Ученые обнаружили раннюю реакцию мозга на ритм у недоношенных детей

Ученые давно задавались вопросом, когда в развивающемся мозге впервые формируется чувство ритма.

На этот вопрос сложно ответить, в том числе и потому, что изучить это у плода практически невозможно. Но когда вместо этого ученые обратились к недоношенным новорожденным, чей мозг находится примерно на той же стадии, что и плод на последних неделях беременности, они обнаружили сюрприз.

Согласно новому исследованию в iScienceКогда эти недоношенные дети слышат ритмичные звуки, их мозг активируется не только в областях, отвечающих за слух, но и в областях, участвующих в движении — намекая на то, что связь между звуком и движением начинается раньше, чем кто-либо подтверждал раньше.

«Обработка слухового ритма начинается на очень ранних стадиях развития», — сказал автор исследования Сахар Могими, научный сотрудник Университета Пикардии Жюля Верна во Франции. «Еще до третьего триместра слуховая система становится функциональной и начинает кодировать внешние звуки».

Результаты показывают, что чувство ритма, которое, как считалось, возникает после рождения, возможно, уже формирует ранние связи между песней и танцем.

Удары до рождения

Исследователи использовали неинвазивный метод визуализации, называемый функциональной спектроскопией ближнего инфракрасного диапазона (fNIRS), для регистрации активности мозга у недоношенных детей во время сна. Младенцам было около 36 недель гестационного возраста — до срока родов оставалось еще несколько недель, хотя мозг уже находился в стадии быстрого развития.

Им подвергались последовательности ритмичных и нерегулярных звуков. Ритмические паттерны создавали устойчивый ритм, а нерегулярные не вызывали предсказуемого пульса. Команда подтвердила, что ритмичные звуки активируют не только область слуха мозга, но и те области, которые планируют и контролируют движения. Нерегулярные паттерны вызывали более слабую и ограниченную активность, что позволяет предположить, что развивающийся мозг уже может организовывать звуки в регулярные паттерны во времени, как будто ожидая ритма.

«Мозг уже реагирует на ритм, задолго до рождения — та же самая способность, которая позже помогает формировать язык и социальное общение», — сказал доктор Могими.

Ритмичные звуки также активировали большую часть мозга, чем ожидалось. Области, которые планируют и контролируют движение, сильнее реагировали на регулярные ритмы, что позволяет предположить, что мозг также начал внутренне связывать звук и движение и готовился к синхронности, которая, как знают исследователи, возникает только несколько месяцев спустя.

Даже без ударов плод в утробе матери уже погружен в ритм — от ровного пульса сердцебиения матери до ритма ее голоса. Авторы исследования пришли к выводу, что это воздействие может помочь слуховой системе плода обнаружить устойчивый ритм и построить в мозге чувство времени.

«Воздействие слуховых ритмов может иметь важное значение для развития других областей мозга, помимо области слуха», — сказал доктор Могими.

Хотя моторная кора недоношенного ребенка еще незрелая, ее ранняя реакция на ритм позволяет предположить, что связи между слухом и движением начинают формироваться рано, закладывая основу для последующих этапов восприятия и координации.

Раннее партнерство

«Наблюдение действительно захватывающее», — сказала Симона Далла Белла, изучающая слуховые и двигательные способности в Университете Монреаля в Канаде.

Он сказал, что исследования уже показали, что новорожденные, которым всего несколько недель, могут распознавать сложные ритмические узоры, а младенцы, которые несколько месяцев спустя, способны чувствовать разницу между ритмами, такими как марш или вальс, когда их осторожно двигают под музыку.

Отличительной особенностью нового исследования, продолжил он, является то, что оно фиксирует эту координацию еще до рождения, когда двигательная система только начинает созревать.

«Это исследование подтверждает, что ритм играет решающую роль на очень раннем этапе жизни», — сказал доктор Далла Белла. «Это предполагает, что способность мозга выделять устойчивые закономерности в звуке и связывать их с движением может быть, по крайней мере, частично запрограммирована».

Он добавил, что эта работа подтверждает ключевую идею исследования ритма: двигательная система — это не просто нечто, что движется после того, как мы научимся слышать, а активный партнер в формировании восприятия с «самого начала».

Хотя доктор Далла Белла также подчеркнула, как ранняя координация ритма может влиять на развитие, другие исследователи задаются вопросом, что обеспечивает такую синхронизацию внутри мозга.

Эдвард Лардж, изучающий слуховую нейробиологию в Университете Коннектикута в США, сказал, что полученные результаты подтверждают доказательства того, что цепи ритма мозга активны задолго до появления произвольных движений.

«Само по себе слуховые реакции не могут объяснить наблюдаемую здесь активность мозга», — сказал он.

Однако доктор Лардж также сказал, что метод визуализации, использованный в исследовании, fNIRS, слишком медленный, чтобы отслеживать быстрые мозговые волны, которые лежат в основе восприятия ритма. Сканирование показало, что двигательные области активны, но они не могут определить, являются ли эти реакции сами по себе ритмичными.

«Основываясь на более ранних исследованиях ЭЭГ, мы можем предположить, что это так», — сказал он.

Тем не менее, добавил он, результаты соответствуют растущему мнению о том, что восприятие ритма возникает в результате самоорганизующихся нейронных колебаний, связывающих области слуха и движения — своего рода встроенный резонанс, который может помочь мозгу учиться и координировать свои действия с самых ранних стадий.

Первая музыка мозга

Для неонатологов открытие того, что ритмичный звук задействует двигательные области еще до родов, дает представление о том, как формируются ранние связи в мозгу.

«Ритмичные звуки могут помочь стимулировать как слуховые, так и двигательные области, поддерживая ранний рост синапсов в развивающемся мозге», — сказал Сурендра Сингх Бишт, возглавляющий отделение педиатрии и неонатологии в больнице Свами Даянанд в Нью-Дели.

Доктор Бишт объяснил, что у плода и новорожденного плавные, симметричные общие движения — спонтанные движения, которые совершают новорожденные, — являются одними из наиболее надежных признаков здоровых связей мозга.

«Эти общие движения тесно связаны с тем, насколько хорошо клетки мозга соединяются и общаются», — сказал он.

Младенцы с более плавными движениями, как правило, имеют лучшую нервную координацию и у них меньше шансов развить церебральный паралич в более позднем возрасте.

«Это прямой клинический ключ к пониманию того, как устроены двигательные сети мозга», — сказал доктор Бишт.

Конечно, полученные результаты не означают, что недоношенные дети могут распознавать мелодию или пульс, а лишь то, что их мозг уже готовится к этому. Задолго до того, как дети начинают слушать колыбельную или подстраиваться под речевой ритм своей матери, их мозг, по-видимому, связывает звук и движение, готовясь к тому и другому.

По мнению доктора Могими, эта ранняя чувствительность подчеркивает роль ритма как основы обучения.

«Наличие развитых нейронных способностей для обработки ритма на столь раннем этапе жизни подчеркивает его важность как строительного блока для обучения на закономерностях мира», — сказала она.

В этом смысле ритм может быть первой музыкой мозга — внутренним паттерном, который помогает разуму осмысливать мир еще до того, как жизнь началась.

Анирбан Мукхопадьяй — генетик по образованию и научный пропагандист из Нью-Дели.