достижения общих целей. Как музыкантам — например, пианистам-дуэтистам — удается так хорошо сотрудничать? И все же он думал о животных, таких как светлячки синхронизируют свои вспышки, что поставило его на путь изучения ингредиентов, необходимых для возникновения межмозговой синхронизации.

Учитывая, что синхронность «настолько широко распространена среди очень многих видов», вспоминает он, «я подумал: «Хорошо, тогда может быть какой-то очень простой способ объяснить это».

Новембре и его коллеги поставили эксперимент. опубликовано прошлым летом, в котором пары добровольцев ничего не делали, а сидели лицом друг к другу, в то время как камера отслеживала движения их глаз, лица и тела. Иногда волонтеры могли видеть друг друга; в других случаях они были разделены перегородкой. Исследователи обнаружили, что как только добровольцы посмотрели друг другу в глаза, их мозговые волны мгновенно синхронизировались. Улыбка оказалась еще более эффективной в выравнивании мозговых волн.

«В синхронности есть что-то спонтанное», — сказал Новембре.

Движение также связано с синхронизированной активностью мозговых волн. В исследовании Новембре, когда люди двигали своим телом синхронно — если, скажем, один поднимал руку, а другой делал то же самое — их нейронная активность совпадала с небольшой задержкой. Однако межмозговая синхронность выходит за рамки отражения физических движений. В исследовании пианистов, играющих дуэтами опубликовано прошлой осенью, нарушение поведенческой синхронности не привело к десинхронизации двух мозгов.

Еще одним важным компонентом нейронной синхронности при личном общении является взаимное предсказание: предвидение реакций и поведения другого человека. Каждый человек «движет руками, лицом или телом или говорит», объяснил Гамильтон, «а также реагирует на действия другого человека». Например, когда люди играл в итальянскую карточную игру Трессетт, нейронная активность партнеров синхронизировалась, но мозг их противников не синхронизировался с ними.

Совместное использование целей и совместное внимание часто оказываются решающими для межмозговой синхронизации. В эксперименте, проведенном в Китае, группам из трех человек пришлось сотрудничать в решении проблемы. Был неожиданный поворот: один из членов команды был исследователем, который только делал вид, что занимается заданием, кивая и комментируя, когда это уместно, но на самом деле не заботясь о результате. Его мозг не синхронизировался с мозгом настоящих членов команды.

Однако некоторые критики утверждают, что появление синхронизированной активности мозга не является свидетельством какой-либо связи, а скорее может быть объяснено реакцией людей на общую среду. «Представьте себе, что два человека слушают одну и ту же радиостанцию ​​в двух разных комнатах», — написали Клэй Холройд, когнитивный нейробиолог из Гентского университета в Бельгии, который не изучает межмозговую синхронию, в газете 2022 года. «[Межмозговая синхронность] может усиливаться во время исполнения песен, которые им обоим нравятся, по сравнению с песнями, которые им обоим кажутся скучными, но это не будет следствием прямой связи между мозгами».

Чтобы проверить эту критику, ученые из Университета Питтсбурга и Университета Темпл разработали эксперимент, в котором участники по-разному работали над определенной задачей: завершение головоломки. Добровольцы либо собирали головоломку совместно, либо работали над идентичными головоломками отдельно, бок о бок. Хотя между головоломками, работавшими независимо, существовала некоторая межнейронная синхронность, у тех, кто сотрудничал, она была гораздо большей.

По мнению Новембре, эти и подобные результаты позволяют предположить, что межмозговая синхронность — это нечто большее, чем просто артефакт окружающей среды. «Пока вы измеряете мозг во время социального взаимодействия, вам всегда придется сталкиваться с этой проблемой», — сказал он. «Мозг в социальном взаимодействии будет подвергаться аналогичной информации».

Если только они не в разных местах. Во время пандемии исследователи заинтересовались пониманием того, как может измениться межмозговая синхронность, когда люди разговаривают лицом к лицу по видео. В одном исследовании опубликовано в конце 2022 г.Дюма и его коллеги измеряли мозговую активность матерей и их детей десятилетнего возраста, когда они общались посредством онлайн-видео. Мозги пар почти не синхронизировались, гораздо хуже, чем когда они разговаривали лично. По мнению авторов исследования, такая плохая межмозговая синхронность в Интернете может помочь объяснить, почему собрания Zoom, как правило, так утомительны.

«В звонке Zoom есть ряд вещей, которых не хватает по сравнению с личным общением», — сказал Гамильтон, не принимавший участия в исследовании. «Ваш зрительный контакт немного другой, потому что камера расположена неправильно. Что еще более важно, ваше совместное внимание отличается».

Определение необходимых ингредиентов для возникновения межмозговой синхронизации — будь то зрительный контакт, улыбка или разделение цели — может помочь нам лучше воспользоваться преимуществами синхронизации с другими. Когда мы на одной волне, все становится проще.

Новые преимущества

Когнитивный нейробиолог Сюзанна Диккер любит проявлять свою творческую сторону, используя искусство для изучения того, как работает человеческий мозг. Чтобы уловить неуловимую идею быть на одной волне, она и ее коллеги создали Взаимная волновая машина: наполовину арт-инсталляция, наполовину нейробиологический эксперимент. В период с 2013 по 2019 год прохожие в различных городах мира — Мадриде, Нью-Йорке, Торонто, Афинах, Москве и других — могли объединяться в пары с другими людьми, чтобы исследовать межнейронную синхронию. Они сидели в двух похожих на раковины конструкциях лицом друг к другу и носили электроэнцефалографическую гарнитуру для измерения активности своего мозга. Когда они взаимодействовали в течение 10 минут, оболочки загорались визуальными проекциями, которые служили нейробиоуправлением: чем ярче проекции, тем сильнее связаны их мозговые волны. Однако некоторым парам не сказали, что яркость проекций отражает уровень их синхронности, а другим показали ложные проекции.

Когда Диккер и ее коллеги проанализировали результаты, опубликованном в 2021 году, они обнаружили, что пары, которые знали, что видят нейробиоуправление, со временем стали более синхронизированными — эффект, обусловленный их мотивацией оставаться сосредоточенными на своем партнере, объяснили исследователи. Что еще более важно, их повышенная синхронность увеличила степень социальной связи, которую чувствовала пара. Оказалось, что пребывание на одной волне мозга может помочь построить отношения.

Диккер также изучал эту идею в менее вычурной обстановке: в классе. В импровизированном классе в лаборатории учительница естественных наук средней школы обучала группы до четырех учеников, в то время как Диккер и ее коллеги записывали активность их мозга. В исследовании опубликованные на сервере препринтов biorxiv.org в 2019 году, исследователи сообщили, что чем больше синхронизируются мозги учеников и учителей, тем лучше ученики запоминают материал при тестировании неделю спустя. 2022 год анализ 16 исследований подтвердили, что межмозговая синхронность действительно связана с лучшим обучением.

«Человек, который уделяет больше всего внимания или лучше всего фиксирует сигнал говорящего, также будет наиболее синхронизирован с другими людьми, которые также уделяют больше всего внимания тому, что говорит говорящий», — сказал Диккер.

Когда наши мозги синхронизированы, улучшается не только обучение, но и командная работа и сотрудничество. В другом исследовании Диккер и ее коллеги, группы из четырех человек провели мозговой штурм по творческому использованию кирпича или оценили предметы, необходимые для выживания в авиакатастрофе. Результаты показали, что чем лучше синхронизировались их мозговые волны, тем лучше они выполняли эти задачи в группе. Между тем другие исследования показали, что нейронно-синхронизированные команды не только лучше общаться но и превосходить других в творческой деятельности, такой как интерпретация поэзии.

Хотя многие исследования связывают межмозговую синхронность с лучшим обучением и производительностью, остается вопрос, действительно ли синхронность вызывает такие улучшения. Может ли это быть мерой вовлеченности? «Дети, которые обращают внимание на учителя, будут демонстрировать большую синхронность с ним, потому что они более вовлечены», — сказал Холройд. «Но это не означает, что синхронные процессы на самом деле каким-то образом способствуют взаимодействию и обучению».

Однако эксперименты на животных показывают, что нейронная синхронность действительно может привести к изменениям в поведении. Когда нервную активность мышей измеряли, заставляя их носить крошечные датчики в форме цилиндров, например, межмозговую синхронность. предсказал, будет ли и как животные будут взаимодействовать в будущем. «Это довольно убедительное доказательство того, что между ними существует причинно-следственная связь», — сказал Новембре.

На людях наиболее убедительные доказательства получены в экспериментах, в которых используется электрическая стимуляция мозга для создания межнейронной синхронизации. Когда электроды помещаются на кожу головы людей, между электродами можно пропускать электрические токи, чтобы синхронизировать активность нейронов в мозгу людей. В 2017 году Новембре и его команда выполнил первый of такие эксперименты. Результаты показали, что синхронизация мозговых волн в бета-диапазоне, который связан с двигательными функциями, улучшила способность участников синхронизировать движения своего тела — в данном случае, отбивание ритма пальцами.

Несколько исследований недавно подтвердили результаты Новембре. В конце 2023Исследователи обнаружили, что когда мозговые волны людей синхронизируются с помощью электрической стимуляции, их способность сотрудничать в простой компьютерной игре значительно улучшается. И прошлым летомДругие ученые показали, что как только два мозга синхронизируются, люди начинают лучше передавать информацию и понимать друг друга.

Наука новая, поэтому до сих пор неясно, существует ли истинная причинно-следственная связь между синхронностью и кооперативным человеческим поведением. Несмотря на это, наука о нейронной синхронизации уже показывает нам, какую пользу мы получаем, когда делаем что-то синхронно с другими. На биологическом уровне мы настроены на общение.