Przewidywanie wystąpienia dźwięków opiera się na systemie ruchowym mózgu

Zarówno przy tańczeniu, jak i stukaniu nogą do rytmu, wszyscy doświadczamy tego, jak sygnały słuchowe, takie jak muzyka, mogą prowokować ruch. Teraz najnowsze badanie sugeruje, że sygnały motoryczne w mózgu istotnie wyostrzają percepcję słuchową i efekt ten jest zwiększony, gdy ruszamy się rytmicznie razem z dźwiękiem.

Już od dawna wiadomo, że system motoryczny, część mózgu kontrolująca nasze ruchy, komunikuje się z regionami sensorycznymi mózgu. System motoryczny kontroluje ruch oczu i innych części ciała, by zwracać nasz wzrok i kończyny w celu eksploracji naszego środowiska przestrzennego. Jednakże, jako że uszy są nieruchome, nie do końca było wiadomo, jaką rolę odkrywa system motoryczny w rozpoznawaniu dźwięków.

Benjamin Morillon, badacz z Montreal Neurological Institute of McGill University, zaprojektował badanie oparte na hipotezie, iż sygnały idące z kory sensomotorycznej mogą przygotowywać korę słuchową do przetwarzania dźwięku i poprzez to polepszając jej zdolność do odszyfrowywania złożonych przepływów dźwięków, takich jak mowa i muzyka.

Pracując w laboratorium badaczki MNI Sylvain Baillet, zwerbował 21 uczestników, którzy słuchali złożonych sekwencji tonów i mieli wskazać, czy dana melodia ma średnio wyższe lub niższe tony, porównując do utworu referencyjnego. Badacze zagrali również przeplatającą się melodię rozpraszającą, by zmierzyć zdolność uczestników do skupienia się na danej melodii.

Badanie było wykonane w dwóch etapach: w pierwszym uczestnicy byli całkowicie nieruchomi, a w drugiej wybijali rytm melodii na panelu dotykowym. Uczestnicy wykonywali to zadanie, podczas gdy ich oscylacje mózgu (forma sygnalizowania neuronalnego używanego przez obszary mózgu do komunikacji między sobą) były rejestrowane magnetoencefalografem (MEG).

Obrazowanie MEG odkryło, że wybuchy szybkich oscylacji neuronalnych idących z lewej kory sensomotorycznej były kierowane do obszarów słuchowych mózgu. Te oscylacje występowały wraz z oczekiwaniem na pojawienie się kolejnego oczekiwanego tonu. Te odkrycie pokazało, że system motoryczny może przepowiedzieć z góry, kiedy wystąpi dźwięk i wysłać tę informację do obszarów słuchowych, by mogły przygotować się do interpretacji dźwięku.

Jednym z uderzających aspektów tego odkrycia jest to, iż zorientowana czasowo mózgowa sygnalizacja motoryczna przewidywała nadchodzące tony danej melodii, nawet gdy uczestnicy pozostawali całkowicie nieruchomi. Za to stukanie ręką do rytmu polepszyło wyniki, potwierdzając ważną rolę aktywności ruchowej w precyzji percepcji słuchowej.

Realistyczny przykład tego to impreza: kiedy próbujesz słuchać kogoś, ale wiele ludzi wokół rozmawia ze sobą w tym samym czasie – mówi Morillon. W realnym życiu masz wiele sposobów by pomóc sobie skupić się na obiekcie zainteresowania: zwracasz uwagę na tembr i wysokość głosu, zwracasz się w kierunku osoby, patrzysz na usta, używasz sygnałów językowych, używasz treści początku zdania by przewidzieć jego koniec, ale również zwracasz uwagę na rytm głosu. Ten ostatni przypadek jest tym, co wyizolowaliśmy w tym badaniu, by podkreślić, jak to działa w mózgu.

Lepsze zrozumienie związku między przetwarzaniem ruchowym i słuchowym może w przyszłości oznaczać lepsze terapie dla ludzi z problemami słuchu lub rozumienia mowy.

Ma to związek z badaniami klinicznymi i strategiami rehabilitacyjnymi, szczególnie u dzieci dyslektycznych i pacjentów z zaburzeniami słuchu – mówi Morillon. Uczenie ich, by lepiej polegali na swoim systemie motorycznym poprzez początkowo jawne poruszanie się w synchronizacji z tempem rozmówcy, może pomóc im lepiej zrozumieć mowę.

Tłumaczenie: Damian Adamowicz
Źródło tekstu: Shawn Hayward – McGill University
Źródło obrazu: tracer.ca @ Flickr.com
Oryginalne badanie: Abstrakt; Morillon B., Baillet S. (2017). Motor origin of temporal predictions in auditory attention.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, October 2017. doi: 10.1073/pnas.1705373114