Gehirnsynchronie: Wie Neurofeedback soziale Interaktion lenken kann

Menschen, die intensiv miteinander sprechen, finden oft ganz ohne Absicht in einen gemeinsamen Takt. Ihre Gehirnwellen steigen und fallen gleichzeitig – ein Phänomen, das als Gehirnsynchronie bezeichnet wird. Je stärker sie sich aufeinander einlassen, desto ausgeprägter ist diese Überschneidung meist.

Forschende untersuchen dieses Muster bereits seit Jahren. Ein neuer Fachartikel stellt nun eine präzisere Frage: Was verändert sich, wenn wir diese Überlappung nicht nur beobachten, sondern den Beteiligten während ihrer Interaktion unmittelbar zurückmelden?

Gehirne geraten in Einklang

Das Forschungsgebiet heißt Hyperscanning und beschreibt schlicht die gleichzeitige Aufzeichnung von zwei oder mehr Gehirnen.

Untersuchungen zeigen immer wieder, dass die Gehirnsynchronie je nach Grad der Beteiligung zu- oder abnimmt. Diese Kopplung trägt zudem zur Bindung zwischen Menschen und zum Lernen bei.

Die Arbeit stammt von einem Team unter Leitung von Suzanne Dikker, Forschungsprofessorin an der New York University (NYU) und der Universität Gent.

Gehirnsynchronie fördert das Lernen

Frühere Studien ergaben, dass Schülerinnen und Schüler an weiterführenden Schulen, deren Gehirnwellen stärker übereinstimmten, einander und auch den Unterricht häufiger mochten.

„Soziale Synchronie spielt eine wichtige Rolle für gesunde soziale Beziehungen und für das Lernen“, stellte Dikker fest. Einsame Menschen wiesen ihrer Aussage zufolge stärker idiosynkratische Gehirnaktivität auf.

Außerdem verwies sie auf die zunehmenden Hinweise darauf, dass persönliche Aktivitäten mit zwischenmenschlicher Synchronie – etwa gemeinsames Spielen oder alltäglicher lockerer Austausch – für den Erhalt des sozialen Zusammenhalts in Gemeinschaften wichtig sind.

Gehirnsynchronie gezielt beeinflussen

Synchronie zu messen, ist das eine. Sie Menschen in dem Moment zurückzuspielen, in dem sie entsteht, ist etwas anderes – und genau darin liegt der Ansatz des Artikels.

Die Autorinnen und Autoren bezeichnen ihn als Mehrhirn-Neurofeedback. Dabei handelt es sich um einen geschlossenen Regelkreis: Signale interagierender Gehirne werden live angezeigt und an die Personen zurückgegeben, die sie erzeugen.

„Unsere jahrelangen Experimente zeigen, dass wir die scheinbar schwer fassbare Vorstellung, mit jemandem ‚auf derselben Wellenlänge‘ zu sein, zuverlässig messen können – eine Synchronie, die mit gesunden sozialen Beziehungen verbunden ist“, sagte Dikker.

„Im nächsten Schritt konnten wir außerdem Interventionen entwickeln, die soziale Synchronie verstärken.“

Gehirn-Feedback in vielen Varianten

Die Rückmeldung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Eine Anzeige könnte heller leuchten, wenn sich zwei Gehirne angleichen; ein Roboter könnte sich schneller bewegen; ebenso denkbar sind Töne oder Berührungsreize.

Über einen Zeitraum von zehn Jahren setzte das Team solche Anordnungen mit Tausenden Paaren und Gruppen in Museen sowie auf Festivals ein. Auch mit Musikerinnen und Musikern arbeiteten die Forschenden: Bad Bunny und Residente erprobten 2019 beim Schreiben eines Songs verschiedene Strategien zur Synchronisierung.

Was genau soll trainiert werden?

Hier liegt das eigentliche Problem, mit dem sich der Artikel befasst.

Sobald Gehirnsynchronie in Echtzeit belohnt werden kann, muss entschieden werden, welche Form der Synchronie diese Belohnung erhalten soll. Denn nicht jede Art der Kopplung zwischen Gehirnen bedeutet dasselbe.

Die Autorinnen und Autoren ordnen die Möglichkeiten drei Ebenen zu. Jede arbeitet auf einer anderen Zeitskala und erfordert ein eigenes Messverfahren sowie eine passende Form der Rückmeldung.

Schnelle Rhythmen und rasches Lernen

Die unterste Ebene betrifft die unmittelbare, schnelle Angleichung zwischen Gehirnen. Sie wird in sehr kurzen Zeitfenstern von etwa 250 Millisekunden erfasst.

Die Annahme dahinter lautet, dass Synchronie formbar ist: Werden die Momente ihres Auftretens belohnt, könnte sie durch implizite Konditionierung beeinflusst werden.

Dieses Training läuft unterhalb der bewussten Wahrnehmung ab. In einer Studie erzielten Lernende bessere Ergebnisse, nachdem ihre Gehirnrhythmen beim Erlernen von Liedern mit einer Lehrperson in Richtung 6 Hz verschoben worden waren – einer Frequenz, die mit der Verarbeitung von Tonhöhe verknüpft ist.

Geteilte Aufmerksamkeit und Vorhersage

Auf der mittleren Ebene geht es nicht mehr um bloße Ähnlichkeit, sondern um gemeinsame geistige Arbeit. Ziel ist hier Synchronie, die mit Vorgängen wie gemeinsamer Aufmerksamkeit oder der Vorhersage des nächsten Handelns einer anderen Person verbunden ist.

Diese Signale entwickeln sich langsamer: Sie zeigen sich über Zeiträume von einigen Sekunden statt über Sekundenbruchteile.

Wenn zwei Menschen bei einer Aufgabe ähnliche Strategien anwenden, verlaufen die Aktivitäten ihrer höhergeordneten Hirnregionen häufig parallel. Das deutet auf abgestimmte Repräsentationen hin und nicht nur auf eine oberflächliche Übereinstimmung.

Eine gesamte Gruppe trainieren

Die oberste Ebene betrachtet die ganze Gruppe als das zu trainierende System. Im Mittelpunkt stehen die Qualität der gemeinsamen Problemlösung, die Stabilität der Koordination und die Belastbarkeit ihrer Beziehungen.

In dieser Größenordnung basiert die Rückmeldung auf breit angelegten Messgrößen, die über längere Zeiträume – häufig mehr als eine Minute – und bei mehr als drei Personen gleichzeitig erhoben werden.

Eine Untersuchung zeigte, dass die Effizienz des zwischenhirnlichen Netzwerks einer Gruppe vorhersagte, wie gut das Team seine Zusammenarbeit koordinierte.

Feedback zur Gehirnsynchronie kann stören

Durch das gesamte Vorhaben zieht sich ein entscheidender Haken: Die Schnittstelle, die eine Interaktion unterstützen soll, kann mit ihr konkurrieren. Denn ein Bildschirm, der die eigene Synchronie anzeigt, lenkt Aufmerksamkeit von der Person ab, die einem gegenübersitzt.

Eine mögliche Lösung ist intermittierendes Feedback, das zwischen einzelnen Durchgängen oder erst nach einer Sitzung gegeben wird, statt ununterbrochen sichtbar zu sein.

Eine nachträglich gezeigte Zusammenfassung kann Menschen oder ihren Therapeutinnen und Therapeuten bei der Reflexion helfen. Forschungen zur Gruppensynchronie brachten außerdem das Gefühl eines gemeinsamen Rhythmus mit Vertrauen zwischen Fremden in Verbindung.

Verzögerungen und verrauschte Signale

Echtzeitsysteme weisen unvermeidbare Verzögerungen auf, weil Signale zunächst erfasst und verarbeitet werden müssen. Diese Verzögerung kann die präzise zeitliche Abstimmung beeinträchtigen, auf die reale Interaktionen angewiesen sind.

Gehirnsynchronie tritt zudem eher schubweise als gleichmäßig auf. Um sie zu erkennen, müssen Zeitfenster daher verwendet werden, die sich an den Verlauf der Interaktion anpassen.

Rauschen ist ein dauerhaftes Problem. Eine zu intensive Bereinigung kann gerade die aktiven, lebhaften Momente entfernen, welche das System belohnen soll. Gemeinsame Bewegungen oder ein gemeinsamer Raum können außerdem Kopplungen vortäuschen, die gar nicht neuronalen Ursprungs sind.

Deshalb sind sorgfältige Kontrollbedingungen entscheidend. Scheinfeedback etwa hilft dabei, tatsächliche Effekte von Veränderungen zu unterscheiden, die allein durch Erwartungen entstehen.

Mehr Gehirnsynchronie ist nicht automatisch besser

Dieser Vorbehalt verändert die gesamte Perspektive. Synchronie kann auch ungesund sein und sich in Konformität, Dominanz oder einer eingeschränkten Bereitschaft zum Erkunden äußern. Hohe Synchronie als Ziel zu verfolgen, kann deshalb nach hinten losgehen.

Die Autorinnen und Autoren verweisen auf Phasen des Bruchs und der Wiederannäherung in Therapien sowie auf den plötzlichen Aha-Moment beim Unterrichten und in der Teamarbeit. Das legt nahe, dass der Übergang zwischen Kopplung und Entkopplung das ergiebigere Ziel sein könnte – und nicht allein die Kopplung.

Das Messverfahren muss zum Ziel passen

Das Ziel lässt sich leicht formulieren, ist aber schwer umzusetzen. Die belohnte Synchronie muss zu der zugrunde liegenden Gehirnberechnung und zu dem tatsächlich gewünschten Ergebnis passen. Andernfalls könnte das Feedback ein Signal verstärken, das keine Bedeutung hat.

Besonders wichtig wird dies, wenn die Forschung in Richtung klinischer Anwendung geht. Dikker wird gemeinsam mit ihren Kolleginnen und Kollegen Greg Appelbaum und Eric Garland von der Universität Kalifornien in San Diego (UCSD) therapeutische Einsatzmöglichkeiten der Gehirnsynchronie im Rahmen einer Förderung von 4 Millionen US-Dollar durch die Advanced Research Projects Agency for Health (ARPA-H) untersuchen.

Die richtige Messgröße zu finden, kann aus einem eindrucksvollen Phänomen ein nutzbares Werkzeug machen.