Один урок игры на скрипке меняет паттерны мозговых волн у начинающих скрипачей

Один урок игры на скрипке меняет паттерны мозговых волн у начинающих скрипачей. Физики и нейробиологи привлекли к исследованию скрипача который занимается реставрацией скрипок.

Новое исследование с использованием носимых устройств для визуализации мозга показало, что происходит в человеческом мозге, когда человек учится играть на музыкальном инструменте. Результаты исследования выявили паттерны мозговой активности, которые позволяют нам играть на музыкальном инструменте, в данном случае на скрипке, а также показали, что всего один урок значительно меняет эти паттерны.

Исследование, проведенное в Ноттингемским университете, опубликовано в журнале Imaging Neuroscience.

Научная статья находится в открытом доступе: "Динамика бета-ритма во время выполнения натуралистической двигательной задачи: исследование с помощью магнитоэнцефалографии".

Beta-band dynamics during a naturalistic motor task: An OPM-MEG study. do 10. 1162/ IMAG. a. 1405

Соавторами исследования стали нейробиологи, физики, инженеры и психологи. Кроме того, соавтором статьи стал скрипач и независимый исследователь Алан Кирби, который в Ноттингемском университете не работает: он известен как репетитор по игре на скрипке и мастер, который занимается ремонтом и реставрацией скрипок.

Ключевым автором исследования является биофизик Джозеф Гибсон, который также известен как фаготист в университетском оркестре. Сфера научных интересов Гибсона лежит на стыке физики, нейробиологии и инженерии.

Исследование возглавил профессор физики Мэтью Брукс, который в начале карьеры 2002 году получил степень M.Sci. по физике с медицинским направлением (Physics with Medical Physics). После этого он занимался методами магнитно-резонансной томографии (МРТ) и проектированием квантовых систем магнитоэнцефалографии на основе оптических датчиков с лазерной накачкой (OPM-MEG).

Физики и инженеры, участвовавшие в исследовании - представляют Центр визуализации имени сэра Питера Мансфилда (SPMIC) при факультете физики и астрономии Ноттингемского университета. Данный центр занимается разработкой новых методов МРТ и разработкой OPM-MEG.

Для проведения этого первого в своем роде исследования команда ученых использовала аппарат OPM-MEG. Этот новый тип сканера, разработанный в Ноттингеме, встроен в легкий шлем, блоком управления которого крепится на спине. Он позволяет измерять электрические сигналы мозга и определять его функции, пока человек выполняет обычные для него задачи.

Исследователи измерили мозговые волны (ритмические изменения электрической активности в группах нейронов) и проследили, как они менялись во время игры на скрипке. Одна из предполагаемых функций этих колебаний, особенно в так называемом «бета»-диапазоне частот, — отражение информации о том, приводят ли наши действия к ожидаемым результатам.

«Ваш мозг работает, делая прогнозы о том, что произойдет в результате ваших действий. Например, если я играю на скрипке, мой мозг ожидает, какой звук она издаст. Если я играю ожидаемую ноту, мой мозг получает информацию о том, что результат совпал с прогнозом; если я беру неожиданную ноту, он получает информацию о том, что прогноз не оправдался». В этом эксперименте мы смогли измерить эти сигналы в режиме реального времени во время игры на инструменте», — рассказал Джо Гибсон, PhD, исследователь из Школы физики и астрономии.

Исследование также показало, что у участников, у которых наблюдались наибольшие изменения в бета-волнах до и после урока игры на скрипке, также наблюдался наибольший прогресс в игре.

В абстракте научной статьи авторы пишут: "Как и ожидалось, амплитуда бета-ритма снижалась во время движения [при игре на скрипке] и увеличивалась после его завершения. Более того, во время игры бета-активность в моторной и премоторной областях значительно возросла после урока по сравнению с тем, что было до него, а связанная с движением модуляция амплитуды бета-ритма стала более выраженной после урока. Эти результаты согласуются с моделями предиктивного кодирования [то есть прогнозирования в мозге], которые предполагают, что амплитуда бета-ритма должна увеличиваться, когда человек уверен в своих движениях. Наше исследование дополняет растущий объем данных о роли бета-ритма и предоставляет дополнительные доказательства пользы для натуралистической нейробиологии магнитоэнцефалографии с подавлением фоновой активности."

[ Натуралистическая нейробиология (naturalistic neuroscience) — это относительно новое направление в исследовании мозга, которое изучает его работу в условиях, максимально приближенных к реальной повседневной жизни, а не в искусственной лабораторной среде.].

Для проведения исследования ученые обратились за помощью к местному нотингемскому скрипачу и скрипичному мастеру Алану Кирби. Инструмент должен был быть полностью безметалическим, чтобы сканер, измеряющий очень слабые магнитные поля, генерируемые электрической активностью мозга, мог работать.

Кирби взял обычную скрипку и модифицировал ее, заменив все металлические детали на изготовленные вручную [неметаллические], в результате чего получился полностью деревянный инструмент, работающий на частотах барокко.

Кирби сказал: «Объединить cтаринное искусство изготовления скрипок с квантовой физикой, лежащей в основе этого сканера мозга, было потрясающе. Возможно, еще более впечатляющим было то, что я увидел, как мои уроки влияют на мозг людей. Это был незабываемый опыт».

Двадцать два начинающих музыканта приняли участие в исследовании, в котором данные OPM-MEG записывались во время двух сеансов сканирования, пока участники пытались сыграть мелодию на скрипке.

Эксперимент начался с того, что участники посмотрели видео, в котором Кирби играл мелодию «Twinkle Twinkle Little Star» [английская колыбельная]. Затем участники прошли первый из двух сеансов сканирования, во время которого они пытались сыграть ту же мелодию на скрипке, и в это время записывались данные о работе их мозга.

После этого участники посетили урок игры на скрипке, который вел Кирби. Затем участники прошли второй сеанс сканирования (аналогичный первому), во время которого они снова пытались сыграть мелодию, а их мозговая активность измерялась.

Мэтью Брукс, профессор, который более 10 лет руководил разработкой OPM-MEG в Ноттингеме, сказал: «Мы работали над этим исследованием много лет, и для его проведения потребовалась уникальная комбинация навыков: знания физики, необходимые для измерения активности мозга; инженерные компетенции, необходимые для создания эргономичного сканера, который можно носить на себе; математические знания, необходимые для моделирования сигналов; и, конечно же, знания и умения Алана как скрипача и изобретателя. Без этого удивительного разнообразия талантов мы просто не смогли бы выполнить эту работу».

«Полученные результаты позволяют лучше понять процесс моторного обучения. Также интересно, что некоторые из наблюдаемых нами эффектов могут быть связаны с таким расстройством, как деменция. Надеюсь, что подобные исследования помогут нам лучше понять не только работу здорового мозга, но и механизмы развития заболеваний», — сказал Брукс.

Источник: университет Ноттингема. Фото: с сайта университета.

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: vk.com

Комментарии: