Используя записи активности мозга людей, команда из Университета Рочестера и Массачусетского технологического института обнаружила нейронную популяцию клеток, которая селективно реагирует на пение, но не на другие виды музыки или речь. Эти нейроны, найденные в слуховой коре, по-видимому, реагируют на определенное сочетание голоса и музыки.
«Работа предоставляет доказательства относительно тонкого разделения функций в слуховой коре таким образом, который согласуется с интуитивным различием в музыке», — говорит Сэм Норман-Эньер (Sam V. Norman-Haignere), нейробиолог из Медицинского центра Университета Рочестера.
Работа отчасти 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 множество разной музыки. В масштабе фМРТ они настолько близки, что вы не можете их разобрать, но с внутричерепными записями мы получаем дополнительное разрешение и считаем, что именно это позволило нам разделить их», — говорит Норман-Эньер.
В исследовании 2015 года фМРТ использовалась для сканирования мозга участников, когда те слушали набор из 165 звуков, включая различные типы речи и музыки, а также повседневные звуки, такие как смыв в туалете или печатание на клавиатуре. Для этой работы команда разработала 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 та же команда надеялась получить данные с более высоким разрешением, используя технику, известную как электрокортикография (ЭКоГ), которая позволяет регистрировать электрическую активность с помощью электродов, размещенных внутри черепа на поверхности мозга. Это дает гораздо более точную картину электрической активности по сравнению с фМРТ, которая измеряет разницу в концентрации кислорода в сосудах мозга как показатель активности нейронов.
Электрокортикографию обычно не проводят у людей, потому что это инвазивная процедура, но ее часто используют для наблюдения за пациентами с эпилепсией, которым предстоит операция. Пациенты находятся под наблюдением в течение нескольких дней, чтобы врачи могли определить, откуда у них распространяются приступы патологической активности. В течение этого времени, если пациенты согласятся, они могут участвовать в исследованиях, которые включают измерение их мозговой активности при выполнении определенных задач. Для этой работы команда Массачусетского технологического института смогла собрать данные 15 участников за несколько лет.
Во второй части своего исследования команда разработала 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.
Обнаруженная ими «горячая точка», специфичная для песен, 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.
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.
Подробности опубликованы в журнале Current Biology.
Текст: Анна Цой