Inter-Brain Synchronisation: „Meine Faszination für das Thema hält bis heute an!“
Interview mit Viktor Müller anlässlich seines Ruhestands
Beim gemeinsamen Musizieren, Küssen oder Schachspielen vernetzen sich die Gehirne der Beteiligten und deren Hirnwellen gleichen sich an. Der Biologe Viktor Müller hat das Phänomen der sogenannten Inter-Brain Synchronisation mitentdeckt und fast seine gesamte Karriere seiner Erforschung gewidmet. Nach 20 Jahren als Leiter des 'Interactive Brains, Social Minds' Projekts am Forschungsbereich Entwicklungspsychologie geht er nun in den Ruhestand. Im Interview teilt er Einblicke in seine Forschung, die bedeutendsten Erkenntnisse und warum er sich immer wieder für dieses faszinierende Forschungsthema entscheiden würde.
Seit rund 20 Jahren arbeiten Sie im Forschungsbereich Entwicklungspsychologie. Was hat Sie dazu bewogen, so lange am Institut zu bleiben?
Viktor Müller: Als Biologe haben mich schon immer Fragen der Entwicklungspsychologie und vor allem des Alterns interessiert. Besonders spannend finde ich, diese Phänomene auf der Ebene neuronaler und physiologischer Prozesse zu untersuchen, vor allem mit Methoden der Elektroenzephalografie (EEG) und anderen elektrophysiologischen Verfahren, die uns zeigen, was im Gehirn passiert und wie sich das im Laufe der Zeit ändert. Das Thema ist ziemlich komplex, aber gerade das macht es für mich so spannend. Ich finde es faszinierend, wie sich neuronale Netzwerke bilden und wie sie uns helfen können, unsere Denkprozesse und kognitiven Leistungen besser zu verstehen. Besonders spannend wird es, wenn man mehrere Gehirne und deren Synchronisation und darauf entstehende Netzwerke in Betracht zieht.
Außerdem hat mich meine Arbeit als Leiter des EEG-Labors sehr beeinflusst. Ich war von Anfang an dabei und habe das Labor mit meinen Kollegen technisch und organisatorisch aufgebaut. Das hat mich dazu gebracht, länger am Institut zu bleiben.
Sie waren Leiter des Projekts "Interactive Brains, Social Minds". Könnten Sie uns näher erläutern, worum es in diesem Projekt geht?
Viktor Müller: Das Projekt 'Interactive Brains, Social Minds' wurde während meiner Zeit in Saarbrücken ins Leben gerufen und ist dort in Zusammenarbeit mit Ulman Lindenberger entstanden. Wir wollten herausfinden, wie Musiker, die als Ensemble spielen, in der Lage sind, ihre Handlungen mit einer beeindruckenden Präzision von nur wenigen Millisekunden zu koordinieren. Eine zentrale Hypothese, die uns antrieb und von Ulman Lindenberger vorgeschlagen wurde, legte nahe, dass eine solch präzise Koordination eine entsprechende Synchronisation der Gehirne der Musiker erfordert – ein Phänomen, das als 'Inter-Brain Synchronization' dann bekannt geworden ist. Diesen Begriff haben wir erstmals in unserem wegweisenden Artikel über Gitarristen (Lindenberger et al., 2009) vorgestellt und dieser ist seitdem ein wichtiges Konzept in der Wissenschaft geworden.
Unser Ziel war es also, die Verhaltens- und Gehirnmechanismen zu erforschen, die es Menschen ermöglichen, ihre Handlungen, besonders beim gemeinsamen Musizieren oder auch beim professionellen Tanzen oder Akrobatik, zeitlich und räumlich aufeinander abzustimmen. Durch die Erforschung der Inter-Brain Synchronization konnten wir tiefe Einblicke in die neurobiologischen Prozesse gewinnen, die solche präzisen und koordinierten Interaktionen ermöglichen.
Welche bedeutenden Erkenntnisse konnten Sie dabei gewinnen? Gab es ein Ergebnis, das Sie besonders überrascht hat?
Viktor Müller: Unsere Forschung zu hirnübergreifender Synchronisation hat gezeigt, dass dieses Phänomen nicht nur beim Musizieren, sondern auch in verschiedenen anderen sozialen Situationen auftritt – zum Beispiel beim Küssen, bei Computer- und Schachspielen, gemeinsamen Entscheidungsfindungen und beim interaktiven Wahrnehmen. In einer Studie (Müller et al., 2021) konnten wir sogar feststellen, dass die Stärke dieser Synchronisation als Rückmeldung für die Teilnehmenden verwendet werden kann. Wenn wir ihnen visuell zeigen, wie gut ihre Gehirne synchronisiert sind – zum Beispiel durch aufeinander bewegende Bälle oder nebeneinander schwingende Pendel –, können die Teilnehmenden tatsächlich lernen, ihre Gehirne besser in Einklang zu bringen. Dies könnte besonders nützlich sein, um Menschen zu helfen, durch eine verbesserte hirnübergreifende Synchronisation bessere soziale Verbindungen herzustellen, besonders solchen, die Schwierigkeiten dabei haben, wie zum Beispiel autistischen Kindern oder Personen mit begrenzten sozialen Fähigkeiten.
In einer Kooperationsstudie mit einem Team um Professor Jörg Fachner von der Anglia Ruskin University zur Musiktherapie haben wir beispielsweise gezeigt, dass die Inter-Brain Synchronisation zwischen dem Therapeuten und einer Person mit Demenz während spezifischer Momente in der Therapiesitzung, die für die Therapie wichtig sein können, ansteigt, mit einer Vorzeitigkeit der neuronalen Aktivität des Therapeuten (Maidhof et al., 2023).
In unseren Forschungsstudien haben wir 'Hyper-Brain Module' entdeckt. Das sind bestimmte Bereiche in zwei oder mehreren Gehirnen, die sich während einer Interaktion zusammenschließen und synchronisiert arbeiten. Durch eine spezielle Analyse konnten wir diese Module identifizieren und herausfinden, dass sie eine wichtige Rolle spielen können. In einer Studie zum Küssen (Müller & Lindenberger, 2014) haben wir festgestellt, dass es hirnübergreifende Netzwerke gibt, die verschiedene Frequenzen interaktiv nutzen. Diese Netzwerke waren mit der Zufriedenheit beim Küssen und der Qualität des Kusses verbunden. Anders gesagt hatten bestimmte Teile dieser Netzwerke im Gehirn Einfluss auf die Gefühle der Personen während des Kusses.
Basierend auf der Entdeckung von Hyper-Brain-Modulen haben Sie die Hypothese über den Aufbau von Hyperhirnzellverbänden (Hyper-Brain Cell Assemblies) aufgestellt. Können Sie uns diese näher erläutern?
Viktor Müller: Die gemeinsame Synchronisation innerhalb und zwischen den Gehirnen führt, wie bereits erläutert, zu einem 'Hyper-Brain Netzwerk'. Die von mir formulierte 'Hyper-Brain Cell Assembly Hypothesis' basiert auf Donald Hebb's Theorie der Zellverbände, wie er sie in seinem berühmten Buch The Organization of Behavior von 1949 darlegt. Hebb postulierte, dass kortikale Neuronen ihre Verbindungen verstärken, wenn sie wiederholt gleichzeitig aktiv sind, und dass diese synaptische Verstärkung durch wiederholte Ko-Aktivierung eine bedeutende funktionale Rolle spielt.
Die Hebb'schen Zellverbände sind wie Teams von Gehirnzellen, die sich verbinden, wenn sie oft zusammenarbeiten. Einige wenige aktive Zellen können das gesamte Team aktivieren. Meine Idee ist, dass solche Teams nicht nur in einzelnen Gehirnen, sondern auch im gesamten Hyper-Brain Netzwerk entstehen können – die nenne ich 'Hyper-Brain Cell Assemblies'. Wenn bestimmte Synchronisationsmuster auftauchen, die mit sozialen Situationen verbunden sind, aktivieren sie ganze 'Hyper-Brain Cell Assemblies', die zuvor in ähnlichen Situationen gebildet wurden. Das hilft dabei, unser zwischenmenschliches Verhalten zu verbessern. Das lässt uns beispielsweise besser miteinander musizieren oder gemeinsam Sport treiben. In unseren Studien haben wir 'Hyper-Brain Module' gefunden, die hirnübergreifend sind und auf starke Verbindungen zwischen den Gehirnen hinweisen. Diese Hyper-Brain Module gelten als Prototyp für die vorgeschlagenen 'Hyper-Brain Cell Assemblies' (Müller, 2022).
Warum haben Sie sich speziell auf die Handlungskoordination von Musiker konzentriert?
Viktor Müller: Der Ausgangspunkt unseres Projekts war die Untersuchung der Handlungskoordination von Musikern, was sich als ein hervorragendes Modell für die Erforschung sozialer Interaktionen herausstellte. Neuere Forschung hat gezeigt, dass nicht nur die Gehirne der Musiker synchron sind, sondern auch die Gehirne mit den Klängen der Instrumente. Der Klang eines Instruments entsteht durch das Verhalten des Musikers, der sich sensorisch und motorisch abstimmt. Gleichzeitig beeinflusst der Klang wiederum das Verhalten des Musikers über auditive Sinneskanäle und wird so selbst zu einem aktiven Teil im Spiel. Unsere Arbeit (Müller & Lindenberger, 2019) legt nahe, dass das Verständnis von Musikimprovisation und -interaktion davon abhängt, diese Wechselwirkungen zwischen Musiker und Klang angemessen zu berücksichtigen.
Außerdem haben wir eine Studie mit dem MPIB-Chor durchgeführt, die zu verschiedenen Veröffentlichungen geführt hat (Müller & Lindenberger, 2011; Müller, Delius, & Lindenberger, 2018, 2019; Delius & Müller, 2023). Hier haben wir festgestellt, dass nicht nur Gehirne während einer sozialen Interaktion synchron sind, sondern auch andere Systeme unserer Körper, wie die Atmung, das Herz und die Stimme, untereinander synchronisiert sind. Das führte uns zum Konzept eines 'Superorganismus'. Dieses verdeutlicht, dass bei Chorgesang verschiedene Teile und Systeme unserer Körper zusammenarbeiten wie ein gemeinsamer Organismus.
In einer Kooperationsstudie mit einem Team um Professor Melanie Wald-Fuhrmann vom MPI für empirische Ästhetik in Frankfurt konnten wir ebenfalls zeigen, dass die Systeme des Superorganismus 'Chor' noch stärker miteinander kommunizieren, wenn es mit einem physischen Kontakt zwischen den Sängern gesungen wird, praktisch in der Tradition der frühen christlichen Kirchenmusik (Lange et al., 2022).
Gibt es einen besonderen Moment Ihrer Karriere, an den Sie gerne zurückdenken? Etwas, das Ihnen besonders in Erinnerung geblieben ist?
Viktor Müller: Es gibt zwei Momente in meiner wissenschaftlichen Laufbahn, die mir besonders viel Freude bereitet haben. Einer davon war unsere 'Laborkonzert-Studie'. Dort haben wir die Gehirnaktivität von vier Gitarristinnen in einem Quartett und vier Zuschauer*innen während eines Live-Konzerts am Institut gleichzeitig mit EEG-Messungen untersucht. Es war eine echte Herausforderung, eine gleichzeitige EEG-Messung von acht Personen durchzuführen, aber die Ergebnisse dieser Studie, über die wir kürzlich in einer Veröffentlichung (Müller & Lindenberger, 2023) berichtet haben, haben wichtige Erkenntnisse geliefert.
Auch denke ich gerne an den ZDF-Dreh für die Sendung Terra X zurück. Dort wurden unsere Studien mit einem Gitarristen-Quartett nachgestellt und gefilmt, unter anderem auch die Küssen-Studie. Für diese Produktion arbeiteten wir sogar mit einem Gitarristen-Quintett zusammen und nutzten High-Speed-Kameras, um die Forschung auf eine neue Art einem breiteren Publikum zu präsentieren. Es war eine fantastische Erfahrung, unsere Arbeit auf diese Weise für alle zugänglich zu machen und dabei innovative filmische Methoden zu verwenden.
Wie hat sich das Institut Ihrer Meinung nach im Laufe der Zeit verändert? Gibt es Entwicklungen, die Sie besonders beeindruckt haben?
Viktor Müller: Seit ich 2004 am Institut angefangen habe, gab es bemerkenswerte Veränderungen. Anfangs konzentrierte sich die Forschung vor allem auf Verhaltensstudien. Aber dann haben wir das EEG-Labor eingerichtet, was einen großen Schritt nach vorne bedeutete. Darüber hinaus folgte die Anschaffung eines eigenen MRT-Scanners und der Aufbau entsprechender Labore in der Dillenburger Straße, was letztendlich zur Errichtung des Max Planck Dahlem Campus für Kognition (MPDCC) führte.
Diese Entwicklungen haben die wissenschaftliche Ausrichtung und Arbeit des Instituts stark geprägt. Ich bin besonders glücklich, diese Fortschritte während meiner Zeit am Institut miterlebt und zum Teil daran mitgewirkt zu haben.
Wie sieht die Zukunft Ihrer Forschung aus? Wird das Projekt weitergeführt?
Viktor Müller: Das Projekt 'Interactive Brains, Social Minds' endet offiziell mit meiner Pensionierung. Aber die Forschung innerhalb des Projekts wird fortgesetzt. Die Daten der bereits durchgeführten umfangreichen Studien werden weiter analysiert und veröffentlicht. Ich bin sicher, dass in den Daten, die wir in diesen Jahren gesammelt haben, noch viele interessante und überraschende Erkenntnisse stecken. Obwohl ich in Rente gehe, bleibe ich am Institut und unterstütze die Weiterführung dieser Arbeit. Ich bin besonders gespannt darauf, welche neuen Erkenntnisse und Entdeckungen aus diesen riesigen Datensätzen kommen werden.
Wenn Sie heute am Anfang Ihrer Kariere stehen würden, welche Forschungsfrage würden Sie angehen?
Viktor Müller: Während meiner wissenschaftlichen Karriere in Tübingen, Saarbrücken und Berlin habe ich mich mit vielen Themen beschäftigt: von der Wahrnehmung aus psychophysischer Sicht über Verhaltenstherapie bis hin zu den Auswirkungen des Rauchens auf den Körper, Zellvolumenregulation und dessen magnetenzephalographischen Korrelaten bei verschiedenen Untersuchungen. Aber vor allem haben mich die Synchronisationsphänomene, besonders im Kontext der Inter-Brain Synchronisation, fasziniert – und diese Faszination hält bis heute an. Wenn ich heute wieder am Anfang meiner wissenschaftlichen Laufbahn stehen würde, würde ich mich erneut für die Erforschung von Synchronisationsphänomenen entscheiden. Diese Fragestellung ist verbunden mit anderen Aspekten, die mich gleichermaßen interessieren, wie zum Beispiel neuronale Netzwerke, Komplexität und Chaostheorie sowie nichtlineare Dynamiken. Die Synchronisation ist jedoch ausschlaggebend und bildet den entscheidenden Kernpunkt meiner Forschungsinteressen.
Möchten Sie uns einen Einblick in Ihre Pläne für den Ruhestand geben? Gibt es bestimmte Vorhaben oder Aktivitäten, auf die Sie sich besonders freuen?
Viktor Müller: Im Ruhestand plane ich vor allem, mehr zu reisen und schöne Orte im In- und Ausland zu entdecken. Ich freue mich darauf, endlich mehr Zeit zum Lesen von Romanen und anderen Büchern zu haben, etwas, dem ich während meiner aktiven Zeit nicht genug Aufmerksamkeit schenken konnte. Besonders interessieren mich philosophische Schriften und die Kunst.
Abgesehen von diesen geistigen Aktivitäten möchte ich auch die einfachen Freuden des Lebens genießen: lange Spaziergänge in der Natur, die Entdeckung neuer kulinarischer Genüsse und mehr Zeit mit Familie und Freunden zu verbringen. Der Ruhestand ermöglicht es mir, mich auf das zu konzentrieren, was mir wirklich wichtig ist. Ich bin gespannt, wie diese neuen Aktivitäten und Interessen meine Perspektive auf das Leben verändern werden.
Über Viktor Müller
Viktor Müller verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung in der Elektrophysiologie und den Neurowissenschaften, wobei er sich auf die Untersuchung von Veränderungen der neuronalen und verhaltensbezogenen Mechanismen über die Lebensspane und in sozialen Interaktionen konzentriert. Im Jahre 1995 promovierte er in Psychologie/ Sozialwissenschaften an der Universität Tübingen. Von 1993 bis 2000 arbeitete er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Medizinische Psychologie und Verhaltensneurobiologie der Universität Tübingen, wo er den Nordmark-Neuropharmaka-Preis für die Verhaltenstherapie-Forschung an Parkinson-Patienten erhielt. Von 2000 bis 2002 arbeitete er in einem Kooperationsprojekt zwischen dem MEG-Zentrum und dem Physiologischen Institut der Universität Tübingen an der Untersuchung der Auswirkungen von Trinkwasser auf die kortikale Erregbarkeit beim Menschen mittels MEG (Magnetoenzephalographie). Von 2002 bis 2004 wechselte er an den Fachbereich Psychologie der Universität des Saarlandes und arbeitete mit Ulman Lindenberger an Unterschieden in der elektrokortikalen Aktivität über die Lebensspanne mit Hilfe von EEG (Elektroenzephalographie). Im Jahr 2004 zog er nach Berlin und gründete das EEG-Labor am Forschungsbereich für Entwicklungspsychologie des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung. Hier war er bis zu seinem Ruhestand als Leiter des EEG-Labors und als Leiter des Projekts "Interactive Brains, Social Minds" tätig.
Ausgewählte Publikationen
Alle Publikationen von Viktor Müller finden Sie hier.
