Musiikin ja kielen ajallinen dynamiikka - Temporal dynamics of music and language

Ajallinen dynamiikka musiikin ja kielen kuvataan aivojen koordinoi eri alueiden käsittelyyn musiikki- ja laulu kuulostaa. Sekä musiikissa että kielessä on rytminen ja melodinen rakenne. Molemmissa käytetään rajallista joukkoa peruselementtejä (kuten sävyjä tai sanoja), jotka yhdistetään järjestyksessä täydellisten musiikillisten tai kielellisten ideoiden luomiseksi.

Kielen ja musiikin neuroanotomia

Aivojen avainalueita käytetään sekä musiikin käsittelyssä että kielenkäsittelyssä , kuten Brocasin alue, joka on omistettu kielen tuotannolle ja ymmärtämiselle. Potilailla, joilla on vaurioita tai vaurioita, Brocasin alueella on usein huono kielioppi, hidas puheen tuotanto ja heikko lauseiden ymmärtäminen. Alimmassa otsalohkopoimussa , on gyrus on otsalohkon , joka on mukana ajastustapahtumia ja luetun ymmärtämistä, erityisesti ymmärtämiseen verbejä . Wernicken alue sijaitsee taka osa ylivoimainen ajallinen gyrus ja on tärkeää ymmärtää sanastoa ja kirjoitetun kielen.

Ensisijainen kuuloaivokuorella sijaitsee ohimolohkopaikkaan ja aivokuori . Tämä alue on tärkeä musiikin prosessoinnissa ja sillä on tärkeä rooli äänen korkeuden ja äänenvoimakkuuden määrittämisessä. Tämän alueen aivovaurio johtaa usein kyvyn kuulla ääniä kokonaan. Frontaaliaivokuoressa on todettu olevan mukana käsittelyyn melodioita ja harmonioita musiikkia. Esimerkiksi kun potilasta pyydetään ottamaan lyönti tai yrittämään sävyn toistamista, tämä alue on erittäin aktiivinen fMRI- ja PET- skannauksissa. Pikkuaivot on "mini" aivot takana kallo. Aivokuorintatutkimusten mukaan aivokuvantamistutkimukset muistuttavat, että pikkuaivo on mukana melodioiden prosessoinnissa ja tempojen määrittämisessä . Etuaivolohkossa yhdessä ensisijaisen kuuloaivokuorella on myös liitetty tonaliteetti, tai askeltiheyden määrittämiseksi ja tilavuus.

Edellä mainittujen erityisalueiden lisäksi monet "tiedonvaihtopisteet" ovat aktiivisia kielen ja musiikin käsittelyssä. Näiden alueiden uskotaan toimivan tiedonsiirtoreitteinä. Nämä hermoimpulssit antavat yllä olevien alueiden kommunikoida ja käsitellä tietoa oikein. Nämä rakenteet sisältävät talamuksen ja tyvisanglionit .

Joidenkin edellä mainittujen alueiden on osoitettu olevan aktiivisia sekä musiikin että kielen prosessoinnissa PET- ja fMRI-tutkimusten avulla. Näitä alueita ovat primaarinen motorinen aivokuori, Brocasin alue, pikkuaivo ja ensisijaiset kuulokortit.

Aivojen kuvantaminen toiminnassa

Aikadynamiikan tutkimiseen parhaiten soveltuvat kuvantamistekniikat tarjoavat tietoa reaaliajassa. Tässä tutkimuksessa eniten käytetyt menetelmät ovat toiminnallinen magneettikuvaus tai fMRI ja positroniemissiotomografia, joka tunnetaan nimellä PET-skannaus.

Positroniemissiotomografia sisältää lyhytaikaisen radioaktiivisen merkkiaineen isotoopin ruiskuttamisen vereen. Kun radioisotooppi hajoaa, se lähettää positroneja, jotka koneen anturi havaitsee. Isotooppi on kemiallisesti sisällytetty biologisesti aktiiviseen molekyyliin, kuten glukoosiin , joka antaa metabolisen aktiivisuuden. Aina kun aivotoiminta tapahtuu tietyllä alueella, nämä molekyylit rekrytoidaan alueelle. Kun biologisesti aktiivisen molekyylin ja sen radioaktiivisen "väriaineen" pitoisuus nousee tarpeeksi, skanneri voi havaita sen. Noin sekunti kuluu siitä, kun aivotoiminta alkaa, kun aktiivisuus havaitaan PET-laitteella. Tämä johtuu siitä, että väriaineen saavuttaminen tarvittavien pitoisuuksien saavuttamiseksi kestää tietyn ajan.

Toiminnallinen magneettikuvaus tai fMRI on perinteisen magneettikuvauslaitteen muoto, joka mahdollistaa aivotoiminnan havaitsemisen reaaliajassa. FMRI-laite toimii havaitsemalla aivotoimintaan liittyvät muutokset hermoveren virtauksessa. fMRI-laitteet käyttävät voimakasta, staattista magneettikenttää kohdistamaan aivojen atomien ytimet. Sitten käytetään ylimääräistä magneettikenttää, jota usein kutsutaan gradienttikentäksi , ytimien nostamiseksi korkeammalle energiatilalle. Kun gradienttikenttä poistetaan, ytimet palaavat alkuperäiseen tilaansa ja lähettävät energiaa. FMRI-laite havaitsee päästetyn energian ja sitä käytetään kuvan muodostamiseen. Kun hermosoluista tulee aktiivinen veren virtaus näille alueille, lisääntyy. Tämä happipitoinen veri syrjäyttää hapen ehtymätöntä verta näillä alueilla. Happea kuljettavien punasolujen hemoglobiinimolekyyleillä on erilaiset magneettiset ominaisuudet riippuen siitä, onko se hapetettu. Keskittämällä havaitseminen hemoglobiinin aiheuttamiin magneettisiin häiriöihin hermosolujen aktiivisuus voidaan kartoittaa lähes reaaliajassa. Harvat muut tekniikat antavat tutkijoille mahdollisuuden tutkia ajallista dynamiikkaa reaaliajassa.

Toinen tärkeä työkalu ajallisen dynamiikan analysointiin on magnetoenkefalografia , joka tunnetaan nimellä MEG. Sitä käytetään aivotoiminnan kartoittamiseen havaitsemalla ja tallentamalla hermostollisuuden tuottaman sähkövirran tuottamat magneettikentät. Laite käyttää suurta joukkoa suprajohtavia kvanttirajapintalaitteita, nimeltään SQUID S, magneettisen aktiivisuuden havaitsemiseksi. Koska ihmisen aivojen tuottamat magneettikentät ovat niin pieniä, koko laite on sijoitettava erityisesti suunniteltuun huoneeseen, joka on rakennettu suojaamaan laitetta ulkoisilta magneettikentiltä.

Muut tutkimusmenetelmät

Toinen yleinen menetelmä aivotoiminnan tutkimiseen kielen ja musiikin käsittelyssä on transkraniaalinen magneettinen stimulaatio tai TMS. TMS käyttää induktiota luomaan heikkoja sähkömagneettisia virtoja aivoihin käyttämällä nopeasti muuttuvaa magneettikenttää. Muutokset depolarisoivat tai hyperpolarisoivat neuroneja. Tämä voi tuottaa tai estää aktiivisuutta eri alueilla. Häiriöiden vaikutusta toimintaan voidaan käyttää aivojen yhteenliittämisen arviointiin.

Viimeaikainen tutkimus

Monet kielen ja musiikillisten melodioiden näkökohdat käsitellään samoilla aivojen alueilla. Vuonna 2006 Brown, Martinez ja Parsons havaitsivat, että melodian tai lauseen kuuntelu johti useiden samojen alueiden aktivoitumiseen, mukaan lukien primaarinen motorinen aivokuori , täydentävä motorinen alue , Brocasin alue, etuosa, ensisijainen audiokuori, thalamus, tyvisanglia ja pikkuaivo.

Koelschin, Sallatin ja Friedericin vuonna 2008 tekemässä tutkimuksessa todettiin, että kielen heikkeneminen voi vaikuttaa myös kykyyn käsitellä musiikkia. Lapset, joilla on erityisiä kielivajeita tai SLI-tauteja, eivät olleet yhtä taitavia sovittamaan sävyjä toisiinsa tai pitämään tempoa yksinkertaisen metronomin kanssa kuin lapset, joilla ei ole kielivammaa. Tämä korostaa sitä tosiasiaa, että kieltä vaikuttavat neurologiset häiriöt voivat vaikuttaa myös musiikilliseen prosessointikykyyn.

Walsh, Stewart ja Frith tutkivat vuonna 2001, mitkä alueet käsittelivät melodioita ja kieltä pyytämällä aiheita luomaan melodian yksinkertaisella näppäimistöllä tai kirjoittamaan runon. He käyttivät TMS: ää paikkaan, jossa musiikki- ja kielitiedot. Tutkimuksessa havaittiin, että vasempaan etulohkoon sovellettu TMS oli vaikuttanut kykyyn kirjoittaa tai tuottaa kielimateriaalia, kun taas aivojen kuulo- ja Brocas-alueelle käytetty TMS esti eniten tutkittavan kykyä soittaa musiikkimelodioita. Tämä viittaa siihen, että musiikin ja kielen luomisen välillä on joitain eroja.

Kehitysnäkökohdat

Musiikillisen ja kielellisen käsittelyn peruselementit näyttävät olevan läsnä syntymän yhteydessä. Esimerkiksi ranskalaisessa 2011 tutkimuksessa, jossa seurattiin sikiön sydämenlyöntejä, havaittiin, että 28 viikon iän jälkeen sikiöt reagoivat musiikillisen sävelkorkeuden ja tempon muutoksiin. Lähtötason syke määritettiin tarkkailemalla 2 tuntia ennen ärsykkeitä. Laskevat ja nousevat taajuudet eri tempoissa pelattiin kohdun lähellä . Tutkimuksessa tutkittiin myös sikiön vastetta kielikuvioihin, kuten erilaisten tavujen äänileikkeen toistamiseen, mutta ei löytynyt vastausta erilaisiin kielen ärsykkeisiin. Syke nousi vastauksena korkean äänenvoimakkuuden voimakkaisiin ääniin verrattuna matalan äänenvoimakkuuteen. Tämä viittaa siihen, että äänenkäsittelyn peruselementit, kuten arvostelukykyinen äänenvoimakkuus, tempo ja voimakkuus, ovat läsnä syntymän yhteydessä, kun taas myöhemmin kehitetyt prosessit havaitsevat puhemallit syntymän jälkeen.

Vuonna 2010 tehdyssä tutkimuksessa tutkittiin kielitaitojen kehittymistä puhevaikeilla lapsilla. Siinä todettiin, että musiikillinen stimulaatio paransi perinteisen puheterapian lopputulosta . 3,5-6-vuotiaat lapset jaettiin kahteen ryhmään. Yksi ryhmä kuuli lyyristä musiikkia jokaisessa puheterapiaistunnossa, kun taas toiselle ryhmälle annettiin perinteistä puheterapiaa. Tutkimuksessa havaittiin, että sekä fonologinen kapasiteetti että lasten kyky ymmärtää puhetta lisääntyivät nopeammin ryhmässä, joka altistettiin säännölliselle musiikilliselle stimulaatiolle.

Kuntoutuksen sovellukset

Viimeaikaiset tutkimukset osoittivat, että musiikin vaikutus aivoihin on hyödyllistä henkilöille, joilla on aivohäiriöitä. Stegemöller keskustelee musiikkiterapian perusperiaatteista, kuten dopamiinin lisääntymisestä, hermosynkroniasta ja lopuksi selkeästä signaalista, jotka ovat tärkeitä piirteitä aivojen normaalille toiminnalle. Tämä vaikutusten yhdistelmä aiheuttaa aivojen neuroplastisuuden, jonka ehdotetaan lisäävän yksilön mahdollisuuksia oppimiseen ja sopeutumiseen. Olemassa olevassa kirjallisuudessa tutkitaan musiikkiterapian vaikutusta muun muassa Parkinsonin tautia, Huntingtonin tautia ja dementiaa sairastaviin.

Parkinsonin tauti

Yksilöiden Parkinsonin tauti kokemus käynnin ja ryhdin aiheuttamia tauteja väheni dopamiinin aivoissa. Yksi tämän taudin tunnusmerkeistä on kävelemisen sekoittaminen , jossa henkilö nojaa eteenpäin kävellessään ja lisää nopeuttaan asteittain, mikä johtaa putoamiseen tai kosketukseen seinään. Parkinsonin potilailla on myös vaikeuksia muuttaa suuntaa kävellessään. Dopamiinin lisäämisen periaate musiikkiterapiassa helpottaisi parkinsonin oireita. Nämä vaikutukset havaittiin Ghain tutkimuksessa erilaisista kuulopalautteista, joissa Parkinsonin tautia sairastavat potilaat kokivat lisääntyneen kävelynopeuden, askeleen pituuden ja vähentyneen poljinnopeuden.

Huntingtonin tauti

Huntingtonin tauti vaikuttaa ihmisten liikkumiseen, kognitiivisiin ja psykiatrisiin toimintoihin, mikä vaikuttaa vakavasti hänen elämänlaatuun. Yleisimmin Huntingtonin tautia sairastavat potilaat kokevat yleisimmin koreaa , impulssivalvonnan puutetta, sosiaalista vetäytymistä ja apatiaa. Schwarz et ai. teki katsauksen julkaistuun kirjallisuuteen musiikki- ja tanssiterapian vaikutuksista Huntingtonin tautia sairastaviin potilaisiin. Se, että musiikki pystyy parantamaan kognitiivisia ja motorisia kykyjä muuhun kuin musiikkiin liittyvään toimintaan, viittaa siihen, että musiikki voi olla hyödyllistä tätä tautia sairastaville potilaille. Vaikka tutkimukset musiikin vaikutuksista fysiologisiin toimintoihin eivät ole pohjimmiltaan vakuuttavia, tutkimusten mukaan musiikkiterapia parantaa potilaan osallistumista ja pitkäaikaista sitoutumista hoitoon, mikä on tärkeää potilaan kykyjen maksimaalisen potentiaalin saavuttamiseksi.

Dementia

Yksilöt, joilla on dementian aiheuttama Alzeihmerin tauti, muuttuvat melkein aina välittömästi kuultuaan tutun laulun. Särkämo ym. käsittelee systeemisen kirjallisuuskatsauksen kautta löydetyn musiikin vaikutuksia tähän sairauteen. Musiikkia ja dementiaa koskevissa kokeellisissa tutkimuksissa havaitaan, että vaikka korkeamman tason kuulotoiminnot, kuten melodisen ääriviivan havaitseminen ja kuuloanalyysi, ovat vähentyneet yksilöissä, he säilyttävät perustuntotuntemuksensa, johon kuuluu sävelkorkeus, sävy ja rytmi. Mielenkiintoista on, että musiikin aiheuttamat tunteet ja muistot havaittiin myös säilyneen jopa vaikeaa dementiaa sairastavilla potilailla. Tutkimukset osoittavat musiikin myönteiset vaikutukset levottomuuteen, ahdistukseen, sosiaaliseen käyttäytymiseen ja vuorovaikutukseen. Kognitiivisiin tehtäviin vaikuttaa myös musiikki, kuten jaksollinen muisti ja suullinen sujuvuus. Kokeelliset laulututkimukset tämän väestön yksilöille parantivat muistin tallennusta, sanallista työmuistia , jaksollista etämuistia ja toimeenpanotoimintoja .

Viitteet