Операция на мозге бодрствующего музыканта раскрывает сложность обработки музыки и речи

Ученые обнаружили, что разные области мозга участвуют в обработке музыки и речи, а определенные области задействованы в сложных мелодиях и предложениях. Исследование проводилось во время трепанации черепа в сознании у музыканта, музыкальная и языковая функции которого полностью сохранились после операции.

Согласно исследованию Центра медицинских наук Техасского университета в Хьюстоне, при обработке музыки и языка активируются отдельные, хотя и соседние, области мозга, при этом определенные подобласти задействованы для воспроизведения простых мелодий по сравнению со сложными мелодиями, а также простых и сложных предложений. .

Исследование, проведенное соавторами Мередит Маккарти, докторантом отделения нейрохирургии Вивиан Л. Смит в Медицинской школе Макговерна в UTHealth в Хьюстоне, и Эллиотом Мерфи, доктором философии, постдокторским научным сотрудником отделения, было недавно опубликовано в iНаука. Нитин Тандон, доктор медицинских наук, профессор и председатель промежуточный кафедры в мединституте, был старшим автором.

Исследовательская группа использовала возможность, предоставленную во время трепанации черепа в сознании молодого музыканта с опухолью в областях мозга, отвечающих за речь и музыку. Пациент слышал музыку и играл на мини-клавиатуре пианино, чтобы отобразить свои музыкальные навыки, слышал и повторял предложения и слышал описания объектов, которые он затем называл, чтобы отобразить свой язык. Музыкальные последовательности были мелодичными или немелодичными и различались по сложности, а слуховые записи предложений различались по синтаксической сложности.

Исследователи UTHealth из Хьюстона наблюдали, как пациент с опухолью головного мозга, который также является музыкантом, перенес трепанацию черепа в сознании во время игры на пианино. Предоставлено: фото предоставлено Эллиотом Мерфи, доктором философии.

Прямые записи мозга с помощью электродов, размещенных на поверхности мозга, определяли расположение и характеристики мозговой активности во время музыки и речи. Небольшие токи пропускались в мозг, чтобы локализовать области, важные для восприятия и производства языка и музыки.

«Это позволило нам не только получить новое представление о нейробиологии музыки в мозгу, но и дать нам возможность защитить эти функции, выполняя безопасную, максимальную резекцию опухоли», — сказал Тандон, почетный профессор Нэнси, Клайва и Пирса Раннелса. Председатель неврологии Центра неврологических исследований Вивиан Л. Смит и заслуженный профессор BCMS в области неврологических расстройств и нейрохирургии Медицинской школы Макговерна и член Техасского института восстановительных нейротехнологий (TIRN) в UTHealth Houston.

«Если мы посмотрим только на базовые профили активации мозга для музыки и речи, они часто выглядят очень похожими, но это еще не все», — сказал Маккарти, который также является научным сотрудником Техасского университета. Высшая школа биомедицинских наук и член TIRN. «Как только мы внимательно посмотрим на то, как они собирают мелкие детали в более крупные структуры, можно обнаружить некоторые поразительные нейронные различия».

Язык и музыка предполагают продуктивное объединение основных единиц в структуры. Однако исследователи хотели изучить, локализованы ли области мозга, чувствительные к языковой и музыкальной структуре, или они существуют в одном и том же физическом пространстве.

«Беспрецедентное высокое разрешение внутричерепных электродов позволяет нам задавать такие вопросы о музыке и обработке речи, на которые ученые-когнитивисты давно ждали ответов, но не могли ответить с помощью традиционных методов нейровизуализации», — сказал Мерфи, член TIRN. «Эта работа также действительно подчеркивает щедрость пациентов, которые тесно сотрудничают с исследователями во время своего пребывания в больнице».

В целом, они обнаружили общую активность височных долей для музыки и языка, но при изучении особенностей мелодической сложности и грамматической сложности они обнаружили, что задействованы разные участки височных долей. Таким образом, музыкальная и языковая активация на базовом уровне является общей, однако, когда исследователи сравнивали основные мелодии со сложными мелодиями или простые предложения со сложными предложениями, разные области проявляли различную чувствительность.

В частности, картирование корковой стимуляции задней верхней височной извилины (pSTG) нарушило восприятие и воспроизведение музыки, а также производство речи. pSTG и задняя средняя височная извилина (pMTG) активируются для речи и музыки. В то время как активность pMTG модулировалась музыкальной сложностью, активность pSTG модулировалась синтаксической сложностью.

Тандон выполнил резекцию опухоли средней височной доли пациента в медицинском центре Memorial Hermann-Texas. При последующем наблюдении через четыре месяца у пациента было подтверждено полное сохранение музыкальных и языковых функций без признаков ухудшения.

Ссылка: «Интраоперационная корковая локализация музыки и языка выявляет признаки структурной сложности в задней височной коре» Мередит Дж. Маккарти, Эллиот Мерфи, Ксавьер Шершлигт, Оскар Вулнаф, Кейл В. Морс, Кэтрин Снайдер, Брэдфорд З. Махон и Нитин Тандон. , 28 июня 2023 г., iScience.
DOI: 10.1016/j.isci.2023.107223

Исследование финансировалось Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта (NS098981), входящим в состав

” data-gt-translate-атрибуты = “[{” attribute=””>National Institutes of Health.

Co-authors on the study included Xavier Scherschligt; Oscar Woolnough, PhD; Cale Morse; and Kathryn Snyder, all with the Vivian L. Smith Department of Neurosurgery at McGovern Medical School and TIRN. Tandon is also a faculty member at the MD Anderson UTHealth Houston Graduate School, and Snyder is a student at the school. Bradford Mahon, PhD, with the Department of Psychology and Neuroscience Institute at Carnegie Mellon University in Pittsburgh, also contributed.