Використовуючи внутрішньочерепні записи мозкової активності, американські вчені виявили нейронну популяцію, яка вибірково реагує на спів, але не на інструментальну музику або мову. Ця популяція нейронів розташована у верхній частині скроневої частки, поруч з областями, що вибірково відповідають за мову і музику. Стаття опублікована в журналі.
У 2015 і 2021 роках вчені провели дослідження за допомогою фМРТ і виявили в слуховій корі головного мозку популяції нейронів, які специфічно реагують на музику і відрізняються від прилеглих регіонів, що вибірково відповідають на мовні стимули. Незважаючи на ці результати, досі було мало що відомо про те, як нейрони реагують на музику, наприклад, чи існують окремі популяції, що вибірково належать до певних типів або особливостей музики.
Дослідницька група під керівництвом Сема Нормана-Еньєр (Sam Norman-Haignere) з Університету Рочестера вирішила отримати дані з вищою роздільною здатністю, використовуючи техніку, відому як електрокортикографія (ЕКоГ). Вона дозволяє реєструвати електричну активність за допомогою електродів, розташованих безпосередньо в корі головного мозку. Це дає набагато більш точну картину електричної активності мозку порівняно з фМРТ, яка вимірює кровотік у мозку як показник активності нейронів. За словами авторів, фМРТ не дозволяє відрізнити різні сигнали від дуже близько розташованих областей, а електрокортикографія здатна впоратися з цим завданням.
Під час експерименту дослідники реєстрували електричну активність у слуховій корі головного мозку 15 учасників, коли ті слухали набір зі 165 звуків, включаючи різні типи мови і музики, а також повсякденні звуки, такі як дзвінок телефону або звук води, що біжить. Також автори використовували дані фМРТ з їх попередніх досліджень 2015 і 2021 років, для цього вони розробили метод об'єднання їх з даними внутрішньочерепних записів. Оскільки фМРТ може охоплювати набагато більшу частину мозку, це дозволило їм більш точно визначити розташування нейронних популяцій, які реагують на різний тип слухових стимулів, в тому числі і спів.
У результаті дослідники виділили три популяції нейронів у слуховій корі, які вибірково реагували на промову або музику. Два з них реагували майже виключно на промову, практично не реагуючи на всі інші звуки, включаючи неречеві вокалізації. Їх вчені позначили як компоненти C1 і C15. Вони однаково реагували на звуки рідного та іноземного мовлення (всі випробовувані були носіями англійської мови). Це добре узгоджується з даними попередніх досліджень, згідно з якими мовна вибірковість у верхній скроневій борозді не визначається лінгвістичним значенням. Розташовувалися ці популяції в основному в середній частині верхньої скроневої звивини, без істотної різниці між двома півкулями (p > 0,73). Усереднена за часом реакція цих популяцій була дуже схожою, що обмежило можливість анатомічно розрізняти ці два компоненти за допомогою фМРТ. А третя популяція нейронів (C10) сильно реагувала як на інструментальну музику, так і на музику зі співом (p < 0,001). Ця популяція анатомічно розділилася на три субпопуляції, розташовані в передній, середній і задній частинах верхньої скроневої звивини без відмінностей між двома півкулями (p = 0,63). І цей анатомічний профіль виявився подібним до музично-виборчого компонента, який дослідники раніше виділили в роботах 2015 і 2021 років.
Але головне, дослідники змогли вперше виділити популяцію нейронів (C11), які показували сильну реакцію у відповідь на спів, при цьому не реагуючи на всі інші звуки, включаючи інструментальну музику і мову (p < 0,001). До речі, ця знахідка стала несподіваною і для самих авторів. Ця популяція нейронів в основному була розташована в слуховій корі, поруч з областями, що вибірково відповідають за мову і музику. Ці нейрони, виявлені в слуховій корі, мабуть, реагують на певне поєднання голосу і музики, але не на звичайну мову або інструментальну музику. Дослідники відзначають, що точно невідомо, що вони роблять, і для розкриття їх функції буде потрібна додаткова робота.
Попередні дослідження виявили велику область всередині верхньої скроневої звивини, яка переважно реагує на неречеві звуки голосу (скронева область голосу). Тим не менш, ступінь, в якій мовні і голосові виборчі реакції розрізняються в мозку, залишається неясною. Але результати цього дослідження дозволяють припускати, що мова і голос дійсно мають просторово різні репрезентації в слуховій корі. А очевидний збіг мовних і голосових відповідей у попередніх дослідженнях, на думку авторів, може бути пов'язаний з грубими методами нейровізуалізації та аналізу.
Далі обговорюючи свої результати автори висунули припущення про те, які звукові особливості лежать в основі виникнення вибірковості до пісні. Спів відрізняється від промови мелодичним інтонаційним контуром і ритмічністю, а від інструментальної музики - вокальними резонансами, і, можливо, що виборчі до пісні нейронні популяції чутливі до наборів таких ознак. Це тільки перший крок у довгому шляху: у майбутніх роботах дослідники сподіваються дізнатися більше про те, які аспекти співу керують відповідями цих нейронів. А також відповісти на питання, чи є у немовлят області, виборчі до музики, в надії дізнатися більше про те, коли і як розвиваються ці області мозку.
Незважаючи на те, що на рівні окремий нейронів і нейронних механізмів нам мало що відомо про сприйняття музики, і ця тема майбутніх досліджень, сприйняття музики мозком - не нова тема досліджень. Так, відомо, що структура білої речовини пророкує задоволення від прослуховування музики, а синхронізація мозкової активності допомагає оцінити залученість до неї.