Математическая модель объясняет, как мозг удерживает ритм

Новая математическая модель демонстрирует, как нейроны в мозге могут работать вместе, чтобы выучить и удерживать музыкальный ритм. Эта модель, разработанная Амитабхой Босом из Технологического института Нью-Джерси, а также Эйн Бирн и Джоном Ринзелем из Нью-Йоркского университета, описана в PLOS Computational Biology.

Многие экспериментальные исследования установили, какие области мозга активны, когда человек слушает музыку и распознает ритм. Однако нейронные механизмы, лежащие в основе способности мозга выучить ритм, а затем удерживать его после остановки музыки, оставались неизвестными. Бос и его коллеги решили исследовать, какими могут быть эти нейронные механизмы.

Используя нейробиологические принципы, исследователи построили математическую модель группы нейронов, которые могут взаимодействовать, чтобы выучить музыкальный ритм из ритмического стимула и сохранять его после прекращения стимула. Модель показывает, как сеть нейронов может действовать как "нейронный метроном", точно оценивая временные интервалы между ударами с точностью до десятков миллисекунд. Этот метроном полагается на ритмические паттерны мозговой активности, известные как гамма-осцилляции, для отслеживания времени.

"Мы слушаем музыку, и уже через несколько тактов наше тело начинает двигаться в такт, — говорит Ринзель. — Наша модель предполагает, как мозг может выучить ритм и сделать это так быстро".

Далее исследователи планируют проверить свою модель с помощью реальных психоакустических экспериментов и тестов электроэнцефалографии (ЭЭГ), которые выявляют активность в мозге человека. Эти эксперименты покажут, насколько точно модель может отражать реальные нейронные механизмы, участвующие в обучении ритму.

"Наши результаты дают новое представление о том, как мозг может синтезировать предыдущие знания, чтобы делать прогнозы о предстоящих событиях, в частности, в области музыкального ритма и отсчета времени", — говорит Бос.

Помимо музыки, новая модель может помочь улучшить понимание состояний, при которых нарушена способность точно оценивать время, например, при болезни Паркинсона.