Hyperscanning – Gehirne im Einklang
Stell dir vor: Zwei Musiker stehen auf der Bühne, ein Kontrabass und eine Geige. Stille. Dann beginnen sie zu spielen. Langsam baut sich ein musikalischer Dialog zwischen den beiden auf. Jede Bewegung, jedes Zögern, jedes Einatmen des anderen wird aufmerksam wahrgenommen. Sie müssen genau aufeinander achten, dem Gegenüber genau zuhören und so ihr Spiel aufeinander abstimmen. Beide Instrumente verschmelzen zu einem Klang. Doch die Instrumente sind nicht das einzige, das sich hier miteinander schwingt – auch die Gehirne der beiden Musikerinnen tun es.
Forschende der Neurowissenschaften können heute tatsächlich beobachten, wie sich die Aktivität in zwei oder mehr Gehirnen während solcher Interaktionen angleicht. Das tun sie, indem sie sogenanntes „Hyperscanning“ durchführen [1, 4]. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse könnten verändern, wie wir über Kommunikation, Zusammenarbeit und Empathie denken [1, 4].
Was ist eigentlich Hyperscanning?
Lange Zeit war die Hirnforschung lediglich auf das einzelne Gehirn fokussiert. Eine Person liegt im MRT-Scanner oder hat eine EEG-Haube auf dem Kopf, schaut auf einen Bildschirm oder löst eine Aufgabe – so die klassische Versuchssituation. Unser Leben funktioniert so allerdings nur selten: Wir sprechen, musizieren, lachen oder lernen gemeinsam mit anderen Menschen. Wir interagieren miteinander. Der Ansatz des Hyperscannings ist, die Aktivität mehrerer Gehirne gleichzeitig zu messen, während Menschen direkt miteinander interagieren oder das gleiche zusammen erleben [1, 4]. Es geht also nicht mehr nur darum, was in einer Person passiert, sondern darum, was gleichzeitig in beiden Personen oder zwischen Ihnen vor sich geht.
Forschende sprechen deshalb oft von einem Schritt „vom Einzelgehirn zum Zwischenraum“ [1]. Dies geht über ähnliche Aktivität durch das Wahrnehmen des gleichen Reizes hinaus und erlaubt die Untersuchung funktioneller Kopplung zwischen Hirnen und der Korrelation von Aktivierungsmustern. Zwei Menschen können denselben Film schauen und dadurch ähnliche Hirnaktivierungen zeigen. Doch erst, wenn sie miteinander interagieren, wird sichtbar, wie ihre Hirne dies ermöglichen [3, 4]. Das Ziel ist also nicht nur das gleichzeitige Messen, sondern auch die funktionelle Kopplung zwischen Personen zu untersuchen und somit, wie ihre neuronalen Prozesse während sozialer Interaktion aufeinander abgestimmt sind [1, 4].
Ein kurzer Blick zurück
Die Idee entstand Anfang der 2000er-Jahre. 2002 gelang es einer Gruppe um den US-Neurowissenschaftler Read Montague, erstmals zwei Personen gleichzeitig im fMRT zu untersuchen, während sie ein einfaches Spiel spielten. Die Geräte waren dabei über das Internet miteinander verbunden. Dies war die Geburtsstunde des Hyperscannings [5]. Ein weiterer Meilenstein folgte 2010 mit der berühmten „Speaker–Listener“-Studie von Uri Hasson und Kolleginnen. Hier hörten Versuchspersonen einer Sprecherin zu, die eine Geschichte erzählte, während ihre Gehirnaktivität im Scanner aufgezeichnet wurde. Das Ergebnis: Je besser die Zuhörerinnen die Geschichte verstanden, desto stärker ähnelten sich ihre Gehirnaktivierungen denjenigen der Sprecherin – fast so, als würden ihre Gehirne sich synchronisieren und mitschwingen [8]. Diese und viele andere Studien zeigen: Verständnis ist keine Einbahnstraße, sondern ein Prozess des Abgleichs, der Synchronisation [8].
Wie messen wir so etwas?
Hyperscanning kann mit verschiedenen Methoden durchgeführt werden: Am häufigsten wird hierfür die Elektroenzephalographie genutzt, kurz EEG. Beim EEG (Elektroenzephalografie) wird direkt die elektrische Aktivität des Gehirns über Elektroden auf der Kopfhaut gemessen. Die Messung erfolgt auf die Millisekunde genau und ist daher besonders gut geeignet, um die feinen Rhythmen der Hirnwellen in sozialer Interaktion zu untersuchen [1, 4]. In Hyperscanning-Experimenten werden mehrere Versuchpersonen gleichzeitig mit einem EEG ausgestattet und müssen dann etwa zusammen eine Aufgabe lösen oder anderweitig miteinander interagieren [3].
Ich selbst habe erst kürzlich an einer Studie in Zusammenarbeit mit der Universität für Angewandte Kunst in Wien teilgenommen. Wir saßen zu dritt an Tischen und mussten – mit einer EEG-Kappe auf dem Kopf – ein Kartenspiel spielen. Die Forschenden sind unter anderem daran interessiert, wie Kooperation in solch einem Setting funktioniert. Je nach Runde spielten wir alleine oder im Team mit einer der anderen Personen. Ganz wichtig war allerdings, dass wir nicht zu viel Mimik zeigen durften, da die Signale der Muskelbewegungen jene Signale des Hirns schnell überlagern können, die eigentlich gemessen werden sollten.
Beim fNIRS (funktionelle Nahinfrarotspektroskopie) hingegen nutzen Forschende Licht, um Veränderungen des Sauerstoffgehalts im Blut zu messen. Die Idee ähnelt der des MRT, das darauf basiert, dass aktivierte Hirnregionen stärker durchblutet und mit Sauerstoff versorgt werden. Dies ist also ein indirektes Maß für die neuronale Aktivität [4]. Das System ist allerdings im Gegensatz zum MRT tragbar und erlaubt natürliche Interaktionen – z. B. zwei Personen, die sich gegenübersitzen und sprechen. Das macht fNIRS besonders interessant für Studien in Kommunikation, Bildung oder Kunst, weil die Methode den Einsatz in realistischeren Situationen ermöglicht [4].
Schließlich kann die Forschung auch mit dem fMRT (funktionelle Magnetresonanztomografie) arbeiten. Dieses liefert detailreichere Bilder des Hirns und zeigt, wo Aktivierungen stattfinden, funktioniert aber nur im Scanner – ist also weniger alltagsnah [1]. Beim fMRT kann nicht direkt eine synchrone Aktivität gemessen werden. Die Analyse erlaubt stattdessen die Untersuchung der Korrelation zeitgleicher Aktivierungsmuster, also zum Beispiel wie ähnlich sich diese sind [1, 4].
Hier kannst du noch einmal genauer nachlesen, wie die gängigen neurowissenschaftlichen Untersuchungsmethoden funktionieren:
In der Analyse zeigt sich, ob die Hirne sich “synchronisiert” haben
Die gewonnenen Daten werden anschließend miteinander verglichen. Bei EEG- und fNIRS-Daten analysieren Forschende, wie stark sich die zeitlichen Muster der Gehirnaktivität zweier Personen ähneln – ob ihre Signale im gleichen Takt schwingen. Wenn die elektrischen oder hämodynamischen Rhythmen zweier Gehirne gleichzeitig auf- und abfluten, spricht man von „neuronaler Synchronie“ oder „Phase-Locking“. Diese Messungen zeigen also, wie gut sich die Gehirne in einem bestimmten Moment aufeinander abstimmen [1, 4].
Bei fMRT-Hyperscanning läuft die Analyse etwas anders. Hier werden keine schnellen Wellen gemessen, sondern Veränderungen im Sauerstoffgehalt des Blutes – der sogenannte BOLD-Signal (blood-oxygen-level dependent). Forschende vergleichen, ob die Aktivierungsmuster bestimmter Hirnregionen bei zwei Personen über die Zeit hinweg ähnlich verlaufen. So kann man erkennen, ob etwa bei beiden die gleichen sozialen oder sprachbezogenen Areale gleichzeitig aktiv werden [1, 4].
In den ersten fMRT-Hyperscanning-Studien, wie etwa der vorhin bereits erwähnten, wurden dafür sogar zwei Scanner per Internet verbunden, um Interaktionen in Echtzeit zu messen – zum Beispiel Vertrauen oder Kooperation in Entscheidungsspielen [5]. fMRT eignet sich also weniger für die feinen zeitlichen Rhythmen des Zusammenspiels, liefert aber einen genauen Blick darauf, wo im Gehirn gemeinsame Aktivierungen stattfinden [1].
Was die Forschung bisher zeigt
Verschiedene Bereiche haben bereits spannende Erkenntnisse mithilfe des Hyperscannings gemacht. In Gesprächen ähneln sich die Aktivitätsmuster von Sprecherin und Zuhörerin, besonders auch dann, wenn sie sich gut verstehen. Die berühmte „Speaker–Listener“-Studie von Hasson und Kollegen zeigte: Je besser eine Geschichte verstanden wurde, desto stärker ähnelten sich die Aktivierungen im Sprachzentrum und in höheren Assoziationsarealen. Mit anderen Worten könnte man auch sagen, der Prozess des Verstehens hinterlässt ein neuronales Echo im Gehirn des Gegenübers [8].
Studien mit Gitarrenduos zeigen, dass sich beim gemeinsamen Musizieren bestimmte Gehirnfrequenzen synchronisieren. Das Maß der Synchronisation hing direkt damit zusammen, wie gut die Musikerinnen und Musiker ihr Spiel aufeinander abgestimmt hatten [6, 7]. Auch hier zeigt sich: Koordination im Verhalten geht mit Kopplung im Gehirn einher.
In realen Klassenzimmern haben Dikker und Kolleginnen EEG-Hyperscanning eingesetzt, um die Gehirnaktivitäten von Lehrerinnen und Schülerinnen gleichzeitig zu messen. Das Ergebnis: Wenn die Aufmerksamkeit und das Engagement hoch waren, synchronisierten sich die Gehirne der Lernenden stärker miteinander und mit der Lehrperson. Die Stärke dieser Kopplung konnte sogar vorhersagen, wie sehr sich Schülerinnen und Schüler im Unterricht eingebunden fühlten [2].
Was bedeutet das?
Hyperscanning zeigt: Denken, Fühlen und Verstehen sind keine isolierten Vorgänge innerhalb der einzelnen Personen. Es lohnt der Blick darauf, was gleichzeitig in unterschiedlichen Köpfen vor sich geht [1, 4]. Wenn wir miteinander reden, mitfühlen oder Musik machen, entsteht so etwas wie ein gemeinsamer neuronaler Raum. Vielleicht ist das, was wir „Resonanz“ nennen, tatsächlich messbar – jene flüchtigen Momente, in denen zwei Menschen nicht nur dasselbe erleben, sondern es im gleichen Takt erleben [1, 4].
Doch die Forschung steht erst am Anfang: Noch ist nicht eindeutig geklärt, ob neuronale Synchronie sozialer Verbundenheit unterstützt oder eine Folge derselben ist. Forschende arbeiten daran, diese wechselseitigen Prozesse besser zu verstehen: mit neuen Ansätzen wie gleichzeitiger Stimulation beider Gehirne (etwa durch transkranielle Magnetstimulation) oder mit mobilen Messsystemen, die natürliche Begegnungen außerhalb des Labors erfassen [4]. Im zweiten Teil dieses Blogbeitrags, den Sie im nächsten Monat hier lesen können, wird es darum gehen, warum diese Synchronie so entscheidend ist und wie sie in Kunst, Bildung und klinischer Forschung neue Perspektiven eröffnet.
Quellen
[1] Babiloni, F. & Astolfi, L. (2012). Social neuroscience and hyperscanning techniques: Past, present and future. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 44, 76–93. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2012.07.006
[2] Dikker, S., Wan, L., Davidesco, I., Kaggen, L., Oostrik, M., McClintock, J., Rowland, J., Michalareas, G., Van Bavel, J. J., Ding, M., & Poeppel, D. (2017). Brain-to-Brain Synchrony Tracks Real-World Dynamic Group Interactions in the Classroom. Current biology : CB, 27(9), 1375–1380. https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.04.002
[3] Dumas, G., Nadel, J., Soussignan, R., Martinerie, J. & Garnero, L. (2010). Inter-Brain Synchronization during Social Interaction. PLoS ONE, 5(8), e12166. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0012166
[4] Hakim, U., De Felice, S., Pinti, P., Zhang, X., Noah, J., Ono, Y., Burgess, P., Hamilton, A., Hirsch, J. & Tachtsidis, I. (2023). Quantification of inter-brain coupling: A review of current methods used in haemodynamic and electrophysiological hyperscanning studies. NeuroImage, 280, 120354. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2023.120354
[5] Montague, P. R., Berns, G. S., Cohen, J. D., McClure, S. M., Pagnoni, G., Dhamala, M., Wiest, M. C., Karpov, I., King, R. D., Apple, N., & Fisher, R. E. (2002). Hyperscanning: simultaneous fMRI during linked social interactions. NeuroImage, 16(4), 1159–1164. https://doi.org/10.1006/nimg.2002.1150
[6] Müller, V., Sänger, J. & Lindenberger, U. (2013). Intra- and Inter-Brain Synchronization during Musical Improvisation on the Guitar. PLoS ONE, 8(9), e73852. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0073852
[7] Sänger, J., Müller, V. & Lindenberger, U. (2012). Intra- and interbrain synchronization and network properties when playing guitar in duets. Frontiers in Human Neuroscience, 6. https://doi.org/10.3389/fnhum.2012.00312
[8] Stephens, G. J., Silbert, L. J. & Hasson, U. (2010). Speaker–listener neural coupling underlies successful communication. Proceedings Of The National Academy Of Sciences, 107(32), 14425–14430. https://doi.org/10.1073/pnas.1008662107
Was Sie da machen, ist schon Teilchenphysik: Die Bildung von Molekülen und anderen Netzwerken durch Synchronisierung von Schwingungsmustern. Ich frage mich, wie lange die Trennung zwischen Psychologie und Physik noch überleben kann.
Funktioniert übrigens besser, wenn Sie das Bild um 90 Grad drehen – wir reisen durch die Zeit und die Gegenwart ist nur eine Ebene, wir sehen die Interaktion der Schrotkugeln, aber nicht ihren Flug. Wenn Sie aus der Zeit heraustreten und das Ganze von der Seite beobachten, wo die Planeten nicht mehr Kreise, sondern langgezogene Spiralen um einen langen Strich namens Sonne ziehen, wird die Welt plötzlich sehr einfach. Dann sehen Sie zum Beispiel, dass synchrone Schwingungsmuster so etwas wie Laserstrahlen formen, die im Gleichschritt schwingen – das verhindert Kollisionen, ermöglicht stabile Beziehungen, Interaktionen in einem Tempo, das die Beteiligten nicht zerreißt.
Deswegen hat Musik auch heilende Wirkung – sie reduziert die Zahl der Karambolagen irgendwo auf einer sehr niedrigen Größenebene im Hirn. Synchronisierung ist auch die Grundlage der Genetik – ähnliche Informationen „schwingen“ ähnlich, also ist die Wahrscheinlichkeit, dass Menschen, die ähnliche Information enthalten, Sie stärken statt schwächen, auch höher, deswegen liegt es in Ihrem Interesse, sie zu erhalten. Und deswegen macht es auch keinen Unterschied, welche Art von gemeinsamer Information Sie haben: Ob DNA oder gemeinsame Sprache oder gemeinsame Kultur oder Religion, es geht um Synchronisierung, Gleichschaltung.
Unsere Gemeinschaften basieren auf der Hypnose der Macht: Wir alle haben ungefähr die gleiche Information im Kopf, wir müssen uns nicht lange abstimmen, um emotional gleichgeschaltet zu werden. Ein Wort innerhalb einer Kultur ersetzt tausend Worte zwischen zwei Kulturen, das spart Zeit, die Sie brauchen, um sich mit der Umwelt in anderen Bereichen in Harmonie zu bringen. Schließlich ist so ein Ritt durch die Zeit immer holprig, während Sie quatschen, versäumen Sie Ihre Fernsehserie und können morgen im Büro nicht mitreden, was zu Dissonanzen führen kann.
Für gewöhnlich funktioniert so eine Hypnose über Futterquellen – wes Brot ich esse, des Lied ich schwinge. Sie können Information und Nahrung durchaus gleichsetzen, auch wenn ich noch darüber nachdenke, wieso genau. Ein Massekern nimmt die Information der Gruppe auf, synchronisiert sie, sucht den gemeinsamen Nenner, vereinheitlicht sie, und strahlt sie wiederum zurück zur Gruppe, um sie zu synchronisieren, in gleiche Denk- und Fühlmuster zu stoßen. Das Gleiche macht er mit Macht – er verteilt Almosen an die Schwächsten, investiert in Entwicklung und Erhalt von Strukturen, zwingt allen die gemeinsame Information namens Gesetz auf, die für harmonische Abläufe sorgt – eine Autorität, ein Häuptling, eine Regierung, halten das komplexe, wirre Lichtstrahlen-Bündel namens Gesellschaft so weit stabil, dass es überhaupt existieren kann, statt sich durch interne Konflikte und Reibereien zu zerfetzen.
Ein politisches Spektrum ist eine Art Globus mit einem Masse – und einem Energiepol. Am Massepol, dem „Schweinepol“ sammelt sich das Futter, dort sitzen die dicksten Schweinchen, die sehr am Erhalt des Status Quo interessiert sind, sie sorgen für Stabilität. Am Energie- oder Zombiepol sammelt sich der Hunger – alle, die aus materiellen oder persönlichen Gründen nichts wollen, als das System zu zerstören, das zwischen ihnen und dem Schweinepol steht. Die größte Meinungsvielfalt finden Sie am Äquator, wo das Futter gesammelt wird, denn die vielen Futterquellen prägen die Menschen und Lebenssituationen auf verschiedene Weisen. Und über diesen Globus rutschen die Parteien wie Wolkendecken – je näher sie an den Schweinepol oder Hungerpol kommen, desto ähnlicher werden sie einander.
Wenn Sie sich das Muster aus Futter sammeln und Futter umverteilen anschauen, sehen Sie ein stinknormales Magnetfeld.
Innerhalb dieses Feldes müssen sich sehr, sehr viele Teilchen immer und immer wieder neu synchronisieren, abstimmen, um in ihren Bahnen zu bleiben. Das Ganze fliegt ja in 4D mit einem Affenzahn, verformt sich, federt Druck ab, macht einen Haufen Dinge, von denen wir nichts mitbekommen, weil es ein Gummiball ist – wenn es gequetscht wird, werden wir und unsere Welt mit gequetscht, so merken wir keinen Unterschied. Also, bei Gesellschaften schon, bei Sonnensystemen, Galaxien, beim Universum, nicht so sehr.
Umgekehrt können Sie durch Disharmonien Masse in Energie umwandeln – Sie bringen ein System dazu, dass seine Teilchen=Wellen einander zerschlagen, dadurch wird es zerfetzt. Die winzigen Wellen sind quasi Flüchtlinge, kleine, instabile Gruppen, die weiter zerfallen, bis sie irgendeine Möglichkeit finden, sich zu stabilisieren. Und diese kleinen Wellen können Sie selbst verbauen, um Ihr System zu reparieren, zu verstärken, in Schwung, auf Linie zu bringen – was so ein gesundes Frühstück eben so macht.
Wenn man so etwas einmal erkannt hat, sieht man es immer und überall, denn das Universum besteht ja aus Wellen, die versuchen, den wilden Ritt durch die Zeit zu überleben. Es existiert also nichts, einschließlich des Nichts, was Ihnen nicht dabei helfen könnte, zu verstehen, wie Synchronisation, Schwingungsmuster, Frequenzen, Amplituden, Musik und Melodien funktionieren – auch zwischenmenschlich.
Wenn wir andere Menschen und deren Verhalten beobachten, dann reaktiviert unser Gehirn sofort eine dazu passende eigene Erfahrung (= predictive coding/processing). So können wir verstehen und bei Bedarf sofort reagieren. Das ist unser allerwichtigster Überlebensmechanismus – da damit eine sofortige, schnellste Reaktion möglich ist.
Dies ist die Grundlage dafür, warum sich die Gehirnaktivitäten mehrerer Menschen synchronisieren – wenn man gemeinsame Aktivitäten durch führt.
Das fängt schon früh an:
Ein Baby lernt, indem es sein Verhalten im Versuch einer interaktiven Synchronisation an das beobachtete körperliche/emotionale Verhalten von anderen Menschen angleicht (natürlich nur, soweit dies möglich ist). Durch dieses Verhalten erzeugt es eine Imitation/Kopie der beobachteten Situation: die es dann als eigene Erfahrung im Gedächtnis abspeichern kann – wo es dann als gelerntes Erfahrungswissen zur Verfügung steht.
Ein Baby lernt am besten, wenn man sich ihm zuwendet und die Reaktion des Babys durch Synchronisation erwidert
DOI: 10.1016/j.cub.2023.08.084 Longitudinal evidence that infants develop their imitation abilities by being imitated
Diese interaktive Zuwendung von Eltern zu ihrem Kind wirkt sich deutlich auf dessen Entwicklung aus
DOI: 10.1017/s10995-016-2138-2 Association between maternal-foetal attachment and infant development: a systematic review
“Doch die Forschung steht erst am Anfang: Noch ist nicht eindeutig geklärt, ob neuronale Synchronie sozialer Verbundenheit unterstützt oder eine Folge derselben ist.”
Bei Ehepaaren ist die Synchronisierung der Gedanken eher häufiger, die Frau weiß sogar schon vorher, was ihr Gatte gerade denkt. Kein Witz !
Bei Jazz-Musikern ist die Synchronisierung sogar die Voraussetzung für guten Jazz.
Und das geht sogar soweit, dass sich bei Haustieren das Aussehen des älteren Hundebesitzers dem Hunde angleicht.