让我们的大脑同步所带来的社交益处

著名的波兰钢琴二人组马雷克与瓦采克在现场音乐会演出时从不看乐谱。然而在台上，两人却显得天衣无缝、步调完全一致。他们坐在相邻的两架钢琴前，俏皮地接过一个个音乐主题，把古典音乐与爵士乐融为一体，并当场即兴发挥。
「我们就顺着音乐的流向走，」马雷克·托马谢夫斯基（Marek Tomaszewski）说。他与瓦采克·基谢莱夫斯基（Wacek Kisielewski）搭档演出，直到 1986 年瓦采克去世。「那是纯粹的乐趣。」
两位钢琴家似乎只需交换一个眼神就能读懂彼此的心思。马雷克说，那种感觉就好像两人处于同一波长之上。越来越多的研究表明，这种说法可能字面上就是真的。
近期有数十项实验研究了共同表演、共同工作的人的大脑活动——钢琴四手联弹者、牌友、师生、拼拼图的人及其他组合——结果显示他们脑波可以对齐，这一现象被称为人际神经同步（interpersonal neural synchronization），也叫脑际同步（interbrain synchrony）。
「现在有大量的研究表明，在一起互动的人会表现出协调的神经活动，」罗马意大利技术研究院（Italian Institute of Technology）的认知神经科学家贾科莫·诺韦姆布雷（Giacomo Novembre）说，他去年夏天发表了一篇关于人际神经同步的重要论文。随着新工具和改进的技术不断锤炼这门科学与理论，过去几年此类研究以越来越快的速度涌现——最近一项就发表于上周。
他们发现，大脑之间的同步有诸多好处。它与更好的问题解决能力、学习和合作相关联，甚至与那些以个人代价帮助他人的行为有关。更重要的是，最近一些用电流刺激大脑的研究提示，同步本身可能就是科学家观察到的表现提升的原因。
「认知不只是发生在颅骨之内，它发生在与环境、与他人的联结之中，」蒙特利尔大学计算精神病学教授纪尧姆·杜马（Guillaume Dumas）说。
理解我们的大脑何时、如何同步，可以帮助我们更高效地沟通、设计更好的课堂，并促进团队协作。
人类和其他群居动物一样，有一种让自身行为同步的倾向。如果你与某人并肩行走，你很可能会开始齐步而行。如果两个人并排坐在摇椅上，很可能他们很快会以相近的节奏摇动起来。
研究表明，这类行为同步让我们更加信任彼此，帮助我们建立联结，并放大我们的社交本能。在一项研究中，同步舞蹈让参与者感到彼此在情感上更为亲近——远比不同步运动的组别更强。在另一项研究中，有节奏地齐声诵念词语的参与者更可能在一项投资博弈中合作。哪怕只是与一位少数族裔人士齐步走一程，也能减少偏见。
「协调是社会互动的一个标志，确实至关重要，」诺韦姆布雷说。「当协调受损时，社会互动就会严重受损。」
当我们的动作协调一致时，体内还会产生无数肉眼看不见的同步现象。当人们一起击鼓时，他们的心脏会同频跳动。治疗师与来访者的心率在会谈期间可以同步（尤其是当治疗关系进展顺利时），已婚夫妇的心率也能如此。其他生理过程，如呼吸频率和皮肤电导水平，也可能与他人保持一致。
我们大脑的活动能同步吗？1965 年，《科学》（Science）杂志发表了一项实验的结果，提示这是可能的。费城托马斯·杰斐逊大学（Thomas Jefferson University）的科学家对同卵双胞胎成对进行测试，在他们头皮下插入电极来测量脑波——这一技术称为脑电图（electroencephalography）。研究者报告称，当双胞胎待在各自的房间里时，如果其中一人闭上眼睛，两人的脑波都会反映出这一动作。一名双胞胎脑电图上的波峰与另一名脑电图上的波峰相互对应。
然而，这项研究在方法学上存在缺陷。研究者测试过多对双胞胎，却只发表了观察到同步的那一对的结果。这并没有帮助这个萌芽中的学术领域。几十年来，关于脑际同步的研究被归入「怪异通灵癖好」一类，未受严肃对待。
这一领域的声誉在 2000 年代初开始转变，超扫描（hyperscanning）技术开始普及，它能让科学家同时对多个正在互动的人的大脑进行扫描。起初，这需要让成对的志愿者分别躺在两台功能磁共振成像（fMRI）设备里，这大大限制科学家能开展的研究类型。研究人员最终得以使用功能性近红外光谱技术（fNIRS），它测量大脑皮层外层神经元的活动。这项技术的最大优势在于易于使用：志愿者可以戴着 fNIRS 帽击鼓或在教室里学习，这种帽子看起来像插满许多线缆的游泳帽。
当多名戴着 fNIRS 帽的人互动时，科学家开始在全脑多个区域发现同步的神经间活动，其分布随任务和实验设置而异。他们还观察到脑波——代表神经元放电的电活动模式——在若干频率上同步。在两个已同步大脑的脑电图读数上，代表每人神经活动的曲线一起波动：每当一条曲线上冲或下探，另一条也随之而动，尽管有时存在时间滞后。偶尔，脑波会呈镜像出现——一人脑波上升时，另一人的在同一时刻以相近幅度下降——一些研究者也把这视为同步的一种形式。
随着新工具的出现，人们越来越清楚地认识到，脑际同步既不是形而上学的故弄玄虚，也不是劣质研究的产物。「［这一］信号确实存在，」伦敦大学学院的社会神经科学家安东尼娅·汉密尔顿（Antonia Hamilton）说。更难理解的是，两个处于不同身体里的独立大脑，如何能跨越空间表现出相似活动。汉密尔顿说，如今的大问题是「这告诉我们什么？」
诺韦姆布雷长期以来一直着迷于人类如何协调行动以达成共同目标。音乐家——比如钢琴四手联弹者——是如何配合得如此默契的？然而，正是对动物的思考，比如萤火虫同步闪烁的现象，让他走上了研究脑际同步所需要素的道路。
鉴于同步「在如此多的不同物种中如此普遍」，他回忆道，「我想：『那么，也许有一种非常简单的方式来解释它。』」
诺韦姆布雷和同事们设计了一项实验，于去年夏天发表。成对的志愿者只是面对面坐着，什么也不做，摄像设备追踪他们的眼睛、面部和身体动作。有时志愿者能看见彼此；有时他们被一块隔板隔开。研究者发现，只要志愿者直视对方的眼睛，他们的脑波就会瞬间同步。微笑在使脑波对齐方面甚至更为强大。
「同步有一种自发的特质，」诺韦姆布雷说。
身体的运动同样与同步的脑波活动相关。在诺韦姆布雷的研究中，当人们同步活动身体时——比如一人抬起手，另一人也做同样动作——他们的神经活动也会匹配起来，只是略有滞后。然而，脑际同步不止于镜像式的身体动作。在一项去年秋天发表、关于钢琴四手联弹者的研究中，行为同步的瓦解并没有让两个大脑失去同步。
面对面神经同步的另一个重要要素似乎是相互预测：预判另一个人的反应和行为。每个人都在「动手、动脸、动身体，或者在说话，」汉密尔顿解释道，「同时也在回应对方的动作。」例如，当人们玩意大利纸牌游戏特雷塞特（Tressette）时，搭档之间的神经活动会同步——但对手的脑却不会与他们对齐。
共享目标和共同注意往往对脑际同步至关重要。在中国进行的一项实验中，三人小组必须合作解决问题。其中有个花样：一名组员其实是研究者，只是假装参与任务，适时点头、评论，却并不真正关心结果。他的大脑没有与真正组员的大脑同步。
然而，一些批评者认为，神经活动同步的表象并不是任何联结的证据，而可以用人们共同回应同一环境来解释。「设想两个人在两个不同的房间里收听同一个电台，」比利时根特大学的认知神经科学家克雷·霍尔罗伊德（Clay Holroyd）在 2022 年一篇论文中写道，他本人并不研究脑际同步。「［脑际同步］在两人都喜欢的歌曲期间可能会高于两人都觉得无聊的歌曲期间，但这并非大脑对大脑直接耦合的结果。」
为了检验这一批评，匹兹堡大学和天普大学的科学家设计了一项实验，让参与者以不同方式完成一项专注任务：拼拼图。志愿者要么协作拼一幅拼图，要么并排各自拼相同的拼图。独立拼图的参与者之间存在一些神经间同步，但协作者的同步程度要高得多。
在诺韦姆布雷看来，这些发现及类似结果说明，脑际同步不只是环境的副产品。「只要你在社会互动过程中测量大脑，就必须一直处理这个问题，」他说。「社会互动中的大脑会接触到相似的信息。」
除非他们身处不同地方。疫情期间，研究者对人们通过视频面对面交谈时脑际同步会如何变化产生了兴趣。在一项 2022 年底发表的研究中，杜马和同事测量了母亲与其青春期前子女通过在线视频交流时的脑活动。这些亲子组合的大脑几乎不同步，远低于面对面交谈时。该研究作者认为，线上脑际同步如此之弱，或有助于解释为什么视频会议（Zoom 会议）往往如此令人疲惫。
「与面对面互动相比，视频会议里缺失了很多东西，」未参与这项研究的汉密尔顿说。「你的眼神交流有点不同，因为摄像头位置不对。更重要的是，你们的共同注意也不同。」
确定脑际同步所需的要素——无论是眼神交流、微笑还是共享目标——可以帮助我们更好地获得与他人同步的益处。当我们处于同一波长时，一切都会变得更轻松。
认知神经科学家苏珊娜·迪克尔（Suzanne Dikker）喜欢拥抱自己的创造力，用艺术来研究人脑如何工作。为了捕捉「处于同一波长」这一难以捉摸的概念，她和同事打造了「互波机器」（Mutual Wave Machine）：一半是艺术装置，一半是神经科学实验。2013 年至 2019 年间，世界多座城市的路人——马德里、纽约、多伦多、雅典、莫斯科等地——可以与另一人配对，探索神经间同步。两人坐在两个贝壳状结构里面对面，戴着脑电头环测量脑活动。在 10 分钟的互动中，贝壳会亮起作为神经反馈的视觉投影：投影越亮，两人脑波耦合越强。不过，一些配对并未被告知投影亮度反映其同步水平，另一些则被展示了虚假的投影。
迪克尔和同事分析了这些结果，相关论文发表于 2021 年。他们发现，知道自己正在观看神经反馈的配对，随时间推移变得更加同步——研究者解释，这种效应源于他们保持专注于伙伴的动机。更重要的是，同步程度的提高增强了这对参与者感受到的社会联结。看来，让大脑处于同一波长有助于建立关系。
迪克尔还在一个没那么艺术化的场景里研究了这一想法：课堂。在实验室里一间临时搭建的教室中，一位高中科学老师辅导每组至多四名学生，迪克尔与同事同步记录他们的脑活动。在一项 2019 年发布到预印本平台 biorxiv.org 的研究中，研究者报告，学生与老师的脑越同步，一周后测验时学生对知识的保持越好。2022 年的一项分析考察了 16 项研究，证实脑际同步确实与更好的学习相关。
「最专注、或最能与说话者信号锁定在一起的人，也会与其他同样最专注聆听说话者的人同步得最好，」迪克尔说。
当大脑同步时，似乎不仅学习得到提升，团队表现与合作也是。在迪克尔与同事的另一项研究中，四人小组头脑风暴一块砖头的创意用途，或给坠机求生必需物品排序。结果显示，他们脑波同步得越好，作为小组完成这些任务的表现就越好。其他研究还发现，神经同步的团队不仅沟通更好，在诗歌鉴赏等创造性活动中也胜过他人。
尽管许多研究把脑际同步与更好的学习和表现联系起来，但同步是否真的导致了这些提升仍是疑问。它会不会只是投入程度的一个度量？「关注老师的那几个孩子会表现出与该老师更多的同步，因为他们更投入，」霍尔罗伊德说。「但这并不意味着同步过程本身以某种方式促进了互动和学习。」
然而，动物实验提示神经同步确实能导致行为改变。例如，让小鼠佩戴小礼帽形状的微型传感器来测量其神经活动时，脑际同步能够预测这些动物未来是否会互动以及如何互动。「这是两者存在因果关系的相当有力的证据，」诺韦姆布雷说。
在人类身上，最有力的证据来自通过电刺激大脑来制造神经间同步的实验。把电极放置到人的头皮上后，让电流在电极之间通过，就能使人脑中的神经元活动同步。2017 年，诺韦姆布雷和他的团队完成了首个此类实验。结果提示，同步 β 波段的脑波——该波段与运动功能相关——增强了参与者同步身体动作的能力，在这个实验中即用手指敲出节奏。
近期已有若干研究重复了诺韦姆布雷的发现。2023 年底，研究者发现，一旦人的脑波通过电刺激被同步，他们在一款简单电脑游戏中合作的能力显著提升。而去年夏天，其他科学家表明，一旦两个大脑同步，人们传递信息和相互理解都会变得更好。
这门科学还很新，关于同步与合作性行为之间是否存在真正的因果关系，学界尚无定论。即便如此，神经同步的科学已经在向我们展示：当我们与他人同步做事时，会从中受益。在生物层面上，我们天生就是为联结而生的。