WikiDer > Временная динамика музыки и языка

Temporal dynamics of music and language

В 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 конечный набор базовых элементов (таких как тоны или слова), 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 языковая обработка, Такие как Брокас район это посвящено языковому производству и пониманию. Пациенты с поражениями или повреждениями в области Брокаса часто демонстрируют плохую грамматику, медленную речь и плохое понимание предложений. В нижняя лобная извилина, это извилина из лобная доля который участвует в синхронизации событий и понимании прочитанного, особенно для понимания глаголы. В Верникес площадь находится на заднем отделе верхняя височная извилина и это важно для понимания словарный запас и письменный язык.

В первичная слуховая кора расположен на височная доля из кора головного мозга. Этот регион важен при обработке музыки и играет важную роль в определении подача и громкость звука.[1] Повреждение мозга в этой области часто приводит к потере способности вообще слышать какие-либо звуки. В лобная кора было обнаружено, что он участвует в обработке мелодий и музыкальных гармоний. Например, когда пациента просят отбить ритм или попытаться воспроизвести тон, эта область очень активна на фМРТ и ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ сканы.[2] В 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 темп. В медиальная префронтальная кора Наряду с первичной слуховой корой также участвует в тональности или определении высоты звука и громкости.[1]

В дополнение к конкретным 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 базальный ганглий.[2]

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.[2]

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.[3]

Позитронно-эмиссионная томография предполагает ввод короткоживущего радиоактивный индикатор изотоп в кровь. Когда радиоизотоп распадается, он испускает позитроны, которые обнаруживаются датчиком машины. Изотоп химически включен в биологически активную молекулу, такую ​​как глюкоза, который способствует метаболической активности. 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.[3] 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.[4]

ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ.
Пример ПЭТ-сканирования.

Функциональная магнитно-резонансная томография или фМРТ - это форма традиционного МРТ устройство визуализации, позволяющее наблюдать за мозговой активностью в режиме реального времени. Устройство фМРТ работает, обнаруживая изменения нервного кровотока, связанные с активностью мозга. Устройства фМРТ используют сильное статическое магнитное поле для выравнивания ядер атомов в мозге. Дополнительное магнитное поле, часто называемое поле градиента, затем применяется, чтобы поднять ядра до более высокого энергетического состояния.[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 бедную кислородом кровь в этих областях. Гемоглобин молекулы в красных кровяных тельцах, переносящих кислород, обладают разными магнитными свойствами в зависимости от того, насыщен ли он кислородом.[5] Сосредоточив обнаружение на магнитных нарушениях, создаваемых гемоглобином, активность нейронов может быть отображена почти в реальном времени.[5] Немногие другие методы позволяют исследователям изучать временную динамику в реальном времени.

МЭГ.
Пациент получает «МЭГ».

Еще один важный инструмент для анализа временной динамики - это магнитоэнцефалография, известный как MEG. Он используется для картирования активности мозга путем обнаружения и записи магнитных полей, создаваемых электрическими токами, генерируемыми нейронной активностью. В устройстве используется большой набор сверхпроводящих устройств с квантовым интерфейсом, называемых КАЛЬМАРS, чтобы обнаружить магнитную активность. 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.[5]

Другие методы исследования

Еще один распространенный метод изучения активности мозга при обработке речи и музыки: транскраниальная магнитная стимуляция или ТМС. TMS использует индукцию для создания слабых электромагнитных токов внутри мозга с помощью быстро меняющегося магнитного поля. Изменения деполяризуют или гиперполяризуют нейроны. Это может вызывать или подавлять активность в разных регионах. Влияние нарушений на функцию можно использовать для оценки взаимосвязей мозга.[6]

Недавнее исследование

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 первичная моторная кора, то дополнительная моторная зона, область Брокаса, передняя островковая часть, первичная звуковая кора, таламус, базальные ганглии и мозжечок.[7]

Исследование 2008 года, проведенное 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 помощью простого метроном как дети без языковых нарушений. Это подчеркивает тот факт, что неврологические расстройства, влияющие на язык, также могут влиять на способность обработки музыки.[8]

Уолш, Стюарт и Фрит в 2001 году исследовали, в каких регионах обрабатываются мелодии и язык, прося 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 Брокаса мозга, больше всего препятствовала способности испытуемого играть музыкальные мелодии. Это говорит о том, что существуют некоторые различия между музыкой и языковым творчеством.[9]

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. Нисходящие и возрастающие частоты с разным темпом воспроизводились около матка. В исследовании также изучали реакцию плода на языковые паттерны, такие как воспроизведение звукового отрывка из разных слогов, но не обнаружили 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 звука, темпа и громкости, присутствуют при рождении, в то время как более поздние процессы распознают речевые модели после рождения.[10]

В исследовании 2010 года изучалось развитие языковых навыков у детей с проблемами речи. Выяснилось, что музыкальная стимуляция улучшает результаты традиционного Логопедия. 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.[11]

Приложения в реабилитации

Недавние исследования показали, что влияние музыки на мозг полезно для людей с заболеваниями мозга.[12][13][14][15]. Стегемёллер обсуждает основные принципы музыкальной терапии: повышение дофамина, нейронную синхронность и, наконец, четкий сигнал, которые являются важными характеристиками для нормального функционирования мозга.[15]. Эта комбинация эффектов вызывает нейропластичность который предлагается повысить индивидуальный потенциал к обучению и адаптации[16]. В существующей литературе исследуется влияние музыкальной терапии на людей с болезнью Паркинсона, болезнью Хантингтона и деменцией.

болезнь Паркинсона

Лица с болезнь Паркинсона испытывают нарушения походки и осанки, вызванные снижением дофамина в головном мозге[17]. Одним из признаков этого заболевания является шаркающая походка, когда 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. Таким образом, принцип увеличения дофамина в музыкальной терапии облегчит симптомы паркинсонизма.[15]. 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.[12].

болезнь Хантингтона

болезнь Хантингтона влияет на движения, когнитивные и психиатрические функции человека, что серьезно влияет на качество его жизни[18]. Чаще всего пациенты с болезнью Хантингтона испытывают: хорея, отсутствие контроля над импульсами, социальная изоляция и апатия. 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 полезна для пациентов с этим заболеванием. [13]. Хотя исследования, касающиеся влияния музыки на физиологические функции, по существу неубедительны, исследования показывают, что музыкальная терапия увеличивает участие пациентов и их долгосрочное участие в терапии.[13] которые важны для реализации максимального потенциала возможностей пациента.

Слабоумие

Лица с Болезнь Альцейхмера вызванный слабоумие почти всегда сразу оживляется при прослушивании знакомой песни[14]. 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.[14]. 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.[14]. Музыка также влияет на когнитивные задачи, например эпизодическая память и беглость речи[14]. Экспериментальные исследования пения для людей в этой популяции улучшили память, вербальную рабочая память, отдаленная эпизодическая память и исполнительные функции[14].

Рекомендации

  1. ^ а б Ghazanfar, A. A .; Николелис, М.А. (2001). «Особая статья: Структура и функция динамических кортикальных и таламических рецептивных полей». Кора головного мозга. 11 (3): 183–193. Дои:10.1093 / cercor / 11.3.183. PMID 11230091.
  2. ^ а б c Theunissen, F; Дэвид, SV; Сингх, Северная Каролина; Сюй, А; Vinje, WE; Галлант, JL (2001). «Оценка пространственно-временных рецептивных полей слуховых и зрительных нейронов по их ответам на естественные стимулы». Сеть: вычисления в нейронных системах. 12 (3): 289–316. Дои:10.1080 / нетто.12.3.289.316. PMID 11563531.
  3. ^ а б Baird, A .; Самсон, С. В. (2009). «Память для музыки при болезни Альцгеймера: незабываемое?». Обзор нейропсихологии. 19 (1): 85–101. Дои:10.1007 / s11065-009-9085-2. PMID 19214750.
  4. ^ Бейли, Д.Л .; Townsend, D.W .; Valk, P.E .; Мэйси, М. (2003). Позитронно-эмиссионная томография: фундаментальные науки. Секокус, Нью-Джерси: Спрингер-Верлаг. ISBN 978-1852337988.
  5. ^ а б c d Хаук, О; Wakeman, D; Хенсон, Р. (2011). «Сравнение нормализованных по шуму оценок минимальной нормы для анализа MEG с использованием нескольких показателей разрешения». NeuroImage. 54 (3): 1966–74. Дои:10.1016 / j.neuroimage.2010.09.053. ЧВК 3018574. PMID 20884360.
  6. ^ Фитцджеральд, П.; Фонтан, S; Даскалакис, З. (2006). «Всесторонний обзор эффектов rTMS на моторную корковую возбудимость и торможение». Клиническая нейрофизиология. 117 (12): 2584–2596. Дои:10.1016 / j.clinph.2006.06.712. PMID 16890483.
  7. ^ Brown, S .; Мартинес, М. Дж .; Парсонс, Л. М. (2006). «Музыка и язык бок о бок в мозгу: ПЭТ-исследование генерации мелодий и предложений». Европейский журнал нейробиологии. 23 (10): 2791–2803. CiteSeerX 10.1.1.530.5981. Дои:10.1111 / j.1460-9568.2006.04785.x. PMID 16817882.
  8. ^ Jentschke, S .; Koelsch, S .; Саллат, С .; Friederici, A. D. (2008). «У детей с определенными языковыми нарушениями также наблюдается нарушение музыкально-синтаксической обработки». Журнал когнитивной неврологии. 20 (11): 1940–1951. CiteSeerX 10.1.1.144.5724. Дои:10.1162 / jocn.2008.20135. PMID 18416683.
  9. ^ Стюарт, Л .; Walsh, V .; Frith, U. T. A .; Ротвелл, Дж. (2001). «Транскраниальная магнитная стимуляция вызывает остановку речи, но не остановку песни». Летопись Нью-Йоркской академии наук. 930: 433–435. Bibcode:2001НЯСА.930..433С. CiteSeerX 10.1.1.671.9203. Дои:10.1111 / j.1749-6632.2001.tb05762.x. PMID 11458860.
  10. ^ Гранье-Деферр, К; Рибейро, А; Жаке, А; Bassereau, S (2011). «Ближайшие плоды перерабатывают временные особенности речи». Наука о развитии. 14 (2): 336–352. Дои:10.1111 / j.1467-7687.2010.00978.x. PMID 22213904.
  11. ^ Брутто, Вт; Linden, U; 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. ЧВК 2921108. PMID 20663139.
  12. ^ а б Ghai, S; Гай, I (2018). «Влияние ритмических звуковых сигналов на паркинсоническую походку: систематический обзор и метаанализ». Научные отчеты. 8 (1): 508. Bibcode:2018НатСР ... 8..506Г. Дои:10.1038 / s41598-017-16232-5. ЧВК 5764963. PMID 29323122.
  13. ^ а б c Schwarz, AE; ван Вальсен, MR (2019). «Терапевтическое использование музыки, танцев и звуковых звуковых сигналов для пациентов с болезнью Хантингтона: систематический обзор». Журнал болезни Хантингтона. 8 (4): 393–420. Дои:10.3233 / JHD-190370. ЧВК 6839482. PMID 31450508.
  14. ^ а б c d е ж Särkämo, T; Сихбонен, AJ (2018). «Золотые старики и серебряные мозги: дефицит, сохранение, обучение и реабилитационные эффекты музыки при неврологических расстройствах, связанных со старением». Кора. 109: 104–123. Дои:10.1016 / j.cortex.2018.08.034. HDL:10138/311678. PMID 30312779.
  15. ^ а б c Стегемёллер, Элизабет (2014). «Изучение модели нейропластичности музыкальной терапии». Журнал музыкальной терапии. 51 (3): 211–217. Дои:10.1093 / jmt / thu023. PMID 25316915 - через Oxford Academic.
  16. ^ Вайнштейн, CJ; Кей, ДБ (2015). «Перевод науки в практику: формирование реабилитационной практики для ускорения восстановления после повреждения головного мозга». Прогресс в исследованиях мозга. 218: 331–360. Дои:10.1016 / bs.pbr.2015.01.004. PMID 25890145 - через Elsevier Science Direct.
  17. ^ Tiarhou, Lazaros (2013). «Дофамин и болезнь Паркинсона». База данных Madame Curie Bioscience - через NCBI.
  18. ^ Персонал клиники Мэйо (16 мая 2018 г.). "Болезнь Хантингтона". Клиника Майо.