[논문 리뷰] Emergent togetherness in collaborative dance improvisation: neural and motor synchronization reveal a coupling-decoupling paradox

Yago Emanoel Ramos, Raphael Silva do Rosário외 7명|arXiv (Cornell University)|2026. 01. 07.

Action Observation and Synchronization인용 수 0

한 줄 요약

본 논문은 협업적 무용 즉흥 연주에서 훈련이 뇌 간 신경 동기화를 증가시키는 동시에 대인 간 운동 동기화를 감소시키며, 함께함이 동일한 동작이 아니라 공유된 신경 의도성에서 기인한다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

Collective improvisation in dance provides a rich natural laboratory for studying emergent coordination in coupled neuro-motor systems. Here, we investigate how training shapes spontaneous synchronization patterns in both movement and brain signals during collaborative performance. Using a dual-recording protocol integrating 3D motion capture and hyperscanning EEG, participants engaged in free, interaction-driven, and rule-based improvisation before and after a program of generative dance, grounded in cellular-automata. Motor behavior was modeled through a time-resolved α-exponent derived from Movement Element Decomposition scaling between mean velocity and displacement, revealing fluctuations in energetic strategies and degrees of freedom. Synchronization events were quantified using Motif Synchronization (biomechanical data) and multilayer Time-Varying Graphs (neural data), enabling the detection of nontrivial lead-lag dependencies beyond zero-lag entrainment. Results indicate that training produced an intriguing dissociation: inter-brain synchronization increased, particularly within the frontal lobe, while interpersonal motor synchrony decreased. This opposite trend suggests that enhanced participatory sense-making fosters neural alignment while simultaneously expanding individual motor explorations, thereby reducing coupling in movement. Our findings position collaborative improvisation as a complex dynamical regime in which togetherness emerges not from identical motor outputs but from shared neural intentionality distributed across multilayer interaction networks, exemplifying the coupling-decoupling paradox, whereby increasing inter-brain synchrony supports the exploration of broader and mutually divergent motor trajectories. These results highlight the nonlinear nature of social coordination, offering new avenues for modeling creative joint action in human systems.

연구 동기 및 목표

• 협업적 무용 즉흥 연주에서 훈련이 자발적 신경 및 운동 동기화에 어떤 영향을 미치는지 조사한다.
• 생성적 무용 훈련 프로그램 전후로 자유로운, 상호 작용 주도적, 규칙 기반 즉흥 사이의 차이를 검토한다.

제안 방법

• 3D 모션 캡처와 하이퍼스캐닝 EEG를 결합한 이중 기록 프로토콜.
• Movement Element Decomposition scaling에서 시간 해상도 알파 지수로 모터 행동을 모델링한다.
• 생체역학 데이터의 Motif Synchronization으로 동시화를 정량화하고 신경 데이터의 다층 Time-Varying Graphs로 동시화를 정량화한다.
• 제로 랭 엔트레이먼트를 넘는 리드-래그 의존성에 초점을 맞춘 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 훈련이 협업 즉흥 연주 중 뇌 간 동기화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 훈련이 협업 즉흥 연주 중 대인 간 운동 동기화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 신경 및 운동 결합의 변화가 공동 행동에서의 함께함의 본질에 대해 무엇을 시사하는가?

주요 결과

• 훈련은 뇌 간 동기화를 증가시키며, 특히 전두엽에서 그렇다.
• 훈련과 함께 대인 간 운동 동기화가 감소한다.
• 향상된 참여적 의미 구성은 신경 정렬과 확장된 개인 모터 탐색과 동시에 일어난다.
• 함께함은 동일한 운동 출력이 아니라 분산된 신경 의도성에서 나타난다.
• 결과는 신경 결합과 운동 결합이 다른 방향으로 발산하는 결합-해체 역설을 드러낸다.