Οι νευροεπιστήμονες συνήθως ερευνούν έναν εγκέφαλο κάθε φορά. Παρατηρούν πώς πυροδοτούνται οι νευρώνες όταν ένα άτομο διαβάζει ορισμένες λέξεις, για παράδειγμα, ή παίζει ένα βιντεοπαιχνίδι. Ως κοινωνικά ζώα, ωστόσο, οι ίδιοι επιστήμονες κάνουν μεγάλο μέρος της δουλειάς τους από κοινού – συλλογιζόμενοι υποθέσεις, προβληματιζόμενοι για προβλήματα και τελειοποιώντας πειραματικά σχέδια. Όλο και περισσότερο, οι ερευνητές μεταφέρουν αυτή την πραγματικότητα στον τρόπο με τον οποίο μελετούν τους εγκεφάλους.
Η συλλογική νευροεπιστήμη, όπως την αποκαλούν ορισμένοι επαγγελματίες, είναι ένας ταχέως αναπτυσσόμενος ερευνητικός τομέας. Ένα πρώιμο, σταθερό εύρημα είναι ότι όταν οι άνθρωποι συνομιλούν ή μοιράζονται μια εμπειρία, τα εγκεφαλικά τους κύματα συγχρονίζονται. Οι νευρώνες σε αντίστοιχες θέσεις των διαφορετικών εγκεφάλων πυροδοτούνται ταυτόχρονα, δημιουργώντας ταιριαστά μοτίβα, όπως οι χορευτές που κινούνται μαζί. Οι ακουστικές και οπτικές περιοχές ανταποκρίνονται στο σχήμα, τον ήχο και την κίνηση με παρόμοιους τρόπους, ενώ οι περιοχές του εγκεφάλου ανώτερης τάξης φαίνεται να συμπεριφέρονται παρόμοια κατά τη διάρκεια πιο απαιτητικών εργασιών, όπως η απόδοση νοήματος σε κάτι που βλέπει ή ακούει κανείς. Η εμπειρία του να “βρίσκεσαι στο ίδιο μήκος κύματος” με ένα άλλο άτομο είναι πραγματική και είναι ορατή στη δραστηριότητα του εγκεφάλου.
Τέτοιες εργασίες αρχίζουν να αποκαλύπτουν νέα επίπεδα πλούτου και πολυπλοκότητας στην κοινωνικότητα. Στις τάξεις όπου οι μαθητές ασχολούνται με τον δάσκαλο, για παράδειγμα, τα μοτίβα επεξεργασίας του εγκεφάλου τους αρχίζουν να ευθυγραμμίζονται με εκείνα του δασκάλου – και μεγαλύτερη ευθυγράμμιση μπορεί να σημαίνει καλύτερη μάθηση. Τα νευρονικά κύματα σε ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου των ανθρώπων που ακούνε μια μουσική παράσταση ταιριάζουν με εκείνα του ερμηνευτή – όσο μεγαλύτερος είναι ο συγχρονισμός, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόλαυση. Τα ζευγάρια παρουσιάζουν υψηλότερο βαθμό εγκεφαλικού συγχρονισμού από τα μη ρομαντικά ζευγάρια, όπως και οι στενοί φίλοι σε σύγκριση με τους πιο μακρινούς γνωστούς.
Πώς όμως συμβαίνει ο συγχρονισμός; Πολλά σχετικά με το φαινόμενο παραμένουν μυστηριώδη – ακόμη και οι επιστήμονες χρησιμοποιούν περιστασιακά τη λέξη “μαγεία” όταν μιλούν γι’ αυτό. Μια απλή εξήγηση θα μπορούσε να είναι ότι η συνοχή μεταξύ των εγκεφάλων είναι αποτέλεσμα κοινών εμπειριών ή απλώς ένα σημάδι ότι ακούμε ή βλέπουμε το ίδιο πράγμα με κάποιον άλλο. Αλλά η νεότερη έρευνα δείχνει ότι η συγχρονία είναι κάτι περισσότερο από αυτό – ή μπορεί να είναι. Μόνο αν εξετάσουμε τους εγκεφάλους όλων των ατόμων που συμμετέχουν σε μια αλληλεπίδραση, λέει ο νευροεπιστήμονας Weizhe Hong του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Λος Άντζελες, μπορούμε να αρχίσουμε να “κατανοούμε πλήρως τι συμβαίνει”.
Οι ερευνητές ανακαλύπτουν τον συγχρονισμό στον άνθρωπο και σε άλλα είδη και χαρτογραφούν τη χορογραφία του -τον ρυθμό, τον συγχρονισμό και τους κυματισμούς του- για να κατανοήσουν καλύτερα τα οφέλη που μπορεί να μας προσφέρει. Βρίσκουν ενδείξεις ότι ο δια-εγκεφαλικός συγχρονισμός προετοιμάζει τους ανθρώπους για την αλληλεπίδραση και αρχίζουν να τον κατανοούν ως δείκτη των σχέσεων. Δεδομένου ότι οι συγχρονισμένες εμπειρίες είναι συχνά ευχάριστες, οι ερευνητές υποψιάζονται ότι το φαινόμενο αυτό είναι ευεργετικό: μας βοηθά να αλληλεπιδρούμε και μπορεί να έχει διευκολύνει την εξέλιξη της κοινωνικότητας. Αυτό το νέο είδος έρευνας του εγκεφάλου μπορεί επίσης να φωτίσει γιατί δεν κάνουμε πάντα “κλικ” με κάποιον ή γιατί η κοινωνική απομόνωση είναι τόσο επιβλαβής για τη σωματική και ψυχική υγεία.
Αυτές οι δελεαστικές προοπτικές είναι ο λόγος για τον οποίο, τον περασμένο Δεκέμβριο, φόρεσα ένα ζευγάρι νοσοκομειακές ποδιές και ξάπλωσα στον σωλήνα ενός μηχανήματος λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας (fMRI) στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. Σύμφωνα με τις οδηγίες, προσπάθησα να παραμείνω όσο το δυνατόν πιο ακίνητος, με το κεφάλι μου σε μια βάση και τον αριστερό μου αντίχειρα να βρίσκεται πάνω σε ένα κουμπί κλήσης έκτακτης ανάγκης. Ήταν τόσο άβολα όσο με είχαν προειδοποιήσει ότι θα ήταν.
“Είσαι καλά;” ρώτησε μια υπόκωφη φωνή από το διπλανό δωμάτιο ελέγχου.
“Είμαι καλά”, είπα ψέματα.
Τότε μια νέα, πιο δυνατή φωνή ακούστηκε στα ακουστικά μου: “Μπορείς να με ακούσεις;”
Αυτός ήταν ο Σιντ. Θα ήταν ο συνομιλητής μου για την επόμενη ώρα.
Συστηθήκαμε. Είπα ότι ήμουν επιστημονικός δημοσιογράφος. Είπε ότι δούλευε σε ένα εργαστήριο κοινωνικών νευροεπιστημών στο κολέγιο Ντάρτμουθ. Ο Σιντ και εγώ επικοινωνούσαμε μέσω του Διαδικτύου καθώς βρισκόμασταν σε διαφορετικά μηχανήματα απεικόνισης εγκεφάλου 130 μίλια μακριά. Οδηγίες αναβόσβηναν στις οθόνες πάνω από τον καθένα μας. Το καθήκον μας ήταν να πούμε μαζί μια ιστορία με εναλλασσόμενες εναλλαγές των 30 δευτερολέπτων η καθεμία. Εγώ έπρεπε να ξεκινήσω πρώτος χρησιμοποιώντας αυτή την προτροπή: “Μια ομάδα παιδιών συναντά εξωγήινους”.
Ξεκίνησα με μια ιστορία για τα παιδιά σε μια σχολική εκδρομή που πήγαν μια βόλτα σε ένα πάρκο με τους δασκάλους τους και έπεσαν πάνω στη δραματική προσγείωση – δυνατός θόρυβος, έντονα φώτα – ενός εξωγήινου διαστημόπλοιου. Ο Σιντ έβαλε μερικά από τα πιο θαρραλέα παιδιά να πλησιάσουν, με επικεφαλής ένα αγόρι ονόματι Κέβιν. Εγώ πρόσθεσα ένα κορίτσι ονόματι Άναμπελ που άπλωσε το δάχτυλό του για να αγγίξει ένα από τα πλάσματα. Ο Σιντ έριξε μερικές νύξεις για αρχαίες συνδέσεις μεταξύ των δύο κόσμων.
Τελικά ο μετρητής στην οθόνη πάνω από μένα αναβόσβησε: 4 … 3 … 2 … 1 … ο χρόνος τελείωσε. Εμφανίστηκαν νέες οδηγίες. Τώρα έπρεπε ο καθένας μας να φτιάξει τη δική του ιστορία σε βήματα των 30 δευτερολέπτων. Ανάμεσα στα δικά μας βήματα, έπρεπε να ακούσουμε την εξελισσόμενη ιστορία του άλλου. Όταν τελείωσε αυτό, έπρεπε και οι δύο να ξαναπείτε και τις τρεις ιστορίες: την κοινή μας δημιουργία και αυτές που επινοήσαμε ξεχωριστά.
Η ιστορία που είπαμε μαζί με τον Sid δεν ήταν τρομερά πρωτότυπη. Η δική μου ατομική προσπάθεια, για ένα παιδί που έμπλεξε σε μπελάδες, ήταν ακόμη λιγότερο. Αλλά ένα πράγμα ξεχώριζε: Βρήκα ότι ήταν πολύ πιο διασκεδαστικό να δουλεύουμε μαζί παρά μόνοι μας – τόσο πολύ που ξέχασα τη δυσφορία μου. Όταν συνάντησα τον Σιντ αυτοπροσώπως την επόμενη μέρα στο Ντάρτμουθ, συμφώνησε. Κι εκείνος, επίσης, απολάμβανε να λέει μια ιστορία μαζί μου περισσότερο από το να λέει τη δική του ιστορία.
Αυτό φαινόταν ταιριαστό στη νευροεπιστήμονα του Ντάρτμουθ Θάλεια Γουίτλεϊ, η οποία μας είχε επιστρατεύσει σε αυτή την πρωτοποριακή μελέτη. Ενώ ο Σιντ και εγώ κάναμε τα δικά μας, η Wheatley, ο μεταδιδακτορικός της ερευνητής JD Knotts και ο Adam Boncz του Ερευνητικού Κέντρου Φυσικών Επιστημών της Βουδαπέστης άκουγαν και παρακολουθούσαν από αίθουσες ελέγχου στο Χάρβαρντ και το Ντάρτμουθ, ενώ πολλαπλοί υπολογιστές κατέγραφαν τι λέγαμε ο Σιντ και εγώ, πότε το λέγαμε και τι έκανε ο εγκέφαλός μας εκείνη τη στιγμή.
Τα μηχανήματα fMRI στα οποία βρισκόμασταν παρακολουθούσαν τις αλλαγές στη ροή του αίματος σε ολόκληρο τον εγκέφαλο, οι οποίες συσχετίζονται στενά με τις αλλαγές στη νευρωνική δραστηριότητα. Τα αποτελέσματα μιας τέτοιας απεικόνισης αναδεικνύουν, αν και έμμεσα, πού στον εγκέφαλο συμβαίνουν τα πράγματα. Για παράδειγμα, ο ακουστικός φλοιός θα πρέπει να είναι ενεργός ενώ ένα άτομο ακούει, αλλά το ίδιο θα πρέπει να συμβαίνει και με τις περιοχές στον κροταφικό λοβό που επεξεργάζονται τη γλώσσα και το νόημα.
Αργότερα η ερευνητική ομάδα θα μελετήσει τα ογκώδη δεδομένα που θα παραχθούν, ελπίζοντας να δει τους τρόπους με τους οποίους οι δύο εγκέφαλοι, μαζί, αλλάζουν καθώς αλληλεπιδρούν και μπορεί ακόμη και να δημιουργήσουν κάτι καινούργιο. “Όταν μιλάμε μεταξύ μας, δημιουργούμε τρόπον τινά έναν ενιαίο υπερεγκέφαλο που δεν μπορεί να αναχθεί στο άθροισμα των μερών του”, λέει ο Wheatley. “Όπως το οξυγόνο και το υδρογόνο συνδυάζονται για να φτιάξουν νερό, δημιουργείται κάτι ιδιαίτερο που δεν μπορεί να αναχθεί σε οξυγόνο και υδρογόνο ανεξάρτητα”.
Τουλάχιστον αυτή είναι η ιδέα. Για να δουν αν μπορούν να εντοπίσουν αυτό το “κάτι το ιδιαίτερο”, οι ερευνητές θα συγκρίνουν τη δραστηριότητα στον εγκέφαλο του Σιντ και του δικού μου, καθώς και όλων των άλλων ζευγαριών της μελέτης, δευτερόλεπτο προς δευτερόλεπτο, voxel προς voxel κατά τη διάρκεια της συζήτησης της ιστορίας μας, αναζητώντας σημάδια συνοχής. Θα εξετάσουν επίσης τα ερωτηματολόγια και τις αναφορές σχετικά με την εμπειρία που συμπληρώσαμε εμείς και οι άλλοι συμμετέχοντες αφού βγήκαμε από τις μηχανές (χρησιμοποιώντας ερωτήσεις όπως “Πόσο σας άρεσε η ιστορία που δημιουργήσατε με τον σύντροφό σας;”). Τέτοιες μελέτες χρειάζονται χρόνο, αλλά σε ένα χρόνο περίπου, αν όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο, θα δημοσιεύσουν τα πρώτα τους αποτελέσματα.
Η αρχική μελέτη “υπερσκόπησης” -δύο άτομα, δύο μαγνητικές τομογραφίες- πραγματοποιήθηκε στο Baylor College of Medicine στο Χιούστον. Ο νευροεπιστήμονας Read Montague, τώρα στο Πολυτεχνικό Ινστιτούτο και Κρατικό Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια, έβαλε δύο άτομα σε ξεχωριστούς σαρωτές fMRI και κατέγραψε την εγκεφαλική τους δραστηριότητα καθώς συμμετείχαν σε ένα απλό ανταγωνιστικό παιχνίδι. Οι σχετικά περιορισμένοι στόχοι αυτού του πειράματος ήταν να καταδειχθεί η δυνατότητα παρακολούθησης της ταυτόχρονης δραστηριότητας σε δύο εγκεφάλους και να εντοπιστούν τα τεχνικά εμπόδια. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν το 2002. Έκτοτε, ο τομέας έχει βελτιωθεί στην υπερσάρωση με fMRI και έχει επεκταθεί σε άλλα είδη τεχνολογίας.
Όπως και η fMRI, η λειτουργική φασματοσκοπία εγγύς υπέρυθρου (fNIRS) παρακολουθεί τις μεταβολές των επιπέδων οξυγόνου στη ροή του αίματος- επειδή η οξυγόνωση αυξάνεται με τις ενεργειακές απαιτήσεις, οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη μέθοδο για την παρακολούθηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Χρησιμοποιώντας μόνο ένα καπάκι από φώτα και αισθητήρες -το πλούσιο σε οξυγόνο αίμα αλληλεπιδρά με το φως με διαφορετικό τρόπο από ό,τι το λιγότερο οξυγονωμένο αίμα- η fNIRS είναι φθηνότερη και λιγότερο απαιτητική στη χορήγηση από την fMRI. Είναι, ωστόσο, επίσης πιο περιορισμένη επειδή φτάνει μόνο στα ανώτερα επίπεδα του εγκεφάλου.
Η ηλεκτροεγκεφαλογραφία (EEG), ένας άλλος τύπος σάρωσης, μηδενίζει το χρόνο, καταγράφοντας την ταχύτητα και την αλληλουχία της εγκεφαλικής δραστηριότητας – εστιάζοντας στο πότε περισσότερο από το πού αποκαλύπτεται από την fMRI. Το ΗΕΓ αντανακλά επίσης τον σχετικό ρυθμό των διαφόρων τύπων εγκεφαλικών κυμάτων ή ταλαντώσεων. Όπως τα κύματα στο νερό, τα κύματα στον εγκέφαλο ανεβοκατεβαίνουν σε κύκλους γρήγορους και αργούς. Οι πέντε συνήθεις τύποι εγκεφαλικών κυμάτων, που ονομάζονται άλφα, βήτα, γάμμα, δέλτα και θήτα ανάλογα με τον ρυθμό ταλάντωσής τους, υποδηλώνουν διαφορετικές καταστάσεις του εγκεφάλου. Στα 0,5 έως τέσσερα Hertz (ένα Hertz είναι μια πλήρης ταλάντωση ανά δευτερόλεπτο), τα κύματα δέλτα αντιπροσωπεύουν συνήθως βαθύ, ξεκούραστο ύπνο. Άλλα κύματα είναι γρήγορα και ασταθή – η εγρήγορση και η συνειδητή δραστηριότητα συνδέονται συνήθως με τα κύματα βήτα (13 έως 30 Hz) και τα κύματα γάμμα (περίπου 30 έως 100 Hz).
Νέες μελέτες παρόμοιες με αυτή του Wheatley έχουν ως στόχο να προχωρήσουν πέρα από τα πρώτα ευρήματα και να ρωτήσουν, για παράδειγμα, αν τα ζευγάρια αφηγητών που φτιάχνουν καλύτερες ιστορίες παρουσιάζουν πιο στενά συνδεδεμένη εγκεφαλική δραστηριότητα από εκείνα των οποίων οι προσπάθειες πέφτουν λίγο στο κενό. Για να μετρήσουν τα ευρήματα ως “έξτρα” κατά την κοινή συνθήκη αφήγησης ιστοριών, οι συσχετίσεις μεταξύ των εγκεφάλων “δεν θα πρέπει να συνδέονται απλώς με τους ανθρώπους που μιλούν ή ακούν και κατανοούν ο ένας τον άλλον σε γλωσσικό επίπεδο”, λέει ο Boncz, ο οποίος είναι συν-επικεφαλής της μελέτης στην οποία συμμετείχα. “Θα πρέπει να είναι κάτι περισσότερο”.
Για να καθορίσουν το νευρωνικό υπόβαθρο των αλληλεπιδρώντων εγκεφάλων, οι νευροεπιστήμονες στρέφονται και σε άλλα είδη στα οποία μπορούν να ερευνήσουν σε βαθύτερα επίπεδα νευροβιολογικών λεπτομερειών από ό,τι στους ανθρώπους. Ανάμεσα στα κοινωνικά θηλαστικά που μελετούν, μερικά από τα πιο ενδιαφέροντα -και εκπληκτικά- είναι οι νυχτερίδες που καβγαδίζουν, κουρνιάζουν, χτυπιούνται.
Δεν είναι δύσκολο να βρει κανείς το εργαστήριο του Michael Yartsev στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ. Μικρά, μαύρα, πλαστικά φτερά νυχτερίδας είναι καρφιτσωμένα στον τοίχο δίπλα στην πινακίδα με το όνομά του, σαν να φτερουγίζουν γύρω από την πόρτα του. Εδώ είναι πάντα απόκριες. Και ήταν εδώ, το 2019, που ο Yartsev και ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Wujie Zhang ήταν οι πρώτοι που έδειξαν ότι οι εγκέφαλοι των νυχτερίδων συγχρονίζονται όπως ακριβώς και οι ανθρώπινοι εγκέφαλοι. Αν και οι επιστήμονες μελετούσαν εδώ και καιρό τη συλλογική συμπεριφορά σε ζώα από έντομα έως θηλαστικά, δεν είχαν φτάσει ποτέ στο επίπεδο του εγκεφάλου με αυτόν τον τρόπο.
Η πρωτοποριακή μελέτη του Yartsev έδειξε αυτό που είναι ίσως το απλούστερο από τα πολλαπλά επίπεδα νοήματος που φέρει ο συγχρονισμός: είναι ένα ισχυρό σήμα κοινωνικής αλληλεπίδρασης. Στις νυχτερίδες, είναι παρούσα μόνο όταν είναι μαζί.
Οι νυχτερίδες ζουν στον κάτω όροφο, σε αυτό που ο Yartsev, ο οποίος είναι ταυτόχρονα νευροεπιστήμονας και μηχανικός, αποκαλεί χαϊδευτικά “σπηλιά νυχτερίδων”. Φιλοξενεί περίπου 300 νυχτερίδες φρούτων σε δύο αποικίες, μία για αρσενικά και μία για θηλυκά. Οι τοίχοι των δωματίων των αποικιών είναι μαύροι, και σε κάθε ένα από αυτά υπάρχουν πάνελ με πλέγμα προσαρμοσμένα στην οροφή και δίχτυα απλωμένα σε όλο το δωμάτιο. Από το ταβάνι κρέμονται ανάποδα σουβλάκια φρούτων από πεπόνι και μήλο, καθώς και μπλε πλαστικές κατασκευές για να παίζουν οι νυχτερίδες.
Ο Yartsev προσελκύστηκε από τη μελέτη των νυχτερίδων φρούτων λόγω της φωνητικής μάθησης και των επικοινωνιακών τους δεξιοτήτων, αλλά γρήγορα συνειδητοποίησε ότι προσφέρουν επίσης ένα παράθυρο στην κοινωνικότητα. Στεκόμενος στην πόρτα ενός δωματίου αποικίας και παρατηρώντας τις νυχτερίδες να κάνουν παρέα, δεν είναι δύσκολο να καταλάβει κανείς το γιατί. Παρόλο που έχουν άφθονο χώρο για να απλωθούν, τα καφέ-γκρι θηλαστικά, μήκους έξι έως οκτώ ιντσών το καθένα, συνήθως μαζεύονται σε ομάδες, προσκολλημένα στο δίχτυ ή κρεμασμένα από το πλέγμα.
Στη φύση, αυτές οι εξαιρετικά κοινωνικές νυχτερίδες περνούν τις νύχτες τους αναζητώντας τροφή και μεγάλο μέρος της ημέρας κοιμούνται σε μεγάλες, πολυπληθείς αποικίες σε σπηλιές ή δέντρα – μερικές φορές με εκατοντάδες ή χιλιάδες άλλες νυχτερίδες. Όσο είναι στριμωγμένες, τσακώνονται για την τροφή, τον χώρο ύπνου και τις προσπάθειες ζευγαρώματος.
Στο τέλος του διαδρόμου από τα δωμάτια των αποικιών στο Μπέρκλεϊ, υπάρχει μια μεγάλη “αίθουσα πτήσης” για πειράματα. Ενώ ο Yartsev και εγώ παρακολουθούμε, μεταπτυχιακοί φοιτητές μεταφέρουν μέσα δύο πλαστικά δοχεία με καπάκια και απελευθερώνουν μια ομάδα νυχτερίδων. Από το διπλανό δωμάτιο ελέγχου, τα ζώα εμφανίζονται ως κουκκίδες στις οθόνες των υπολογιστών, μοιάζοντας με τηλεχειριζόμενες μπάλες του πινγκ-πονγκ που τρέχουν γύρω από το δωμάτιο και περιστασιακά σταματούν σε περίεργες γωνίες.
Η μελέτη των νυχτερίδων που πετούν ελεύθερα, όπως κάνει ο Yartsev, είναι μια άσκηση τεχνικής ακρίβειας. Επειδή οι νυχτερίδες περνούν τόσο πολύ χρόνο μαζεμένες μαζί και πετούν τόσο γρήγορα, μπορεί να είναι δύσκολο να τις αναγνωρίσεις ή να καταλάβεις ποια νυχτερίδα φωνάζει. Για την παρακολούθηση της θέσης, της συμπεριφοράς και της εγκεφαλικής δραστηριότητας, οι επιστήμονες εξόπλισαν το δωμάτιο πτήσης με 16 κάμερες και πολλαπλές κεραίες κρυμμένες σε μικρά λευκά κουτιά.
Οι μικροσκοπικοί αναμεταδότες που κρέμονται γύρω από το λαιμό κάθε νυχτερίδας έχουν μικρόφωνα που βοηθούν την ομάδα να εντοπίσει ποια νυχτερίδα φωνάζει, και οι κάμερες εντοπίζουν τις θέσεις τους με ανάλυση ενός εκατοστού ή και λιγότερο. Η εγκεφαλική δραστηριότητα παρακολουθείται ξεχωριστά μέσω ηλεκτροδίων που καταγράφουν από διάφορες περιοχές του εγκεφάλου και τροφοδοτούν νευρωνικά δεδομένα σε μικροσκοπικούς, ελαφρούς καταγραφείς που είναι προσαρτημένοι στο κεφάλι κάθε νυχτερίδας. Όταν τελειώσει το πείραμα, οι πληροφορίες από κάθε καταγραφέα μεταφορτώνονται και αναλύονται.
Στο πείραμα συγχρονισμού του 2019 των Yartsev και Zhang, χρησιμοποίησαν ασύρματη ηλεκτροφυσιολογία και άλλη τεχνολογία για να παρακολουθούν τη συμπεριφορά και την εγκεφαλική δραστηριότητα των νυχτερίδων για περίπου 100 λεπτά κάθε φορά. Είδαν ότι η συμπεριφορά των νυχτερίδων συσχετιζόταν κατά προσέγγιση – είχαν την τάση να ξεκουράζονται την ίδια στιγμή και να είναι ενεργές την ίδια στιγμή. Οι ενεργές περίοδοι περιελάμβαναν κοινωνικές και μη κοινωνικές συμπεριφορές, όπως η μάχη ή η περιποίηση του εαυτού τους ή της άλλης.
Για να συγκρίνουν την εγκεφαλική δραστηριότητα, οι επιστήμονες ανέλυσαν ένα φασματογράφημα όλων των εγκεφαλικών κυμάτων. Αυτό που ξεχώρισαν στις νυχτερίδες ήταν ότι οι ζώνες υψηλής συχνότητας (από 30 έως 150 Hz) είχαν μεγαλύτερη ισχύ, ή εξέχουσα θέση, κατά τη διάρκεια περιόδων ενεργητικής συμπεριφοράς, και οι ζώνες χαμηλής συχνότητας (1 έως 29 Hz) είχαν μεγαλύτερη ισχύ κατά τη διάρκεια της ανάπαυσης.
Ήταν επίσης αμέσως προφανές -και μάλιστα εντυπωσιακά- ότι υπήρχαν πολύ υψηλά επίπεδα διαεγκεφαλικού συγχρονισμού μεταξύ των νυχτερίδων, ιδίως στις υψηλές συχνότητες. Τα μοτίβα ήταν τόσο παρόμοια που οι ερευνητές αρχικά δεν πίστευαν αυτό που έβλεπαν, αλλά τα δεδομένα τους έπεισαν. “Εδώ είναι το σήμα νούμερο ένα, και εδώ είναι το σήμα νούμερο δύο”, λέει ο Yartsev. “Απλά κάντε τη συσχέτιση μεταξύ τους. Ήταν τόσο απίστευτα ισχυρή, πράγμα που ήταν πολύ καθησυχαστικό, διότι υποδήλωνε ότι βλέπαμε κάτι πραγματικό. Το βλέπαμε κάθε φορά όταν αλληλεπιδρούσαν κοινωνικά”.
Όταν ο Yartsev και ο Zhang επανέλαβαν το πείραμα αφήνοντας τις νυχτερίδες να πετάξουν ελεύθερα σε πανομοιότυπους ξεχωριστούς θαλάμους και όχι στο ίδιο κοινωνικό περιβάλλον, οι συσχετίσεις κατέρρευσαν. Δεν υπήρχε συγχρονισμός στην εγκεφαλική δραστηριότητα των νυχτερίδων, ακόμη και όταν οι ερευνητές έβαζαν μέσα τον ήχο άλλων νυχτερίδων που καλούσαν. Και υπήρχαν και άλλες ενδιαφέρουσες λεπτομέρειες. Σε κοινωνικές καταστάσεις, οι συσχετίσεις αυξάνονταν όσο οι νυχτερίδες αλληλεπιδρούσαν περισσότερο. Και η αύξηση της συσχέτισης μεταξύ των εγκεφάλων προηγήθηκε της αύξησης της κοινωνικής αλληλεπίδρασης – μια αντανάκλαση του γεγονότος ότι κάθε αλληλεπίδραση είναι μια σειρά αποφάσεων, γεγονός που υποδηλώνει ότι η συσχέτιση των εγκεφάλων διευκολύνει την αλληλεπίδραση.
Οι Yartsev και Zhang κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι υπάρχει κάτι ιδιαίτερο στην κοινωνική αλληλεπίδραση. Ο συγχρονισμός μπορεί να αποτελεί ένδειξη κοινής γνωστικής επεξεργασίας, η οποία είναι η χημική και ηλεκτρική σηματοδότηση στον εγκέφαλο που επιτρέπει στα άτομα να κατανοούν το περιβάλλον τους, να επικοινωνούν και να μαθαίνουν.
Η εξέταση του συγχρονισμού μεταξύ των ζωνών των εγκεφαλικών κυμάτων είναι ένας τρόπος για να κατανοήσουμε τι συμβαίνει μεταξύ αλληλεπιδρώντων εγκεφάλων. Ένας άλλος είναι να εξετάσουμε τη δραστηριότητα συγκεκριμένων νευρώνων. “Τελικά οι εγκέφαλοί μας δεν είναι μια σούπα μέσων όρων. Αποτελούνται από μεμονωμένους νευρώνες που κάνουν διαφορετικά πράγματα, και μπορεί να κάνουν αντίθετα πράγματα”, λέει ο Hong του U.C.L.A. Ο Hong και οι συνάδελφοί του ήταν από τους πρώτους που έψαξαν για αυτό το επίπεδο λεπτομέρειας και μελέτησαν τους αλληλεπιδρώντες εγκεφάλους νευρώνα προς νευρώνα. Αυτό που βρήκαν αποκάλυψε ακόμη μεγαλύτερη πολυπλοκότητα.
Όπως και ο Yartsev, ο Hong αρχικά αμφέβαλε ότι ο διαεγκεφαλικός συγχρονισμός που παρατήρησε ο ίδιος και η ομάδα του στα ζώα -στην περίπτωσή τους, στα ποντίκια- ήταν πραγματικός. Δεν είχε ακόμη διαβάσει τη βιβλιογραφία για τον συγχρονισμό στους ανθρώπους και είπε στον Lyle Kingsbury -τότε φοιτητής του Hong και επικεφαλής επιστήμονας της έρευνας και τώρα μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Πανεπιστήμιο του Harvard- ότι κάτι πρέπει να συμβαίνει. Δεν υπήρχε. Χρησιμοποιώντας μια τεχνολογία που ονομάζεται μικροενδοσκοπική απεικόνιση ασβεστίου, η οποία μετρά τις αλλαγές στον επαγόμενο φθορισμό σε μεμονωμένους νευρώνες, εξέτασαν εκατοντάδες νευρώνες ταυτόχρονα.
Σε ζεύγη αλληλεπιδρώντων ποντικών, διαπίστωσαν ότι ο συγχρονισμός εμφανιζόταν κατά τη διάρκεια μιας συνεχιζόμενης κοινωνικής αλληλεπίδρασης. Επιπλέον, ο συγχρονισμός στους εγκεφάλους των ποντικών προέκυψε από ξεχωριστούς πληθυσμούς κυττάρων στον προμετωπιαίο φλοιό, τους οποίους ο Hong αποκαλεί “κύτταρα του εαυτού” και “άλλα κύτταρα”. Τα πρώτα κωδικοποιούν τη δική μας συμπεριφορά, ενώ τα δεύτερα τη συμπεριφορά ενός άλλου ατόμου. “Το άθροισμα της δραστηριότητας τόσο των κυττάρων του εαυτού όσο και των άλλων κυττάρων είναι παρόμοιο ή συσχετίζεται με το άθροισμα της δραστηριότητας στον άλλο εγκέφαλο”, λέει ο Hong.
Αυτό που βλέπουν υπερβαίνει κατά πολύ προηγούμενες έρευνες για τους λεγόμενους κατοπτρικούς νευρώνες, οι οποίοι αντιπροσωπεύουν τόσο τον εαυτό όσο και τον άλλο. (Όταν σας βλέπω να πετάτε μια μπάλα, ενεργοποιείται ένα σύνολο κατοπτρικών νευρώνων στον εγκέφαλό μου που θα ενεργοποιούνταν επίσης αν έκανα το ίδιο πράγμα ο ίδιος). Αντίθετα, τα κύτταρα του εαυτού και του άλλου που ανακάλυψαν οι Hong και Kingsbury κωδικοποιούν μόνο τη συμπεριφορά του ενός ή του άλλου ατόμου. Και τα τρία είδη κυττάρων -καθρέφτης, εαυτός και άλλος- ήταν παρόντα και ευθυγραμμισμένα στους εγκεφάλους των ποντικών.
Η μελέτη των ποντικιών πρότεινε ένα άλλο επίπεδο νοήματος για τον συγχρονισμό: προβλέπει τα αποτελέσματα των μελλοντικών αλληλεπιδράσεων. Όπως και οι νυχτερίδες, τα ποντίκια απολαμβάνουν την παρέα άλλων ποντικιών και κοιμούνται μαζεμένα μαζί, αλλά είναι ένα ιεραρχικό είδος, με ορισμένα ζώα να είναι πιο κυρίαρχα από άλλα. Για να επωφεληθούν από αυτό, οι Hong και Kingsbury χρησιμοποίησαν ένα τυπικό πείραμα που ονομάζεται δοκιμασία σωλήνα και μοιάζει πολύ με το να παρακολουθείς δύο ομάδες ποδοσφαίρου να προσπαθούν να φτάσουν η μία στην τελική ζώνη της άλλης. Οι ερευνητές τοποθέτησαν δύο ζώα σε έναν σωλήνα, ένα σε κάθε άκρο, και τα παρακολούθησαν να προχωρούν το ένα προς το άλλο. Ήθελαν να δουν ποιο ποντίκι κέρδισε περισσότερο έδαφος από τον αντίπαλό του. Αυτό που έφτανε πιο μακριά θεωρούνταν κυρίαρχο.
Παραδόξως, υπήρχαν υψηλότερα επίπεδα συγχρονισμού μεταξύ ποντικιών που απείχαν περισσότερο μεταξύ τους σε κοινωνική θέση -ένα κυρίαρχο και ένα υποτακτικό- και χαμηλότερα επίπεδα μεταξύ ποντικιών που βρίσκονταν πιο κοντά στην τάξη. (Ερευνητές στην Κίνα διαπίστωσαν κάτι παρόμοιο στους ανθρώπινους ηγέτες και οπαδούς. Σε μια μελέτη του 2015, ο νευρικός συγχρονισμός ήταν υψηλότερος μεταξύ ηγετών και οπαδών από ό,τι μεταξύ οπαδών και οπαδών). Μόλις αναγνώρισαν τον ρόλο της κοινωνικής θέσης στο πείραμά τους, οι Hong και Kingsbury μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τα επίπεδα συγχρονισμού που παρατήρησαν για να προβλέψουν μέσα σε λίγα λεπτά μιας 15λεπτης αλληλεπίδρασης αν το ένα ποντίκι θα κυριαρχήσει και πόσο μεγαλύτερη πρόοδο θα κάνει.
Δεν είναι απολύτως σαφές πόσο ιεραρχικές είναι οι νυχτερίδες, αλλά έχουν προτιμώμενους συντρόφους. Ο Yartsev και η ομάδα του παρατήρησαν ότι οι περισσότερες από τις νυχτερίδες τους είχαν την τάση να συγκεντρώνονται μαζί, αλλά υπήρχαν και μερικές που περνούσαν τον χρόνο τους λίγο πιο μακριά. Οι ερευνητές ξεκίνησαν να δουν αν υπήρχαν διαφορές στα επίπεδα συσχέτισης όταν οι νυχτερίδες “εντός” και “εκτός” συστάδας έκαναν φωνές. Αυτή τη φορά, εκτός από την καταγραφή της εγκεφαλικής δραστηριότητας σε επίπεδο ζωνών συχνοτήτων, κατέγραψαν επίσης τη δραστηριότητα μεμονωμένων νευρώνων στους εγκεφάλους τεσσάρων νυχτερίδων ταυτόχρονα καθώς πετούσαν σε ομάδες των τεσσάρων, πέντε και οκτώ ατόμων.
Μια μελέτη του 2021 με επικεφαλής τους Maimon Rose και Boaz Styr, τότε και οι δύο μέλη του εργαστηρίου του Yartsev, αποκάλυψε ότι όταν μια νυχτερίδα εκπέμπει μια κλήση, προκαλεί συλλογική εγκεφαλική σύζευξη μεταξύ όλων των νυχτερίδων που ακούνε. Και όπως και στα ποντίκια, ξεχωριστά σύνολα νευρώνων ενεργοποιήθηκαν ανάλογα με το ποια νυχτερίδα της ομάδας φώναζε, πράγμα που σημαίνει ότι οι επιμέρους νευρώνες στον εγκέφαλο των νυχτερίδων κωδικοποιούσαν την ταυτότητα, με κάποιους να αντιπροσωπεύουν τον εαυτό τους και άλλους να αντιπροσωπεύουν άλλα άτομα. Τα σήματα ήταν τόσο διακριτά που οι επιστήμονες μπορούσαν να καταλάβουν ποια νυχτερίδα φώναζε απλώς κοιτάζοντας τις καταγραφές της νευρικής δραστηριότητας. Η συσχέτιση μεταξύ των εγκεφάλων ήταν ορατή σε όλες τις νυχτερίδες, αλλά ήταν ισχυρότερη όταν οι κλήσεις προέρχονταν από “φιλικότερες” νυχτερίδες -αυτές που συγκεντρώνονταν πιο συχνά.
Οι μελέτες για τις νυχτερίδες και τα ποντίκια ήταν τεχνικά πολύ διαφορετικές, αλλά “οι δύο ιστορίες είναι εκπληκτικά παρόμοιες”, λέει ο Hong. “Αυτό είναι το συναρπαστικό μέρος της επιστήμης, όταν βλέπεις τη δουλειά κάποιου άλλου να υποστηρίζει τα συμπεράσματα που [κάναμε] εμείς ανεξάρτητα”.
Ο στόχος των πιο πρόσφατων μελετών σε ανθρώπους, όπως αυτή στην οποία με κάλεσε να συμμετάσχω ο Wheatley, δεν είναι απλώς να εξερευνήσουν βαθύτερα τον συγχρονισμό, αλλά να τον υπερβούν. Ο Wheatley, ο οποίος μαζί με άλλους τέσσερις επιστήμονες του Dartmouth ιδρύει το Consortium for Interacting Minds του κολεγίου, πιστεύει ότι το να ρωτάμε πότε είμαστε συγχρονισμένοι με κάποιον άλλον είναι “ένας αρκετά περιορισμένος τρόπος να σκεφτούμε για δύο μυαλά που έρχονται σε επαφή”. Πιο ενδιαφέρον, λέει ο Boncz, θα ήταν να δούμε αν οι εγκέφαλοι μπορούν να ευθυγραμμιστούν στο επίπεδο της κατανόησης. “Πιστεύουμε ότι θα μπορούσε να υπάρξει συγχρονισμός, για παράδειγμα, όταν οι άνθρωποι κατανοούν ίσως ακόμη και διαφορετικά ερεθίσματα με τον ίδιο τρόπο, αν έχουν κάποιο είδος νοήματος υψηλότερου επιπέδου που μοιράζονται”.
Τα προκαταρκτικά στοιχεία από τη μελέτη στην οποία συμμετείχα δείχνουν συγχρονισμό μεταξύ αλληλεπιδρώντων εγκεφάλων και, το πιο ενδιαφέρον, ότι οι συσχετίσεις σε ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου είναι μεγαλύτερες μεταξύ των ανθρώπων ενώ λένε μια κοινή ιστορία από ό,τι κατά τη διάρκεια των ανεξάρτητων ιστοριών, ιδίως στον βρεγματικό φλοιό. “Αυτή η περιοχή είναι ενεργή για τη μνήμη και την κατασκευή αφηγήσεων”, λέει ο Wheatley. “Φαίνεται να ταιριάζει”.
Αλλά η ομάδα ρωτά επίσης αν το περιεχόμενο των ιστοριών αλλάζει τα επίπεδα ευθυγράμμισης και αν η σχετική απόλαυση κάθε ζευγαριού από τη διαδικασία συνδέεται με μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό συγχρονισμού. Όπως ο Σιντ και εγώ, οι περισσότεροι άνθρωποι ανέφεραν ότι προτιμούσαν την κοινή άσκηση αφήγησης ιστοριών από τις ατομικές ιστορίες, αλλά αυτό δεν ίσχυε για όλους. Είναι οι συγχρονισμένοι εγκέφαλοι πιο δημιουργικοί; Ή απλά διασκεδάζουν περισσότερο; Οι απαντήσεις θα πρέπει να περιμένουν για περαιτέρω ανάλυση.
Μία από τις προκλήσεις αυτής της μελέτης είναι να βγάλουμε νόημα από το βουνό των δεδομένων που παράγει. Όπως οι πρώτοι αστρονόμοι που χαρτογράφησαν για πρώτη φορά τους αστερισμούς σε έναν ουρανό γεμάτο αστέρια, έτσι και οι επιστήμονες πρέπει να βρουν τάξη στο φαινομενικό χάος, δίνοντάς του νόημα με μαθηματικό τρόπο. Η μέτρηση του συγχρονισμού είναι σχετικά απλή, λέει ο Wheatley, επειδή “ξέρουμε πώς να κάνουμε αυτά τα μαθηματικά”. Οι ερευνητές υπολογίζουν γραμμικές συσχετίσεις μεταξύ των ατόμων για να προσδιορίσουν το βαθμό στον οποίο τμήματα του εγκεφάλου τους ανταποκρίνονται με τον ίδιο τρόπο με την πάροδο του χρόνου – είναι σε ρυθμό; Μήπως η δραστηριότητά τους αυξάνεται και μειώνεται μαζί;
Η μελέτη υπερσάρωσης είναι μόνο ένας τρόπος με τον οποίο ο Wheatley προσεγγίζει τον συγχρονισμό. Σε μια επικείμενη μελέτη, η οποία είναι διαθέσιμη ως προτυπωμένη έκδοση, η ίδια και ο Beau Sievers, ο οποίος εργάζεται επί του παρόντος τόσο ως ερευνητικός συνεργάτης στο Χάρβαρντ όσο και ως μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, δείχνουν τη δύναμη της συνομιλίας να συγχρονίζει τα εγκεφαλικά μοτίβα. Σαράντα εννέα συμμετέχοντες παρακολούθησαν άγνωστα βωβά κινηματογραφικά αποσπάσματα και στη συνέχεια χωρίστηκαν σε μικρές ομάδες των τεσσάρων περίπου ατόμων για να συζητήσουν τα αποσπάσματα.
Κάθε ομάδα κλήθηκε να καταλήξει σε συναίνεση σχετικά με το θέμα των ταινιών. Μετά τις συζητήσεις, οι ομάδες παρακολούθησαν ξανά τα κλιπ, καθώς και νέα βίντεο από τις ίδιες ταινίες. Μετά από περαιτέρω συζήτηση που κατέληξε σε συναίνεση, τα μοτίβα της επεξεργασίας του εγκεφάλου ευθυγραμμίστηκαν μεταξύ των συμμετεχόντων καθώς παρακολουθούσαν τον δεύτερο γύρο βίντεο. Τα μέλη μιας ομάδας συζήτησης είχαν την ίδια εγκεφαλική δραστηριότητα την ίδια στιγμή σε περιοχές του εγκεφάλου που χειρίζονται την όραση, τη μνήμη και την κατανόηση της γλώσσας.
Τα άτομα που άκουγαν και εργάζονταν σκληρότερα για την αναζήτηση συναίνεσης -και όχι εκείνα που μιλούσαν περισσότερο- ήταν εκείνα των οποίων οι εγκέφαλοι συγχρονίστηκαν πρώτοι με τους άλλους και οι οποίοι οδήγησαν τον συγχρονισμό στην ευρύτερη ομάδα. “Μιλώντας μαζί και καταλήγοντας σε συναίνεση ως ομάδα”, δήλωσε ο Sievers σε ένα βίντεο που περιγράφει τη μελέτη, “οι συμμετέχοντες ευθυγράμμισαν τους εγκεφάλους τους”.
Συνολικά, τα ευρήματα αυτά αποτελούν έναν ενδιαφέροντα τρόπο κατανόησης του τρόπου με τον οποίο ο εγκέφαλός μας διευκολύνει την κοινωνική αλληλεπίδραση που είναι τόσο κρίσιμη για την ανθρώπινη ζωή. Χωρίς συγχρονισμό και τις βαθύτερες μορφές σύνδεσης που βρίσκονται πέρα από αυτόν, μπορεί να διατρέχουμε μεγαλύτερο κίνδυνο ψυχικής αστάθειας και κακής σωματικής υγείας. Με τον συγχρονισμό και άλλα επίπεδα νευρωνικής αλληλεπίδρασης, οι άνθρωποι διδάσκουν και μαθαίνουν, δημιουργούν φιλίες και έρωτες, συνεργάζονται και συνομιλούν. Μας ωθεί να συνδεόμαστε, και ο συγχρονισμός είναι ένας τρόπος με τον οποίο ο εγκέφαλός μας μας βοηθά να το κάνουμε.
Η συνεργασία και η συνομιλία είναι αυτό που ο Σιντ και εγώ κάναμε στους ξεχωριστούς σαρωτές μας καθώς δημιουργούσαμε μαζί μια ιστορία. Πιο εντυπωσιακή από τη δική μας προσπάθεια, όμως, ήταν εκείνη του ζευγαριού που ήρθε πριν από εμάς. Η Caitlyn Lee, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο εργαστήριο του Wheatley, συνεργαζόταν με την Lorie Loeb, καθηγήτρια πληροφορικής στο Dartmouth. Τοποθέτησαν την ιστορία τους όχι σε ένα πάρκο, όπως το δικό μας, αλλά σε ένα άγνωστο τοπίο. Κατά τη διάρκεια μιας από τις στροφές της, η Λι είπε: “Τα δέντρα στα οποία σκαρφάλωναν [τα παιδιά] έμοιαζαν πολύ περίεργα- το έδαφος είχε αρχίσει να ανεβαίνει”. Στη συνέχεια, η σειρά της διακόπηκε και η Loeb συνέχισε την ιστορία, λέγοντας: “Ένιωσα ότι το πλάσμα πήρε μια ανάσα”. Ήταν ακριβώς αυτό που είχε σκεφτεί η Λι: ότι τα παιδιά περπατούσαν πάνω στον ίδιο τον εξωγήινο. “Πραγματικά ένιωσα ότι ήμασταν στην ίδια σελίδα”, λέει η Lee.
Καθώς ακούγαμε την αφήγηση του Λι, ο Γουίτλεϊ γύρισε προς το μέρος μου. “Σε κάποιο επίπεδο”, είπε, “νομίζω ότι πρέπει να είναι ο συγχρονισμός”.
Αυτό το άρθρο δημοσιεύτηκε αρχικά με τον τίτλο “Synchronized Minds” στο Scientific American 329, 1, 50-57 (Ιούλιος 2023). doi:10.1038/scientificamerican0723-50 | Lydia Denworth