Lankas palietė stygą ir pasigirdo plona, neaiški nata. Pradedančiojo kūnas susitraukė, kad užimtų teisingą poziciją. Garsas buvo šiurkštus. Galva pasviro. Smegenys perskaičiavo.
Mokslininkai aptiko matomus smegenų aktyvumo pokyčius po to, kai pradedantieji baigė vos vieną smuiko pamoką.
Tas mažas epizodas, sudarytas iš nelabai tikslaus judesio, neteisingos natos ir smulkaus pagerėjimo, tapo naujo eksperimento laboratorija, sujungusio muziką, meistriškumą ir nešiojamą smegenų vaizdavimą. Nottingham universiteto tyrėjai sekė 22 pradedančius smuikininkus, kurie bandė atlikti paprastą melodiją, ir įrašinėjo jų smegenų veiklą judant. Tai, ką jie užfiksavo, nebuvo statiški duomenys. Tai buvo trumpa mokymosi istorija, pasakojama elektriniais ritmais.
Medinis smuikas ir šalmas, kuris klausosi
Matuoti smegenų veiklą natūralaus judesio metu yra tradiciškai labai sudėtinga. Tradiciniai skeneriai reikalauja stovėti ramiai. Jie prislopina gestus, kurie yra svarbūs. Komanda naudojo kitokį požiūrį: OPM-MEG, nešiojamą magnetoencefalografijos sistemą, sukurtą Notingemo universitete. Jutikliai įmontuoti lengvame šalmelyje ir perduoda magnetinius signalus į kuprinės dydžio valdymo bloką. Žmonės gali suktis, ištiesti ranką ir groti, kol jų nervinė veikla fiksuojama milisekundžių tikslumu.
Buvo kliūtis. Dauguma smuikų turi metalinių detalių. Metalas iškraipo menkus magnetinius laukus, kuriuos sukuria neuronai, ir sugadina matavimus. Sprendimas buvo senų ir naujų amatų susijungimas. Alanas Kirby, smuikininkas ir instrumentų gamintojas iš Notingemo, pašalino visas metalines standartinio smuiko dalis ir jas pakeitė rankų darbo mediniais variantais. Rezultatas buvo veikiantis instrumentas, susiderinęs pagal baroko dažnius, kuris nekontaminuotų skenerio signalo.
Alanas Kirby dirba prie smuiko.
Kirby taip pat mokė dalyvius. Prieš bet kokias pamokas kiekvienas pradedantysis stebėjo, kaip jis groja „Žibėk, žibėk, mažoji žvaigžde“, o po to bandė atkurti melodiją skenerio viduje. Po pradinio įrašo jie turėjo trumpą, susitelkusią pamoką su Kirby ir grįžo antram skenavimui. Tyrėjai palygino smegenų veiklą prieš ir po instrukcijos, kad pamatytų, kaip nerviniai raštai keičiasi, kai formuojasi motorinė įgūdžių struktūra.
Klausantis smegenų prognozių
Ką mokslininkai klausėsi? Ne atskirų neuronų, o osciliacijų, ritminių svyravimų, kurie sklinda per smegenų ląstelių grupes. Šiame eksperimente beta juostos osciliacijos – smegenų bangos maždaug 13–30 hertcų diapazone – tapo dominuojančiu signalu. Šios bangos susijusios su motorikos valdymu ir smegenų prognozėmis apie veiksmų rezultatus.
Kai ruošiiesi sugroti natą, tavo smegenys formuoja lūkesčius: laiką, garsą, toną, kurį turėtų išgauti veiksmas. Jei realybė sutampa su tuo lūkesčiu, smegenys gauna patvirtinimą. Jei garsas nustebina, neatitikimas tampa duomenimis, kuriais vadovaujantis atnaujinami būsimi judesiai. Beta ritmai, atrodo, neša tą grįžtamąjį ryšį apie lūkesčius ir faktinius rezultatus.
Dalyvis groja smuiku vilkėdamas specialų smegenų skenavimo šalmą, kuris leidžia tyrėjams stebėti nervinę veiklą realiu laiku ir parodyti, kaip smegenys prisitaiko mokantis naujų motorinių įgūdžių.
Sekdami beta aktyvumą, kai dalyviai bandė melodiją, komanda galėjo stebėti nervinį prognozavimo ir klaidų apdorojimo parašą, kaip jis vyko. Nešiojamas skeneris leido matuoti tuos parašus tuo metu, kai žmonės judėjo natūraliai – braukdami lanku, spaudami stygas ir klausydamiesi – o ne gulėdami tyloje laboratorijoje.
Trumpa pamoka, matomas pokytis
Vos po vienos pamokos tyrėjai aptiko matomus pokyčius beta juostos dinamikoje. Dalyviai, kurie išsivystė labiausiai tikslumo ir laiko atžvilgiu, taip pat parodė didžiausius pokyčius šiuose smegenų ritmuose. Korespondencija negarantuoja priežastingumo, bet susieja pastebimą mokymąsi su kiekybiškai išmatuotu nerviniu raštu.
Kodėl tai svarbu ne tik dėl naujovės, kad kelios pamokos gali pakeisti osciliacijas? Todėl, kad tos pačios bangos dalyvauja ir kituose motorinio mokymosi formose ir žinomos kaip pakitusios neurologinėse būklėse. Pvz., beta osciliacijos pastebimos tyrimuose apie Parkinsono ligą, po insulto atsigavimą ir kognityvinį nuosmukį. Stebėti, kaip jos elgiasi natūralaus judėjimo metu, atveria naują langą tiek sveikam mokymuisi, tiek ligai susijusiai funkcijų sutrikimų analizei.
Tyrimas taip pat demonstruoja tarpdisciplininį inžinerijos darbą. Profesor Matthew Brookes, vadovavęs OPM-MEG projektui, apibūdino pastangas kaip fizikos, dizaino inžinerijos, matematikos ir muzikinės patirties derinį. Kurti instrumentus ir galvos apdangalus, kurie toleruoja realaus pasaulio judesį išlaikydami signalo kokybę, reikėjo ekspertizės iš kelių sričių. Nauda – platforma, leidžianti tirti smegenis veiksme.
Išvados rodo praktinius kelius ateičiai. Nešiojama smegenų vaizdavimo technologija galėtų būti naudojama vertinant reabilitacijos strategijas, stebint atsistatymą po traumos ar aptikti ankstyvus neurodegeneracijos požymius, kol pacientai atlieka kasdienes užduotis. Ji taip pat gali suteikti būdą kiekybiškai nustatyti, kaip trumpi mokymai keičia smegenų funkciją, teikiant grįžtamąjį ryšį mokytojams ir terapeutams.
Eksperto įžvalga
"Žmones stebina, kaip greitai smegenys atnaujina savo veiksmų ir garso modelius", sakė dr. Elena Martín, kognityvinė neuromokslininkė, neįtraukta į tyrimą. "Beta ritmai veikia kaip einamasis knygynas: jie žymi sutapimus ir neatitikimus tarp to, ką smegenys prognozuoja, ir to, kas iš tiesų nutinka. Matyti tuos signalus žmogui judant yra revoliucinis žingsnis mokytis natūralioje aplinkoje."
"Šis požiūris leidžia mums užduoti kitokius klausimus", pridūrė Martín. "Pavyzdžiui, ar galime aptikti subtilius prognozavimo apdorojimo pokyčius, kurie lydi klinikinius simptomus? Ar tikslinės treniruotės gali nukreipti patologinius ritmus link sveikesnių modelių? Tai yra testuojamos hipotezės dabar, kai technologija leidžia juos matuoti realaus elgesio metu."
Išvada
Viena trumpa smuiko pamoka padarė daugiau nei pagerino drebulingą melodiją. Ji paliko matomą pėdsaką smegenų veikloje, įrodydama, kad ankstyviausi motorinio mokymosi etapai užregistruoti specifiniuose osciliaciniuose raštuose. Metalinio laisvo instrumento, įgudusio mokytojo-instrumentų gamintojo ir nešiojamos MEG sistemos derinys padarė šį atradimą įmanomą. Už klasės ribų šis darbas rodo naujus būdus tirti mokymąsi ir neurologines ligas judesio metu.
Eksperimentas primena, kad maži veiksmai – vienas arko potėpis, vienas ištaisyta pirštų padėtis – gali pakeisti, kaip smegenys organizuoja veiksmą. Su nešiojamais neuraliniais įrankiais mokslininkai dabar gali sekti tuos pokyčius realiu laiku ir naudoti rastus raštus terapijai, reabilitacijai ir mūsų baziniam supratimui apie mokymosi smegenis.
Palikti komentarą
Komentarai
Komentarų dar nėra. Būkite pirmas.