Внешние ритмические звуки могут изменить структуру человеческого мозга

Новое исследование, опубликованное в журнале Advanced Science, показало, что даже простые внешние ритмичные звуки могут изменить весь сетевой ландшафт мозга, сообщает psypost.org.

Исследователи представили новый аналитический инструмент под названием FREQ-NESS, который отображает, как мозговые сети работают одновременно на разных частотах. Результаты показывают, что слушание ритмичных звуков задействует слуховую кору головного мозга, а также реорганизует более широкую сетевую конфигурацию мозга, смещая доминирующие колебания и усиливая связь между более медленными и более быстрыми ритмами мозга.
Ключевой задачей ученых было точно зафиксировать, как различные мозговые сети функционируют одновременно, особенно когда мозг реагирует на внешние раздражители, такие как музыка или речь.
Чтобы решить эту проблему, авторы разработали метод, который может одновременно фиксировать частотно-зависимые сети мозга с высоким пространственным и временным разрешением.
«Нам нужен был простой и прозрачный способ увидеть, как несколько сетей мозга работают на определенных частотах одновременно и как меняется эта организация, когда мозг взаимодействует со звуком и ритмом», — говорит автор исследования Маттиа Россо (@mattiarosso), научный сотрудник Центра изучения музыки в мозге при Университете Калифорнии. Орхусский университет. — «Существующие инструменты либо предопределяют области/полосы частот, либо размывают процессы наложения, поэтому мы создали FREQNESS как аналитический конвейер для оценки сетей с частотным разрешением непосредственно на уровне анатомических источников мозга». Исследователи набрали 29 участников и записали их мозговую активность с помощью магнитоэнцефалографии (МЭГ). Участники прошли две пятиминутные сессии: на одной они сидели в состоянии покоя во время просмотра немого фильма, а на другой пассивно слушали ритмичные звуки во время просмотра того же.
Выяснилось, что когда участники слушали ритмичные звуки, сетевой ландшафт мозга менялся тремя ключевыми способами. Во-первых, слуховая стимуляция вызвала появление новых сетей, которые были четко настроены на частоту стимуляции 2,4 Гц и ее гармонику 4,8 Гц. Эти сети были сосредоточены в слуховой коре, включая извилину Хешля, и распространялись на медиальные височные области, такие как гиппокамп и островковый мозг. Известно, что эти области играют важную роль как на раннем, так и на более высоком уровне слуховой обработки. Во-вторых, существующие сети мозга изменили свои частотные предпочтения и пространственные конфигурации. В-третьих, некоторые сети практически не изменились. Бета-сеть, связанная с двигательными процессами, с частотой около 22,9 Гц и сосредоточенная в прецентральной извилине, продемонстрировала одинаковую выраженность и топографию как в состоянии покоя, так и при прослушивании. Такая стабильность говорит о том, что не все сети в равной степени подвержены влиянию внешних стимулов.
Помимо этих изменений, исследователи также обнаружили, что прослушивание ритмичных звуков усиливает координацию между более медленными и более быстрыми ритмами.
«Хотя, основываясь на нашем моделировании, мы ожидали, что первичная слуховая сеть настроится на слуховой стимул, мы были удивлены, обнаружив, что остальная часть сетевого ландшафта претерпела глобальную реорганизацию», — сказал Россо в интервью PsyPost.
«Даже во время очень простого прослушивания мозг перестраивается, подстраивая свою внутреннюю динамику под внешний мир, чтобы обрабатывать информацию», — отмечает Россо. «Он делает это тремя основными способами: 1) настраивает свои первичные сенсорные сети на частоту стимуляции, 2) адаптирует частоту и пространственное расположение собственных колебаний и 3) усиливает связь между медленными и быстрыми внутренними ритмами. Короче говоря, ритм не просто ‘активизирует слуховую область’ — он перестраивает сетевой ландшафт мозга в целом».
Исследователи предполагают, что будущая работа могла бы включать в себя более обоснованные с экологической точки зрения стимулы и расширить метод для поддержки широкополосных и мультимодальных приложений. «Мозг — чрезвычайно сложная система, частота — это только один из критериев ее организации», — отметил Россо. «Частота специально разработана с учетом ограниченных возможностей разделения мозговых сетей и анализа их взаимодействий на основе их частотной специфичности. Мы прекрасно понимаем это, как и все, кто собирается использовать этот метод для своих исследований мозга. Частота сама по себе не „решает проблему мозга“.» «В нашем исследовании представлен вариант более широкой структуры NESS с частотным разрешением, который расшифровывается как „Оценка сети с помощью разделения источников’. В условиях, когда исследовательский ландшафт переходит к чрезмерно сложным подходам „черного ящика“ на основе искусственного интеллекта, наша цель состоит в том, чтобы извлечь информацию из простых и понятных методов линейной декомпозиции с очень небольшим количеством степеней свободы».