Временная динамика музыки и языка - Temporal dynamics of music and language

В временной динамике музыки и языке описывает , как координаты мозга разные ее регионы обрабатывать музыкальные и вокальные звуки. И музыка, и язык имеют ритмическую и мелодическую структуру. Оба используют конечный набор базовых элементов (например, тонов или слов), которые упорядоченно комбинируются для создания законченных музыкальных или языковых идей.

Нейроанотомия языка и музыки

Ключевые области мозга используются как для обработки музыки, так и для обработки речи , например, область Брокаса, которая занимается производством и пониманием языка. Пациенты с повреждениями или повреждениями в области Брокаса часто демонстрируют плохую грамматику, медленную речь и плохое понимание предложений. Нижняя лобная извилина , является извилинами по лобной доле , который участвует в синхронизации событий и понимании прочитанного, в частности , для понимания глаголов . Область Верникеса расположена на заднем отделе верхней височной извилины и важна для понимания лексики и письменной речи.

Первичная слуховая кора головной мозг расположена на височной доле в коре головного мозга . Эта область важна при обработке музыки и играет важную роль в определении высоты и громкости звука. Повреждение мозга в этой области часто приводит к потере способности вообще слышать какие-либо звуки. Лобной коры головного мозга было установлено, участвует в обработке мелодии и гармонии музыки. Например, когда пациента просят отбить ритм или попытаться воспроизвести тон, эта область очень активна при сканировании с помощью фМРТ и ПЭТ . Мозжечок является «мини» мозг на задней части черепа. Как и в случае с лобной корой, исследования изображений головного мозга показывают, что мозжечок участвует в обработке мелодий и определении темпа . Медиальной префронтальной коры головного мозга вместе с первичной слуховой коры также вовлечен в тональности, а также для определения высоты и объема.

В дополнение к определенным регионам, упомянутым выше, многие «точки переключения информации» активны при обработке языка и музыки. Считается, что эти регионы действуют как пути передачи информации. Эти нейронные импульсы позволяют вышеуказанным областям правильно общаться и обрабатывать информацию. Эти структуры включают таламус и базальные ганглии .

Некоторые из вышеупомянутых областей проявляют активность как в обработке музыки, так и в языковой обработке посредством исследований ПЭТ и фМРТ. Эти области включают первичную моторную кору, область Брокаса, мозжечок и первичную слуховую кору.

Визуализация мозга в действии

Методы визуализации, наиболее 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, известные как ПЭТ-сканирование.

Позитронно-эмиссионная томография включает введение в кровь короткоживущего радиоактивного изотопа- индикатора . Когда радиоизотоп распадается, он испускает позитроны, которые обнаруживаются датчиком машины. Изотоп химически включен в биологически активную молекулу, такую ​​как глюкоза , которая обеспечивает метаболическую активность. Всякий раз, когда активность мозга происходит в данной области, эти молекулы привлекаются к этой области. Как только концентрация биологически активной молекулы и ее радиоактивного «красителя» достаточно возрастет, сканер может ее обнаружить. Примерно одна секунда проходит с момента начала активности мозга до момента, когда эта активность обнаруживается устройством ПЭТ. Это связано с тем, что для того, чтобы краситель достиг необходимых концентраций, необходимо определенное время.

Функциональная магнитно-резонансная томография или фМРТ - это форма традиционного устройства для получения изображений МРТ, которое позволяет наблюдать активность 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 в мозге. Затем применяется дополнительное магнитное поле, часто называемое градиентным полем , чтобы поднять ядра до более высокого энергетического состояния. 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 обедненную кислородом кровь в этих областях. Молекулы гемоглобина в красных кровяных тельцах, переносящих кислород, обладают разными магнитными свойствами в зависимости от того, насыщен ли он кислородом. Сосредоточив обнаружение на магнитных нарушениях, создаваемых гемоглобином, активность нейронов может быть отображена почти в реальном времени. Немногие другие методы позволяют исследователям изучать временную динамику в реальном времени.

Другой важный инструмент для анализа временной динамики - 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 устройств квантового интерфейса, называемых SQUID S, для обнаружения магнитной активности. Поскольку магнитные поля, создаваемые человеческим мозгом, настолько малы, все устройство должно быть помещено в специально спроектированную комнату, построенную для защиты устройства от внешних магнитных полей.

Другие методы исследования

Другой распространенный метод изучения активности мозга при обработке речи и музыки - это транскраниальная магнитная стимуляция или ТМС. TMS использует индукцию для создания слабых электромагнитных токов внутри мозга с помощью быстро меняющегося магнитного поля. Эти изменения деполяризуют или гиперполяризуют нейроны. Это может вызывать или подавлять активность в разных регионах. Влияние нарушений на функцию можно использовать для оценки взаимосвязей мозга.

Недавние исследования

Многие аспекты языка 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 тех же областей, включая первичную моторную кору , дополнительную моторную зону , зону Брокаса, переднюю островную часть, первичную звуковую кору головного мозга, таламус, базальные ганглии и мозжечок.

Исследование, проведенное в 2008 году Кельшем, Саллатом и Фридеричи, показало, что языковые нарушения также могут влиять на способность обрабатывать музыку. Дети с определенными языковыми нарушениями или SLI не так хорошо умели подбирать тон друг другу или сохранять темп с простым метрономом, как дети без языковых нарушений. Это подчеркивает тот факт, что неврологические расстройства, влияющие на язык, также могут влиять на способность обработки музыки.

Уолш, Стюарт и Фрит в 2001 году исследовали, в каких регионах обрабатываются мелодии и язык, попросив испытуемых создать мелодию на простой клавиатуре или написать стихотворение. Они применили TMS к месту, где хранятся музыкальные и языковые данные. 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 и области мозга Брокаса, больше всего препятствовала способности испытуемого воспроизводить музыкальные мелодии. Это говорит о том, что существуют некоторые различия между музыкой и языковым творчеством.

Аспекты развития

Основные элементы музыкальной и языковой обработки, по-видимому, присутствуют при рождении. Например, французское исследование 2011 года, в котором отслеживалось сердцебиение плода, показало, что в возрасте старше 28 недель плоды реагируют на изменения музыкального тона и темпа. Базовую частоту сердечных сокращений определяли за 2 часа мониторинга до любого стимула. Рядом с маткой воспроизводились нисходящие и восходящие частоты с разным темпом . В исследовании также изучалась реакция плода на языковые паттерны, такие как воспроизведение звукового отрывка из разных слогов, но не было обнаружено реакции на разные языковые стимулы. ЧСС увеличивается в ответ на громкие звуки высокого тона по сравнению с тихими звуками низкого тона. Это говорит о том, что основные элементы обработки звука, такие как различение высоты тона, темпа и громкости, присутствуют при рождении, в то время как более поздние процессы распознают модели речи после рождения.

В исследовании 2010 года изучалось развитие языковых навыков у детей с проблемами речи. Выяснилось, что музыкальная стимуляция улучшает 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 занятии логопедом, а другой группе давали традиционную логопедию. Исследование показало, что как фонологическая способность, так и способность детей понимать речь увеличивались быстрее в группе, которая подвергалась регулярной музыкальной стимуляции.

Приложения в реабилитации

Недавние исследования показали, что влияние музыки на мозг благотворно влияет на людей с заболеваниями мозга. Стегемёллер обсуждает основные принципы музыкальной терапии: повышение уровня дофамина, нейронную синхронность и, наконец, четкий сигнал, которые являются важными характеристиками для нормального функционирования мозга. Эта комбинация эффектов вызывает нейропластичность мозга, которая, как предполагается, увеличивает потенциал человека к обучению и адаптации. В существующей литературе изучается влияние музыкальной терапии на людей с болезнью Паркинсона, болезнью Хантингтона и деменцией.

болезнь Паркинсона

У людей с болезнью Паркинсона наблюдаются нарушения походки и осанки, вызванные пониженным содержанием дофамина в головном мозге. Одним из отличительных признаков этого заболевания является шаркающая походка , при которой человек наклоняется вперед во время ходьбы и постепенно увеличивает свою скорость, что приводит к падению или контакту со стеной. Пациенты с болезнью Паркинсона также испытывают трудности с изменением направления при ходьбе. Следовательно, принцип увеличения дофамина в музыкальной терапии может облегчить симптомы паркинсонизма. Эти эффекты наблюдались в исследовании Гая различных звуковых сигналов обратной связи, в которых пациенты с болезнью Паркинсона испытывали увеличение скорости ходьбы, длины шага, а также снижение частоты вращения педалей.

болезнь Хантингтона

Болезнь Хантингтона влияет на двигательные, когнитивные и психические функции человека, что серьезно влияет на качество его жизни. Чаще всего пациенты с болезнью Хантингтона чаще всего испытывают хорею , отсутствие контроля над импульсами, социальную изоляцию и апатию. Schwarz et al. провели обзор опубликованной литературы о влиянии музыкальной и танцевальной терапии на пациентов с болезнью Хантингтона. Тот факт, что музыка может улучшить когнитивные и двигательные способности для деятельности, отличной от связанной с музыкой, предполагает, что музыка может быть полезной для пациентов с этим заболеванием. Хотя исследования, касающиеся влияния музыки на физиологические функции, по сути, неубедительны, исследования показывают, что музыкальная терапия увеличивает участие пациента и долгосрочное участие в терапии, что важно для достижения максимального потенциала способностей пациента.

Слабоумие

Люди с болезнью Альцейхмера, вызванной деменцией, почти всегда сразу же оживляются, услышав знакомую песню. Särkämo et al. обсуждает эффекты музыки, обнаруженные в системном обзоре литературы у людей с этим заболеванием. Экспериментальные исследования музыки и слабоумия 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. Интересно, что эмоции и воспоминания, вызванные музыкой, также сохраняются даже у пациентов, страдающих тяжелой деменцией. Исследования демонстрируют благотворное влияние музыки на возбуждение, тревогу, социальное поведение и взаимодействие. Музыка также влияет на когнитивные задачи, такие как эпизодическая память и беглость речи. Экспериментальные исследования пения для людей из этой популяции улучшили память, вербальную рабочую память , удаленную эпизодическую память и исполнительные функции .

использованная литература