[ad_1]
Нейробиологи Массачусетского технологического института впервые выявили популяцию нейронов в человеческом мозгу, которые загораются, когда мы слышим пение, но не другие виды музыки.
Эти нейроны, обнаруженные в слуховой коре, по-видимому, реагируют на определенное сочетание голоса и музыки, но не на обычную речь или инструментальную музыку. Исследователи говорят, что точно неизвестно, что они делают, и для их раскрытия потребуется дополнительная работа.
«Работа предоставляет доказательства относительно тонкого разделения функций в слуховой коре таким образом, который согласуется с интуитивным различием в музыке», — говорит Сэм Норман-Эгнере, бывший постдоктор Массачусетского технологического института, который сейчас является доцентом нейробиологии в Медицинский центр Университета Рочестера.
Работа основана на исследовании 2015 года, в котором та же исследовательская группа использовала функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) для выявления популяции нейронов в слуховой коре головного мозга, которые специфически реагируют на музыку. В новой работе исследователи использовали записи электрической активности, сделанные на поверхности мозга, что дало им гораздо более точную информацию, чем фМРТ.
«Есть одна популяция нейронов, которая реагирует на пение, а совсем рядом находится другая популяция нейронов, широко реагирующая на большое количество музыки. В масштабе фМРТ они настолько близки, что вы не можете их распутать, но с внутричерепными записями мы получаем дополнительное разрешение, и мы считаем, что именно это позволило нам разделить их», — говорит Норман-Эньер.
Норман-Эньер — ведущий автор исследования, опубликованного сегодня в журнале Текущая биология. Джош Макдермотт, адъюнкт-профессор мозга и когнитивных наук, и Нэнси Канвишер, профессор когнитивной неврологии имени Уолтера А. Розенблита, оба являются членами Института исследований мозга Макговерна Массачусетского технологического института и Центра изучения мозга, разума и машин (CBMM). авторы исследования.
Нейронные записи
В своем исследовании 2015 года исследователи использовали фМРТ для сканирования мозга участников, когда они слушали набор из 165 звуков, включая различные типы речи и музыки, а также повседневные звуки, такие как постукивание пальцами или лай собаки. Для этого исследования исследователи разработали новый метод анализа данных фМРТ, который позволил им идентифицировать шесть нейронных популяций с различными паттернами реакции, включая популяцию, селективную к музыке, и другую популяцию, избирательно реагирующую на речь.
В новом исследовании исследователи надеялись получить данные с более высоким разрешением, используя технику, известную как электрокортикография (ЭКоГ), которая позволяет регистрировать электрическую активность с помощью электродов, размещенных внутри черепа. Это дает гораздо более точную картину электрической активности мозга по сравнению с фМРТ, которая измеряет кровоток в мозге как показатель активности нейронов.
«С большинством методов когнитивной нейробиологии человека вы не можете видеть нейронные репрезентации», — говорит Канвишер. «Большая часть данных, которые мы можем собрать, может сказать нам, что есть часть мозга, которая что-то делает, но это довольно ограничено. Мы хотим знать, что там изображено».
Электрокортикографию обычно нельзя проводить у людей, потому что это инвазивная процедура, но ее часто используют для наблюдения за пациентами с эпилепсией, которым предстоит операция по лечению судорог. Пациенты находятся под наблюдением в течение нескольких дней, чтобы врачи могли определить, откуда у них возникают приступы, перед операцией. В течение этого времени, если пациенты согласятся, они могут участвовать в исследованиях, которые включают измерение их мозговой активности при выполнении определенных задач. Для этого исследования команда Массачусетского технологического института смогла собрать данные от 15 участников за несколько лет.
Для этих участников исследователи воспроизвели тот же набор из 165 звуков, который они использовали в более раннем исследовании фМРТ. Расположение электродов каждого пациента определяли их хирурги, поэтому некоторые не улавливали никаких звуковых сигналов, но многие это делали. Используя новый статистический анализ, который они разработали, исследователи смогли сделать вывод о типах нейронных популяций, которые генерировали данные, записанные каждым электродом.
«Когда мы применили этот метод к этому набору данных, обнаружилась эта модель нейронной реакции, которая реагировала только на пение», — говорит Норман-Эньер. «Это было открытие, которого мы действительно не ожидали, поэтому оно очень оправдывает весь смысл подхода, который заключается в выявлении потенциально новых вещей, которые вы, возможно, и не думали искать».
Эта специфичная для песни популяция нейронов очень слабо реагировала либо на речь, либо на инструментальную музыку, и, следовательно, отличается от популяций, селективных к музыке и речи, выявленных в их исследовании 2015 года.
Музыка в мозгу
Во второй части своего исследования исследователи разработали математический метод для объединения данных внутричерепных записей с данными фМРТ из их исследования 2015 года. Поскольку фМРТ может охватывать гораздо большую часть мозга, это позволило им более точно определить расположение нейронных популяций, которые реагируют на пение.
«Этот способ объединения ЭКоГ и фМРТ является значительным методологическим достижением», — говорит Макдермотт. «Многие люди делали ЭКоГ за последние 10 или 15 лет, но это всегда ограничивалось проблемой редкости записей. Сэм действительно первый человек, который придумал, как объединить улучшенное разрешение записей электродов с данными фМРТ, чтобы получить лучшую локализацию общих ответов».
Обнаруженная ими горячая точка, специфичная для песни, расположена в верхней части височной доли, рядом с областями, избирательно отвечающими за язык и музыку. Это местоположение позволяет предположить, что специфическая для песни популяция может реагировать на такие особенности, как воспринимаемая высота звука или взаимодействие между словами и воспринимаемой высотой звука, прежде чем отправлять информацию в другие части мозга для дальнейшей обработки, говорят исследователи.
Теперь исследователи надеются узнать больше о том, какие аспекты пения управляют ответами этих нейронов. Они также работают с лабораторией профессора Массачусетского технологического института Ребекки Сакс, чтобы изучить, есть ли у младенцев области, избирательные к музыке, в надежде узнать больше о том, когда и как развиваются эти области мозга.
Исследование финансировалось Национальным институтом здравоохранения, Исследовательским бюро армии США, Национальным научным фондом, Научно-техническим центром NSF по изучению мозга, разума и машин, Fondazione Neurone и Медицинским институтом Говарда Хьюза.
[ad_2]
Source