Один урок игры на скрипке меняет мозговые волны

Чтобы провести подобное исследование впервые, команда использовала OPM-MEG — новый тип сканера, разработанный в Ноттингеме. Он встроен в легкий шлем с блоком управления в виде рюкзака и позволяет измерять электрические сигналы мозга и описывать его работу, пока человек выполняет естественные для повседневной жизни задачи.

Исследователи регистрировали мозговые волны — ритмические изменения электрической активности групп нейронов — и следили, как они меняются в ходе игры на скрипке. Одна из предполагаемых функций таких колебаний, в частности в «бета»-диапазоне частот, — сигнализировать о том, приводят ли наши действия к ожидаемому результату. «Мозг работает, делая прогнозы о том, что произойдет в результате ваших действий. Если я играю на скрипке, мозг ожидает определенного звука. Если я беру ожидаемую ноту, мозг получает сигнал, что результат совпал с прогнозом; если нота неожиданная — что не совпал. В этом эксперименте мы смогли измерить эти сигналы в реальном времени, пока человек играл на инструменте», — объясняет Джо Гибсон, аспирант Школы физики и астрономии.

Интересно и другое: участники, у которых бета-волны сильнее всего менялись до и после урока, показали и наибольший прогресс в игре. Для работы сканера, который улавливает очень слабые магнитные поля от электрической активности мозга, инструмент должен был быть полностью свободен от металла. На помощь ученым пришел местный скрипач и мастер Алан Кирби: он взял обычную скрипку и заменил все металлические детали на изготовленные вручную, получив полностью деревянный инструмент с частотами строя эпохи барокко. «Соединить древнее искусство изготовления скрипок с квантовой физикой, лежащей в основе этого сканера мозга, было удивительно, — сказал Кирби. — Еще более впечатляющим было увидеть, как мои уроки отразились на мозге людей. Это был особенный опыт».

В исследовании участвовали 22 начинающих музыканта. Данные OPM-MEG записывали в два сеанса сканирования, во время которых участники пытались сыграть мелодию. Сначала они смотрели видео, где Кирби играет «Twinkle Twinkle Little Star», затем в первом сеансе пытались сыграть ту же мелодию на скрипке под фиксацией мозговой активности. После этого следовал урок у Кирби, а затем второй, идентичный первому сеанс сканирования: участники снова играли мелодию, и мозговая активность измерялась вновь.

Мэтью Брукс, профессор, который руководил разработкой OPM-MEG в Ноттингеме более десяти лет, отметил, что для этой работы понадобилось уникальное сочетание компетенций: физика для измерения активности мозга, инженерный дизайн для эргономичного носимого сканера, математика для моделирования сигналов и, конечно, знания и мастерство Алана как скрипача и мастера. «Без этого разнообразия талантов мы просто не смогли бы сделать эту работу».

«Результаты углубляют наше понимание моторного обучения, — добавил он. — А еще примечательно, что часть измеренных нами эффектов относится к тем, на которые могут влиять расстройства вроде деменции. Надеюсь, такие исследования приведут к новому пониманию не только здоровой работы мозга, но и болезней».