Музыкант, который играл на своём саксофоне во время операции по удалению опухоли головного мозга, помог учёным понять, как в мозге обрабатывается музыка.
Новообразование в мозге музыканта и преподавателя музыки Дэна Фаббио нашли в 2015 году. Он обследовался после того, как стал чувствовать тошноту и понял, что начал слышать галлюцинации. К счастью, опухоль росла очень медленно, она оказалась доброкачественной и относительно доступной для хирургов. Плохая же новость заключалась в том, что она расположилась в регионе, который играет важную роль для обработки музыкальной информации. И Фаббио направили в Институт неврологии Университета Дель Монте к нейрохирургу Вебстеру Пилчеру (Webster Pilcher).
Пилчер с коллегой, доктором Брэдом Махоном (Bradford Z. Mahon), доцентом в Университете Рочестера, разработали программу трансляционного картографирования головного мозга для пациентов, которым предстояло пройти хирургическое лечение для удаления опухоли. Эта программа индивидуальна для любого пациента и крайне востребована. Нейрохирурги проводят каждому человеку ряд обследований, в том числе сканирование мозга, которое идентифицирует зоны, отвечающие за важные функции, чтобы их случайно не повредить при экстракции опухоли.
«Мозг всех людей организован более или менее одинаково, – объясняет Махон. – Но конкретное место на клеточном уровне от человека к человеку может иногда сдвигаться на пару сантиметров. И поэтому очень важно провести такое детальное обследование для отдельного пациента».
Хотя тестирование языковых и моторных (двигательных) навыков представляет собой относительно простую задачу, оценка музыкальных способностей, особенно у обученного музыканта, была совсем другой задачей. Возможно, нигде в мире не было случая, подобного случаю Фаббио. Мало того, Пилчер выполнил сотни таких операций и сотрудничал с Махоном в разработке сложной программы картирования мозга, которая была бы ключом к успеху процедуры, однако соавторы решили привлечь к планированию операции и знаменитую школу музыки Истмена (Eastman), входящую в состав Университета Рочестера.
Махон обратился к Элизабет Марвин, доктору философии, профессору Теории музыки в Университете Рочестерской школы музыки Истмана. Марвин также занимает позицию на факультете мозга и когнитивных наук Университета Рочестера и изучает музыкальную когнитивистику — способность нашего мозга запоминать и обрабатывать музыку.
Вместе они разработали серию познавательных музыкальных тестов, которые Фаббио мог выполнять, пока учёные сканировали его мозг. Во время функциональной магниторезонансной томографии (фМРТ) Фаббио слушал, а затем напевал с закрытым ртом ряд коротких мелодий. Он также выполнял задания языковых тестов, которые требовали от него идентифицировать объекты и повторять предложения.
Используя эту информацию, исследовательская группа подготовила очень подробную трехмерную карту мозга Фаббио, на которой были отражены как расположение опухоли, так зоны, включенные в музыкальную деятельность. По этой карте хирурги и планировали свою операцию.
Саксофон исполняет серенаду хирургам
Способность обрабатывать и повторять мелодию была важной необходимостью, но команда также хотела знать, были ли успешными попытки сохранить способности Фаббио исполнять музыку. Поэтому они решили принести свой саксофон в операционную, чтобы Фаббио по возможности, играл во время процедуры.
Проблема заключалась в том, что Фаббио будет лежать на боку, поэтому играть на инструменте будет сложно. Кроме того, давление, вызванное глубокими вдохами, необходимыми для воспроизведения длинных нот на саксофоне, может привести к тому, что головной мозг, который будет показан во время процедуры, будет по существу выступать из его черепа. Фаббио и Марвин в конечном итоге выбрали пьесу — версию корейской народной песни, которую можно было изменить, чтобы играть с более коротким и более поверхностным дыханием.
«Картина поразила меня и была довольно ошеломляющей тем, что музыкальный теоретик может стоять в операционной, и каким-то образом быть консультантом для хирургов, – сказала Марвин. – На самом деле, это оказалось одним из самых удивительных дней в моей жизни, потому что, пожалуй, все мои тренировки внезапно изменили чью-то жизнь и позволили этому молодому человеку сохранить свои музыкальные способности».
Во время процедуры Пилчер и хирургическая команда использовали карту мозга Фаббио, разработанную Махоном для планирования операции. Они также прошли процесс кропотливого подтверждения того, что показало их сканирование мозга. Это было достигнуто при помощи стимуляции мозга электрическим током, который временно нарушал работу небольшой области мозга. Пока это происходило, Фаббио не спал и повторял напевы и «языковые» задачи, которые он выполнял до операции. Марвин присутствовала в операционной и помогала хирургам узнать, нацелились ли они именно на ту область, нарушающую обработку музыки, которую следует избегать во время процедуры.
После удаления опухоли, хирурги разрешили Фаббио сыграть на саксофоне. «Это заставило плакать, – сказала Марвин. – Он сыграл безупречно, и когда он завершил, вся операционная разразилась аплодисментами».
С тех пор Фаббио полностью восстановился и вернулся к обучению музыке в течение нескольких месяцев после операции.
В то время как основная цель программы картографирования мозга заключается в том, чтобы помочь улучшить хирургические результаты, информация, которую ученые собирают до, во время и после операции, тоже помогает понять сложность структур и функций мозга.
Данные из дела Фаббио, лежащие в основе исследования в журнале Current Biology, помогли более точно определить связь между различными частями мозга, которые отвечают за музыку и обработку языка.
«Когда я вспоминаю о случае Дэна, о невероятном результате и о том, чего мы смогли достичь, это напоминает мне, как далеко мы ушли, – сказал Пилчер. – Десять лет назад мы отображали работу мозг с помощью очень простых инструментов — электростимуляции и ориентации изображения. Но теперь у нас есть все инструменты когнитивной науки. Мы привели лабораторию когнитивной науки в операционную и теперь, как правило, работаем с каждым пациентом индивидуально».
Текст: Инна Егорова