Wie machen die das nur? Wer erfahrenen Musikerinnen und Musikern beim Improvisieren zuhört und zuschaut, kommt um diese Frage kaum herum. Ohne Worte synchronisieren sie ihre Bewegungen auf Millisekunden genau. Sie scheinen vorherzusehen, was die anderen planen, und greifen blitzschnell Impulse auf. Sie wissen, wer an der Reihe ist, ein Solo zu spielen, oder mit welchem Schlag das Stück vorbei ist. Von außen betrachtet wirkt es fast wie Magie.

»Wenn man frei in der Improvisation sein will, braucht man Erfahrung und muss viel über Rhythmik, Harmonielehre und Musik im Allgemeinen wissen«, sagt der Bassist und Jazzmusiker Oliver Lutz. »Aber manche haben all das und sind trotzdem zu sehr mit sich selbst beschäftigt.«

Der Kölner ist vor allem in seinen Bands RE:CALAMARI und SALOMEA aktiv. Doch er spielt auch regelmäßig mit Menschen, die er kaum kennt. Mitunter finden die erste Probe und das Konzert am selben Tag statt. Sich menschlich und musikalisch immer wieder auf neue Personen einzustellen, ist Teil seiner Arbeit. Wenn es »klickt« und alle in die gleiche Richtung denken, ohne sich abgesprochen zu haben – dann entsteht ein Gefühl von tiefer Verbundenheit. »Dieses Gefühl, deswegen bin ich Musiker geworden«, sagt Lutz. »Das kriege ich sonst nirgendwo im Leben.«

Gemeinschaft durch Musik ist aber keineswegs Profis vorbehalten. Es ist ein universelles Phänomen, das sich durch alle Kulturen und Zeitalter zieht. In Kirchen und Tempeln, in Fußballstadien, an Lagerfeuern und auf Demos singen und trommeln Menschen zusammen, um sich zu verbinden.

»Dieses Gefühl, deswegen bin ich Musiker geworden«Oliver Lutz, Musiker

Fachleute aus der Psychologie, Neuro- und Musikwissenschaft wollen dieses Phänomen verstehen. Dafür untersuchen sie die physiologischen und neuronalen Prozesse, die beim gemeinsamen Musizieren ablaufen. Ein Pionier auf dem Gebiet ist Viktor Müller vom Max-Planck-Institut für Bildungsforschung in Berlin. Er erforscht seit 20 Jahren, wie sich Körperfunktionen synchronisieren, wenn Menschen miteinander Musik machen. In einer der ersten Studien dazu experimentierten Müller und sein Kollege Ulman Lindenberger mit dem Chor ihres Instituts. Sie überwachten mehrere biologische Parameter von elf Sängerinnen und Sängern sowie der Dirigentin, während diese ein irisches Volkslied und den Kanon »Signor Abate« von Beethoven sangen.

Ihre 2011 und 2018 veröffentlichten Ergebnisse zeigten, dass sich Atmung und Herzrate der Chormitglieder während des Singens – verglichen mit den Pausen dazwischen – aneinander anglichen. Die Darbietenden atmeten zu ähnlichen Momenten ein, ihr Herzschlag beschleunigte und verlangsamte sich im Gleichtakt, und beides war an ihren Gesang und die Handbewegungen der Dirigentin gekoppelt. Die Effekte fielen besonders stark aus, wenn der Chor einstimmig sang.

Chor als Superorganismus

»Es ist offensichtlich, dass sich beim Singen die Atmung synchronisiert«, sagt Müller. Denn bestimmte Stellen in einem Stück, etwa das Ende einer Phrase, bieten sich zum Einatmen an. Laut früheren Studien schlägt zudem das Herz beim Einatmen in der Regel schneller als beim Ausatmen. Die Angleichung der Herzrate beim Singen ist also vermutlich ein Nebeneffekt der synchronen Atmung.

Für Viktor Müller ist ein Chor ein »Superorganismus«. Der Begriff beschreibt eigentlich Ameisenkolonien oder Bienenvölker. Der Biologe sieht hier aber Parallelen: »Teile des Systems beeinflussen das Ganze, und das Ganze beeinflusst die Teile.« Wie eine Ameise zu ihrer Kolonie trägt jeder Sänger und jede Sängerin mit der eigenen Stimme zum Chor bei, wobei einzelne Stimmen nicht deutlich herausklingen sollen. Zugleich diktiert der Chor die Körperfunktionen seiner Mitglieder. »Du nimmst dich als Person für das große Ganze zurück, damit es ein Klangkörper wird«, erläutert Oliver Lutz. Gelingt das, spricht man vom »Blending«: dem als angenehm empfundenen Verschmelzen vieler Stimmen oder auch Instrumente in einem Orchester. Dafür sind synchrone Körperfunktionen sicher hilfreich.

Musikerinnen und Musiker in einer Band dagegen interagieren anders, gerade beim Improvisieren. Hier spielt jeder etwas Unterschiedliches und muss doch mit den anderen verschmelzen, auf sie hören und reagieren. Lutz' Musik hat immer Aspekte, die spontan im Moment entstehen. Indem er etwa auf dem Bass den Grundton eines Akkords variiert, verändert sich die Harmonie, was die anderen aufgreifen und weiterentwickeln können. »Dieses Anstoßen ist es, worum es mir in der Jazzimprovisation geht«, sagt Lutz.

Manchmal gelingt eine solche wortlose Kommunikation gespenstisch gut. »Es gibt diese magischen Momente, da sind alle zentral vernetzt«, erzählt der Kölner Jazzbassist. »Man denkt nicht nach, sondern die Ohren und Finger geben die Richtung vor.«

Wellen im Gleichtakt

Wer untersuchen will, was in solchen Momenten neuronal passiert, muss das ganze Gehirn betrachten. Denn Musizieren vereint Hören, Sehen, Tasten, Bewegung, Aufmerksamkeit, Gedächtnis, Vorstellung und Planen – und beansprucht somit diverse Hirnareale. Und damit nicht genug. Um die soziale Interaktion dabei zu verstehen, setzen Fachleute zunehmend auf Hyperscanning. Sie messen also die Hirnaktivität mehrerer Menschen gleichzeitig und suchen Gemeinsamkeiten.

Hirnaktivität entsteht, weil die rund 100 Milliarden Nervenzellen im Gehirn mit unterschiedlichen Frequenzen elektrische Signale abfeuern. Da Neurone über Axone und Synapsen miteinander verbunden sind, beeinflussen sie sich gegenseitig. Darum feuern stets viele davon im gleichen Takt und erzeugen so messbare elektrische Schwingungen.

Hirnwellen verschiedener Frequenzen sind mit bestimmten Funktionen und Bewusstseinszuständen verknüpft. Im Schlaf kommt es vor allem zu langsamen elektrischen Schwingungen, den Delta-Wellen. Ebenfalls langsame Theta-Oszillationen kommen im leichten Schlaf vor, stehen aber auch mit Lernen und Erinnerung in Verbindung. Schnellere Alpha-Wellen werden hingegen vorwiegend in einem wachen, entspannten Zustand gemessen. Noch schnellere Beta-Schwingungen treten auf, wenn wir mental aktiv sind und unsere Aufmerksamkeit steuern. Gamma-Wellen mit bis zu 100 Signalen pro Sekunde sind charakteristisch für hohe Konzentration und helfen bei der Sinneswahrnehmung.

»Teile des Systems beeinflussen das Ganze und das Ganze beeinflusst die Teile«Viktor Müller, Biologe

Wer mit Hilfe eines Elektroenzephalografen (EEG) an der Außenseite des Kopfs Hirnaktivität misst, erhält ein komplexes Signal. Darin überlagern Schwingungen einander und sind mit zufälliger Aktivität und Störfaktoren vermischt. Mit mathematischen Verfahren lässt sich dieses Rauschen in einzelne Wellen bestimmter Frequenzen zerlegen. Die Wellen aus unterschiedlichen Hirnarealen – oder beim Hyperscanning aus mehreren Gehirnen – kann man wiederum auf Synchronizität überprüfen.

Zurück zur Musik. Auch beim Hyperscanning gelten Viktor Müller und sein Team am Berliner Max-Planck-Institut als Pioniere. Ihre ersten Studien damit sind 2009 und 2013 erschienen. Darin zeichneten sie die Hirnsignale von acht Paaren professioneller Gitarristen mittels EEG auf. Im ersten Experiment spielten diese unisono eine kurze Melodie, im zweiten improvisierten sie frei.

Mit dem Einsetzen des Metronoms (des Taktgebers) und dann noch einmal mit Beginn des gemeinsamen Spiels glichen sich ihre Hirnaktivitäten aneinander an. Beim Improvisieren synchronisierten sich die schnellen Beta-Wellen vor allem innerhalb eines individuellen Gehirns. Über die zwei Gehirne hinweg waren dagegen in erster Linie die langsamen Theta-Schwingungen im Gleichtakt.

Die Theta-Wellen spielen vermutlich eine Rolle bei der Koordination von Bewegungsabläufen, wie die Forscher schreiben. Zudem waren vornehmlich frontale und zentrale Bereiche des Kortex miteinander im Gleichtakt – und dort liegen die Areale, die für Bewegung und die Wahrnehmung von Berührungen zuständig sind. Wobei es sich hierbei um eine grobe Näherung handelt, denn die Signale aus dem EEG sind räumlich nicht sehr gut aufgelöst.

Ein Gitarrenquartett mit Hyperhirn

Zu ähnlichen Ergebnissen wie 2009 und 2013 kamen die Berliner in Folgestudien von 2018 und 2023. Hier experimentierten sie mit einem professionellen Gitarrenquartett und maßen gleichzeitig die Hirnsignale der vier Gitarristinnen, während diese Stücke aus ihrem Repertoire spielten. Wieder glich sich die Aktivität innerhalb der einzelnen Hirne vor allem in höheren Frequenzbereichen an, zwischen ihnen dagegen eher bei niedrigeren Frequenzen.

Die Erklärung der Autoren: Das Gehirn verfügt über Mechanismen, um sich beim Musizieren abzugrenzen – sozusagen sein eigenes Ding zu machen – und sich zugleich an andere anzupassen. Denn Musiker müssen sich einerseits auf ihr eigenes Spiel konzentrieren und sich andererseits an die Melodien, Harmonien, Rhythmen und Fehler der anderen anpassen.

Müller interpretiert seine Daten mit Methoden der Graphentheorie. Demnach bilden die Hirne der Musikerinnen ein Netzwerk mit unzähligen Verbindungen. Er nennt es ein »Hyperhirn-Netzwerk«. Wie viele biologische und soziale Netze sei dieses »stark segregiert und gleichzeitig stark integriert«.

»Eines der Probleme in dem Feld ist, dass es bislang nicht viel Replikation gibt«Peter Keller, Psychologe

Intuitiv passen die Ergebnisse zu Lutz' Gefühl, mit seinen Mitspielern »zentral vernetzt« zu sein, wenn es richtig gut läuft. Aber die Daten sind mit Vorsicht zu genießen. Müllers Studien haben offensichtliche Grenzen. Die Stichproben seiner Experimente sind sehr klein und die Methoden nicht gut etabliert. Es gibt in der Forschung allein 27 verschiedene Verfahren, um zu messen, wie synchron die Aktivität zweier Gehirne ist.

»Eines der Probleme in dem Feld ist, dass es bislang nicht viel Replikation gibt«, sagt Peter Keller, Professor am Center for Music in the Brain an der Universität Aarhus in Dänemark. Viele der bisherigen Studien seien Pionierarbeiten, die in erster Linie die Machbarkeit neuer Methoden und Studiendesigns aufzeigen sollen.

Hyperscanning stecke noch in den Kinderschuhen und viele methodische Fragen seien ungeklärt, gibt auch Artur Czeszumski von der Polnischen Akademie der Wissenschaften zu bedenken. Der Kognitionsforscher ist Experte für diese Technik und glaubt an ihr Potenzial. »Unser Gehirn existiert nicht im Vakuum«, sagt er. Um zu verstehen, wie es funktioniert, müsse man unbedingt seine Interaktion mit der Umwelt und mit anderen Gehirnen untersuchen.

Synchronizität als bloßer Nebeneffekt?

Auch wenn die genauen Mechanismen noch erforscht werden, gilt inzwischen als ziemlich gesichert, dass sich die Aktivitäten verschiedener Gehirne beim Musizieren synchronisieren. Doch was bedeutet das? Ist dieser Gleichtakt notwendig dafür, dass sich Menschen rhythmisch und harmonisch aneinander anpassen? Oder ist er bloß ein Nebeneffekt davon, dass sie ähnliche Dinge hören und sich ähnlich bewegen?

Das versuchte ein Team um Peter Keller, damals noch an der University of Sydney, im Jahr 2017 zu beantworten. In der Studie hatten jeweils zwei Teilnehmende die Aufgabe, mit ihren Fingern gemeinsam im Takt zu klopfen. In einer Bedingung regten die Fachleute über elektrische Stimulationen an der Kopfaußenseite synchrone Hirnwellen im Motorkortex der beiden Probanden an. Diese klopften daraufhin ebenfalls synchroner. Im Gleichtakt schwingende Hirnwellen beeinflussen also direkt das Verhalten, so das Fazit der Autoren.

In einem weiteren Experiment von 2022 maß die Gruppe die Hirnaktivität von jeweils zwei Pianisten, die zusammen ein Stück mit unterschiedlichen Stimmen spielten. Wenn sie den Part des jeweils anderen nicht kannten, waren ihre Hirnsignale synchroner, als wenn sie den anderen Part ebenfalls geübt hatten. Das legt nahe, so Kellers Interpretation, dass sich die Aktivität zweier Hirne stärker angleicht, wenn ihre Besitzer einander besser zuhören. Die Synchronizität der Hirnwellen hängt demnach nicht nur von der gemeinsamen sensorischen Information ab, sondern kann auch durch innere kognitive Prozesse entstehen.

Eine weitere knifflige Frage lautet: Wie funktioniert die Synchronisation über mehrere Personen hinweg überhaupt? Innerhalb eines Gehirns sorgen Verbindungen über Axone und Synapsen dafür, dass sich neuronale Aktivität angleicht. Zwischen verschiedenen Hirnen gibt es solche physischen Verbindungen allerdings nicht. Ist hier gar Parapsychologie am Werk?

»Die Synchronizität ist nur annähernd«, betont Keller. Die Nervenzellen zweier Gehirne feuern keineswegs im Gleichtakt wie marschierende Soldaten, sie werden sich bloß ähnlicher. Das passiert vermutlich zum einen durch gleiche Sinneseindrücke und Bewegungen, zum anderen aber auch durch geteilte Absichten, Vorhersagen und Aufmerksamkeit, meint Keller: »Wenn Menschen ähnliche Prozesse durchlaufen, die sich in ähnlicher Hirnaktivität in bestimmten Regionen und Frequenzbereichen widerspiegeln, erleichtert oder verstärkt dies synchrones Verhalten.«

In seiner aktuellen Forschung geht Keller mehr ins Detail. Er untersucht, welche Hirnregionen und welche Frequenzbereiche mit welchen Aspekten des gemeinsamen Musizierens zusammenhängen. Dabei interessiert er sich besonders für das Kleinhirn. Die Struktur am Übergang vom Hinterkopf zum Nacken wurde von der Neuropsychologie »notorisch vernachlässigt«, so der Kognitionswissenschaftler. Das liegt hauptsächlich daran, dass es technisch schwierig ist, Signale aus diesem Areal präzise zu messen.

Doch das Kleinhirn ist vollgepackt mit Nervenzellen, die hier sehr dicht und regelmäßig angeordnet sind. Es spielt eine Rolle bei der zeitlichen Wahrnehmung und dem Timing von Bewegungen und ist möglicherweise Teil einer Art Uhrwerk des Gehirns. Fürs Musizieren sind diese Funktionen zentral.

Einfühlsame Menschen improvisieren besser

Viktor Müller zufolge könnte der hirnübergreifende Gleichtakt dazu beitragen, dass wir uns nach dem gemeinsamen Musikmachen miteinander verbunden fühlen. Nachgewiesen ist das bisher aber nicht. Eindeutiger erscheint dagegen der Befund, wonach die Persönlichkeit damit zusammenhängt, wie Menschen musizieren. Laut einer Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2024 ist die so genannte Kontrollüberzeugung dabei relevant: die subjektive Wahrnehmung eines Menschen darüber, wie sehr er sein Leben kontrollieren kann. Personen, die sich grundsätzlich fremdbestimmter fühlen (zum Beispiel durch einen Gott), gleichen ihr Tempo mehr an ihr Gegenüber an als solche mit einer starken Kontrollüberzeugung. Sie sind folglich die »besseren« Duettpartner.

Empathischere Menschen synchronisieren sich beim Musizieren ebenfalls stärker mit ihrem Gegenüber als weniger empathische. Sie können außerdem das Timing ihrer Partnerin oder ihres Partners besser vorhersagen. Ob sich das auch in der Hirnaktivität widerspiegelt, ist bislang unklar.

Auch diese Forschungsergebnisse passen zu Oliver Lutz' Erfahrungen. »Wie du musizierst, ist ein Spiegel deiner selbst«, sagt er. »Eine introvertierte Person, die sich fünfmal überlegt, was sie sagt, wird ähnlich Musik machen. Wer gern Sprüche klopft, macht genau so Musik.« Entsprechend falle es einfühlsamen Menschen leichter, beim Musizieren aufeinander einzugehen und vorherzusagen, was die andere Person plant. »Große Improvisatoren sind auch einfühlsame Menschen«, glaubt Lutz.