Operacja mózgu przebudzonego muzyka ujawnia złożoność przetwarzania muzyki i języka

Naukowcy odkryli, że różne regiony mózgu są zaangażowane w przetwarzanie muzyki i języka, a określone regiony pracują nad złożonością melodii i zdań. Badania przeprowadzono podczas jawnej kraniotomii u muzyka, z zachowaniem pełnej sprawności muzycznej i językowej po operacji.

Według badań przeprowadzonych przez University of Texas Health Science Center w Houston, odrębne, choć przylegające do siebie, obszary mózgu są aktywowane podczas przetwarzania muzyki i języka, przy czym określone podregiony operują na melodiach prostych i złożonych oraz na zdaniach prostych i złożonych.

Badanie, które początkowo było prowadzone przez współautorów Meredith McCarty, doktorantkę na oddziale neurochirurgii Vivian L. Smith w McGovern School of Medicine w UT Health Houston, oraz dr Elliott Murphy, pracownik naukowy ze stopniem doktora w dziale, ukazał się niedawno w iScience. Nitin Tandon, MD, profesor i przewodniczący Tymczasowo Katedry na Wydziale Lekarskim był głównym autorem.

Zespół badawczy wykorzystał okazję, jaką stworzyło wykonanie kraniotomii w stanie czuwania u młodego muzyka z guzami w obszarach mózgu związanych z językiem i muzyką. Pacjent słyszał muzykę i grał na miniaturowym pianinie, aby zmapować swoje umiejętności muzyczne, słyszał i powtarzał zdania oraz słyszał opisy rzeczy, które następnie nazwał, aby określić swój język. Sekwencje muzyczne były melodyczne lub niemelodyczne i zróżnicowane pod względem złożoności, podczas gdy nagrania dźwiękowe zdań różniły się złożonością składniową.

Badacze z UTHealth z Houston zaobserwowali, że u pacjenta z guzem mózgu, który jest także muzykiem, podczas gry na pianinie z szafy grającej wykonano kraniotomię. Źródło obrazu: dr Elliot Murphy

Bezpośrednie zapisy mózgowe za pomocą elektrod umieszczonych na powierzchni mózgu określały lokalizację i charakterystykę aktywności mózgu podczas muzyki i języka. Małe prądy zostały przekazane do mózgu w celu zidentyfikowania obszarów wrażliwych na język, percepcję i produkcję muzyki.

„Nie tylko pozwoliło nam to uzyskać nowy wgląd w neurobiologię muzyki w mózgu, ale umożliwiło nam również ochronę tych funkcji podczas wykonywania bezpiecznej i maksymalnej resekcji guza” – powiedział Tandon, wybitny przedstawiciel Nancy, Clive i Pierce Runnels. Smith Chair of Neuroscience w Centrum Badań Neurologicznych im. Viviana L. Smitha, wybitny profesor zaburzeń neurologicznych i neurochirurgii BCMS w McGovern Medical College oraz członek Texas Institute for Restorative Neurotechnologies (TIRN) w UTHealth Houston.

powiedział McCarty, który jest również asystentem naukowym na University of Texas MD Anderson Cancer Center, UTHealth Houston Graduate School of Biomedical Sciences i członkiem TIRN. „Kiedy dokładnie przyjrzymy się, jak małe części są składane w większe struktury, można odkryć pewne uderzające różnice neuronowe”.

Język i muzyka obejmują owocne łączenie podstawowych jednostek w struktury. Naukowcy chcieli jednak zbadać, czy obszary mózgu wrażliwe na strukturę językową i muzyczną były kolokalizowane lub zlokalizowane w tej samej przestrzeni fizycznej.

„Niezrównana wysoka rozdzielczość elektrod wewnątrzczaszkowych pozwala nam zadawać pytania dotyczące muzyki i przetwarzania języka, na które kognitywiści od dawna czekali na odpowiedzi, ale nie byli w stanie odpowiedzieć tradycyjnymi metodami neuroobrazowania” – powiedział Murphy, członek TIR. „Ta praca podkreśla również hojność pacjentów, którzy ściśle współpracują z naukowcami podczas pobytu w szpitalu”.

Ogólnie rzecz biorąc, odkryli wspólną aktywność płatów skroniowych dla muzyki i języka, ale badając cechy złożoności melodycznej i złożoności składniowej, odkryli różne lokalizacje płatów skroniowych, którymi można manipulować. Dlatego aktywacja muzyki i języka jest wspólna na poziomie podstawowym, ale kiedy naukowcy badali porównanie podstawowych i złożonych melodii lub prostych zdań ze złożonymi zdaniami, różne regiony wykazują odrębną wrażliwość.

W szczególności mapowanie stymulacji korowej do tylnego górnego zakrętu skroniowego (pSTG) zakłóciło percepcję i produkcję muzyki, a także produkcję mowy. Tylny środkowy i tylny zakręt skroniowy (pMTG) jest aktywowany dla języka i muzyki. Podczas gdy aktywność pMTG była modulowana przez złożoność muzyczną, aktywność pSTG była modulowana przez złożoność składniową.

Tandon wykonał resekcję guza płata mezoskroniowego pacjenta w Memorial Hermann Texas Medical Center. Podczas czteromiesięcznej obserwacji potwierdzono, że pacjent ma w pełni zachowane funkcje muzyczne i językowe, bez oznak pogorszenia.

Odniesienie: „Śródoperacyjna korowa lokalizacja muzyki i języka ujawnia cechy złożoności strukturalnej w tylnej korze skroniowej” autorstwa Meredith J. 28 czerwca 2023 r iScience.
DOI: 10.1016/jisci.2023.107223

Badanie zostało sfinansowane przez National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NS098981), część[{” attribute=””>National Institutes of Health.

Co-authors on the study included Xavier Scherschligt; Oscar Woolnough, PhD; Cale Morse; and Kathryn Snyder, all with the Vivian L. Smith Department of Neurosurgery at McGovern Medical School and TIRN. Tandon is also a faculty member at the MD Anderson UTHealth Houston Graduate School, and Snyder is a student at the school. Bradford Mahon, PhD, with the Department of Psychology and Neuroscience Institute at Carnegie Mellon University in Pittsburgh, also contributed.