Временная динамика музыки и языка
Временная динамика музыки и языка описывает, как мозг координирует свои различные области для обработки музыкальных и вокальных звуков. И музыка, и язык имеют ритмическую и мелодическую структуру. Оба используют ограниченный набор основных элементов (например, тонов или слов), которые упорядоченным образом комбинируются для создания законченных музыкальных или языковых идей.
Нейроанотомия языка и музыки [ править ]
Ключевые области мозга используются как для обработки музыки, так и для обработки речи , например, область Брокаса , которая отвечает за производство и понимание речи. Пациенты с поражениями или повреждениями в зоне Брокаса часто демонстрируют плохую грамматику, замедленную речь и плохое понимание предложений. Нижняя лобная извилина — это извилина лобной доли , которая участвует в синхронизации событий и понимании прочитанного, особенно в понимании глаголов . Зона Верникеса расположена в заднем отделе верхней височной извилины и важна для понимания словарного запаса и письменной речи.
Первичная слуховая кора расположена в височной доле коры головного мозга . Эта область важна при обработке музыки и играет важную роль в определении высоты и громкости звука. [1] Повреждение головного мозга в этой области часто приводит к потере способности вообще слышать какие-либо звуки. участвует лобная кора Было обнаружено, что в обработке мелодий и гармоний музыки. Например, когда пациента просят отстучать ритм или попытаться воспроизвести звук, эта область очень активна при фМРТ и ПЭТ- сканировании. [2] Мозжечок – это «мини» мозг в задней части черепа. Как и в случае с лобной корой, исследования изображений головного мозга показывают, что мозжечок участвует в обработке мелодий и определении темпа . Медиальная префронтальная кора наряду с первичной слуховой корой также участвует в тональности или определении высоты звука и громкости. [1]
В дополнение к конкретным областям, упомянутым выше, многие «точки переключения информации» активны при обработке языка и музыки. Считается, что эти регионы действуют как пути передачи информации. Эти нервные импульсы позволяют вышеуказанным областям правильно передавать и обрабатывать информацию. Эти структуры включают таламус и базальные ганглии . [2]
Исследования ПЭТ и фМРТ показали, что некоторые из вышеупомянутых областей активны как в музыкальной, так и в языковой обработке. К этим областям относятся первичная моторная кора, зона Брока, мозжечок и первичная слуховая кора. [2]
мозга действии Изображение в
Методы визуализации, лучше всего подходящие для изучения временной динамики, предоставляют информацию в режиме реального времени. Методы, наиболее часто используемые в этом исследовании, — это функциональная магнитно-резонансная томография или фМРТ и позитронно-эмиссионная томография, известная как ПЭТ-сканирование. [3]
короткоживущего радиоактивного изотопа-индикатора . Позитронно-эмиссионная томография предполагает введение в кровь Когда радиоизотоп распадается, он испускает позитроны, которые регистрируются датчиком машины. Изотоп химически включен в биологически активную молекулу, такую как глюкоза , которая обеспечивает метаболическую активность. Всякий раз, когда мозговая активность происходит в определенной области, эти молекулы привлекаются в эту область. Как только концентрация биологически активной молекулы и ее радиоактивного «красителя» достаточно повысится, сканер сможет ее обнаружить. [3] С момента начала активности мозга до момента обнаружения активности устройством ПЭТ проходит около одной секунды. Это связано с тем, что для достижения красителем необходимой концентрации требуется определенное время. [4]
Функциональная магнитно-резонансная томография или фМРТ — это разновидность традиционного устройства МРТ , которое позволяет наблюдать за активностью мозга в режиме реального времени. Устройство фМРТ работает, обнаруживая изменения в нервном кровотоке, связанные с активностью мозга. Устройства фМРТ используют сильное статическое магнитное поле для выравнивания ядер атомов внутри мозга. Затем применяется дополнительное магнитное поле, часто называемое градиентным полем , для перевода ядер в более высокое энергетическое состояние. [5] Когда градиентное поле удаляется, ядра возвращаются в исходное состояние и излучают энергию. Излучаемая энергия обнаруживается аппаратом фМРТ и используется для формирования изображения. Когда нейроны становятся активными, приток крови к этим областям увеличивается. Эта богатая кислородом кровь вытесняет кровь, обедненную кислородом, в этих областях. Молекулы гемоглобина в эритроцитах, переносящих кислород, обладают разными магнитными свойствами в зависимости от того, насыщены ли они кислородом. [5] Сосредоточив обнаружение на магнитных возмущениях, создаваемых гемоглобином, активность нейронов можно картировать практически в реальном времени. [5] Лишь немногие другие методы позволяют исследователям изучать временную динамику в реальном времени.
Еще одним важным инструментом анализа временной динамики является магнитоэнцефалография , известная как МЭГ. Он используется для картирования активности мозга путем обнаружения и записи магнитных полей, создаваемых электрическими токами, генерируемыми нейронной активностью. Устройство использует большой набор сверхпроводящих квантовых интерфейсных устройств, называемых SQUID S, для обнаружения магнитной активности. Поскольку магнитные поля, генерируемые человеческим мозгом, настолько малы, все устройство необходимо поместить в специально предназначенное для этого помещение, предназначенное для защиты устройства от внешних магнитных полей. [5]
Другие методы исследования [ править ]
Еще одним распространенным методом изучения активности мозга при обработке речи и музыки является транскраниальная магнитная стимуляция или ТМС. ТМС использует индукцию для создания слабых электромагнитных токов в мозге с помощью быстро меняющегося магнитного поля. Изменения деполяризуют или гиперполяризуют нейроны. Это может вызывать или подавлять активность в разных регионах. Влияние нарушений на функции можно использовать для оценки взаимосвязей мозга. [6]
Недавние исследования [ править ]
Многие аспекты речи и музыкальных мелодий обрабатываются одними и теми же участками мозга. В 2006 году Браун, Мартинес и Парсонс обнаружили, что прослушивание мелодии или предложения приводит к активации многих из одних и тех же областей, включая первичную моторную кору , дополнительную моторную область , зону Брокаса, переднюю островковую долю, первичную слуховую кору, таламус, базальные ганглии и мозжечок. [7]
Исследование Кельша, Саллата и Фридеричи, проведенное в 2008 году, показало, что нарушение речи также может влиять на способность воспринимать музыку. Дети с определенными речевыми нарушениями или SLI не были такими же умелыми в сопоставлении тонов друг с другом или в поддержании темпа с помощью простого метронома , как дети без языковых нарушений. Это подчеркивает тот факт, что неврологические расстройства, влияющие на речь, также могут влиять на способность обрабатывать музыку. [8]
Уолш, Стюарт и Фрит в 2001 году исследовали, какие регионы обрабатывают мелодии и язык, предлагая испытуемым создать мелодию на простой клавиатуре или написать стихотворение. Они применили TMS к месту хранения музыкальных и языковых данных. Исследование показало, что ТМС, примененная к левой лобной доле, повлияла на способность писать или воспроизводить языковой материал, в то время как ТМС, примененная к слуховой области мозга и области Брока, больше всего подавляла способность испытуемого воспроизводить музыкальные мелодии. Это говорит о том, что существуют некоторые различия между созданием музыки и языка. [9]
Аспекты развития
Основные элементы музыкальной и языковой обработки, по-видимому, присутствуют при рождении. Например, французское исследование 2011 года, в ходе которого отслеживалось сердцебиение плода, показало, что после 28 недель плод реагирует на изменения музыкальной высоты и темпа. Исходную частоту сердечных сокращений определяли путем мониторинга в течение 2 часов перед любым стимулом. воспроизводились нисходящие и восходящие частоты в разном темпе У утробы матери . В ходе исследования также изучалась реакция плода на речевые паттерны, такие как воспроизведение звукового клипа, состоящего из разных слогов, но не было обнаружено никакой реакции на различные языковые стимулы. Частота сердечных сокращений увеличивалась в ответ на громкие звуки высокой тональности по сравнению с мягкими звуками низкой тональности. Это говорит о том, что основные элементы обработки звука, такие как распознавание высоты тона, темпа и громкости, присутствуют при рождении, тогда как более поздние процессы позволяют распознавать речевые модели после рождения. [10]
В исследовании 2010 года изучалось развитие языковых навыков у детей с речевыми трудностями. Было обнаружено, что музыкальная стимуляция улучшила результаты традиционной логопедии . Дети в возрасте от 3,5 до 6 лет были разделены на две группы. Одна группа слушала музыку без слов на каждом сеансе логопеда, в то время как другая группа проходила традиционную логопедическую терапию. Исследование показало, что как фонологические способности, так и способность детей понимать речь увеличивались быстрее в группе, которая подвергалась регулярной музыкальной стимуляции. [11]
Применение в реабилитации [ править ]
Недавние исследования показали, что влияние музыки на мозг полезно для людей с заболеваниями головного мозга. [12] [13] [14] [15] Стегемёллер обсуждает основополагающие принципы музыкальной терапии: повышение дофамина , нейронную синхронность и, наконец, четкий сигнал, которые являются важными характеристиками для нормального функционирования мозга. [15] мозга, Эта комбинация эффектов вызывает нейропластичность которая, как предполагается, увеличивает потенциал человека к обучению и адаптации. [16] В существующей литературе исследуется влияние музыкальной терапии на людей с болезнью Паркинсона, болезнью Хантингтона и деменцией, среди других.
Болезнь Паркинсона [ править ]
У людей с болезнью Паркинсона наблюдаются нарушения походки и осанки, вызванные снижением уровня дофамина в мозгу. [17] Одним из признаков этого заболевания является шаркающая походка , при которой человек наклоняется вперед во время ходьбы и постепенно увеличивает скорость, что приводит к падению или контакту со стеной. Пациентам с болезнью Паркинсона также трудно менять направление при ходьбе. Таким образом, принцип повышения дофамина в музыкальной терапии может облегчить симптомы паркинсонизма. [15] Эти эффекты наблюдались в исследовании Гаем различных звуковых сигналов обратной связи, когда у пациентов с болезнью Паркинсона наблюдалось увеличение скорости ходьбы, длины шага, а также снижение частоты шагов. [12]
Болезнь Хантингтона [ править ]
Болезнь Хантингтона влияет на двигательные, когнитивные и психические функции человека, что серьезно влияет на качество его жизни. [18] Чаще всего у пациентов с болезнью Хантингтона наблюдаются хорея , отсутствие контроля над импульсами, социальная изоляция и апатия. Шварц и др. провели обзор опубликованной литературы, посвященной влиянию музыкальной и танцевальной терапии на пациентов с болезнью Гентингтона. Тот факт, что музыка способна улучшить когнитивные и двигательные способности к деятельности, не связанной с музыкой, предполагает, что музыка может быть полезна для пациентов с этим заболеванием. [13] Хотя исследования влияния музыки на физиологические функции по существу неубедительны, исследования показывают, что музыкальная терапия повышает участие пациентов и их долгосрочное участие в терапии. [13] которые важны для достижения максимального потенциала способностей пациента.
Деменция [ править ]
Люди с болезнью Альцгеймера, вызванной деменцией, почти всегда сразу оживляются, услышав знакомую песню. [14] Саркамо и др. обсуждает эффекты музыки, обнаруженные в ходе систематического обзора литературы у людей с этим заболеванием. Экспериментальные исследования музыки и деменции показывают, что, хотя слуховые функции более высокого уровня, такие как восприятие мелодических контуров и слуховой анализ, у людей снижены, они сохраняют базовое слуховое восприятие, включая высоту звука, тембр и ритм. [14] Интересно, что эмоции и воспоминания, вызванные музыкой, сохраняются даже у пациентов, страдающих тяжелой деменцией. Исследования демонстрируют благотворное влияние музыки на возбуждение, тревогу, социальное поведение и взаимодействие. [14] Музыка также влияет на когнитивные задачи, такие как эпизодическая память и беглость речи. [14] Экспериментальные исследования пения у людей из этой группы улучшили объем памяти, вербальную рабочую память , удаленную эпизодическую память и исполнительные функции . [14]
Ссылки [ править ]
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Газанфар, А.А.; Николелис, Массачусетс (2001). «Особенная статья: Структура и функции динамических корковых и таламических рецептивных полей» . Кора головного мозга . 11 (3): 183–193. дои : 10.1093/cercor/11.3.183 . ПМИД 11230091 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Теуниссен, Ф; Дэвид, СВ; Сингх, Северная Каролина; Сюй, А; Винье, МЫ; Галлант, Дж.Л. (2001). «Оценка пространственно-временных рецептивных полей слуховых и зрительных нейронов по их реакции на естественные раздражители». Сеть: Вычисления в нейронных системах . 12 (3): 289–316. дои : 10.1080/net.12.3.289.316 . ПМИД 11563531 . S2CID 199667772 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Бэрд, А.; Самсон, СВ (2009). «Музыкальная память при болезни Альцгеймера: незабываемая?». Обзор нейропсихологии . 19 (1): 85–101. дои : 10.1007/s11065-009-9085-2 . ПМИД 19214750 . S2CID 14341862 .
- ^ Бейли, ДЛ; Таунсенд, Д.В.; Валк, ЧП; Мэйси, Миннесота (2003). Позитронно-эмиссионная томография: фундаментальные науки. Секаукус, Нью-Джерси: Springer-Verlag . Спрингер. ISBN 978-1852337988 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Хаук, О; Уэйкман, Д; Хенсон, Р. (2011). «Сравнение оценок минимальной нормы, нормализованных к шуму, для анализа MEG с использованием показателей множественного разрешения» . НейроИмидж . 54 (3): 1966–74. doi : 10.1016/j.neuroimage.2010.09.053 . ПМК 3018574 . ПМИД 20884360 .
- ^ Фицджеральд, П; Фонтан, С; Даскалакис, З. (2006). «Всесторонний обзор влияния рТМС на возбудимость и торможение моторной коры». Клиническая нейрофизиология . 117 (12): 2584–2596. дои : 10.1016/j.clinph.2006.06.712 . ПМИД 16890483 . S2CID 31458874 .
- ^ Браун, С.; Мартинес, MJ; Парсонс, LM (2006). «Музыка и язык бок о бок в мозгу: ПЭТ-исследование генерации мелодий и предложений». Европейский журнал неврологии . 23 (10): 2791–2803. CiteSeerX 10.1.1.530.5981 . дои : 10.1111/j.1460-9568.2006.04785.x . ПМИД 16817882 . S2CID 15189129 .
- ^ Йентшке, С.; Кельш, С.; Саллат, С.; Фридеричи, AD (2008). «Дети с особыми языковыми нарушениями также демонстрируют нарушение музыкально-синтаксической обработки». Журнал когнитивной нейронауки . 20 (11): 1940–1951. CiteSeerX 10.1.1.144.5724 . дои : 10.1162/jocn.2008.20135 . ПМИД 18416683 . S2CID 6678801 .
- ^ Стюарт, Л.; Уолш, В.; Фрит, ЮТА; Ротвелл, Дж. (2001). «Транскраниальная магнитная стимуляция вызывает остановку речи, но не остановку песни». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 930 (1): 433–435. Бибкод : 2001NYASA.930..433S . CiteSeerX 10.1.1.671.9203 . дои : 10.1111/j.1749-6632.2001.tb05762.x . ПМИД 11458860 . S2CID 31971115 .
- ^ Гранье-Дефер, К; Рибейро, А; Жаке, А; Бассеро, С. (2011). «Ближайшие плоды обрабатывают временные особенности речи». Наука развития . 14 (2): 336–352. дои : 10.1111/j.1467-7687.2010.00978.x . ПМИД 22213904 .
- ^ Гросс, Вт; Линден, Ю; Остерманн, Т (2010). «Эффекты музыкальной терапии в лечении детей с задержкой речевого развития – результаты пилотного исследования» . BMC Дополнительная и альтернативная медицина . 10 (1): 39. дои : 10.1186/1472-6882-10-39 . ПМК 2921108 . ПМИД 20663139 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Гай, С; Гай, Я (2018). «Влияние ритмических слуховых сигналов на паркинсоническую походку: систематический обзор и метаанализ» . Научные отчеты . 8 (1): 508. Бибкод : 2018НатСР...8..506Г . дои : 10.1038/s41598-017-16232-5 . ПМК 5764963 . ПМИД 29323122 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Шварц, А.Е.; ван Уолсен, MR (2019). «Терапевтическое использование музыки, танцев и ритмичных слуховых сигналов у пациентов с болезнью Хантингтона: систематический обзор» . Журнал болезни Хантингтона . 8 (4): 393–420. дои : 10.3233/JHD-190370 . ПМК 6839482 . ПМИД 31450508 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж Саркамо, Т; Сихбонен, AJ (2018). «Золотые старики и серебряные мозги: дефицит, сохранение, обучение и реабилитационные эффекты музыки при возрастных неврологических расстройствах». Кортекс . 109 : 104–123. дои : 10.1016/j.cortex.2018.08.034 . hdl : 10138/311678 . ПМИД 30312779 . S2CID 52971959 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Стегемеллер, Элизабет (2014). «Изучение модели нейропластичности музыкальной терапии». Журнал музыкальной терапии . 51 (3): 211–217. doi : 10.1093/JMT/thu023 . PMID 25316915 – через Oxford Academic.
- ^ Вайнштейн, CJ; Кей, Д.Б. (2015). «Воплощение науки в практику». Сенсомоторная реабилитация – на стыке фундаментальных и клинических наук . Прогресс в исследованиях мозга. Том. 218. стр. 331–360. дои : 10.1016/bs.pbr.2015.01.004 . ISBN 9780444635655 . PMID 25890145 – через Elsevier Science Direct.
- ^ Тиарху, Лазарос (2013). «Дофамин и болезнь Паркинсона» . База данных бионауки мадам Кюри – через NCBI.
- ^ Сотрудники клиники Мэйо (16 мая 2018 г.). «Болезнь Хантингтона» . Клиника Мэйо .