13 сентября N+1

Учёные разобрались в ловкости рук пианистов

Все дело в связи между соматосенсорной и моторной системами

Японские ученые выяснили, что музыкальное мастерство и длительная практика меняют связь между соматосенсорной и моторной системой. С помощью нескольких экспериментов с использованием электроэнцефалографии, транскраниальной магнитной стимуляции и перчатки-экзоскелета они показали, что искусную мелкую моторику пианистов обеспечивает то, как обрабатываются сигналы, получаемые в процессе осязания и проприоцепции. О своем исследовании ученые пишут в журнале Cerebral Cortex.

За то, как хорошо человек может управлять собственными руками, отвечает не только моторная, но также и соматосенсорная система, которая включает в себя обработку чувствительных сигналов получаемых в процессе осязания, проприоцепции, ноцицепции и ощущения температуры. Проприоцепция, то есть ощущение границ собственного тела и положения его частей в пространстве, и осязание в особенности важны для мелкой моторики при использовании инструментов, которая требуется, например, для игры на музыкальных инструментах.

Разумеется, моторная и соматосенсорная система неразрывно связаны, и сила этой связи, по сути, должна отражать то, насколько человек искусен в управлении собственным телом (а конкретнее — руками). Разобраться в этом подробнее решили ученые под руководством Масато Хирано (Masato Hirano) из Лаборатории компьютерных наук компании Sony.

Ученые провели три эксперимента. В первом приняли участие 11 профессиональных пианистов и 10 людей контрольной группы, которые на музыкальных инструментах играть не умеют. Ученые стимулировали электрическим сигналом указательный палец правой руки участников, одновременно измеряя с помощью ЭЭГ соматосенсорные вызванные потенциалы N20 и P25 — ранние негативный и позитивный потенциалы, которые появляются в первые 20 и 25 миллисекунд после стимуляции. После этого ученые измерили показатель афферентного ингибирования, которое отражает совместную работу соматосенсорной и моторной систем: оно показывает, как сенсорный сигнал ингибирует моторный. Для этого с помощью ТМС ученые стимулировали участок моторной коры, который отвечает за движение правым указательным пальцем, сразу же после электрической стимуляции пальца.

Ни соматосенсорные, ни моторные потенциалы в отдельности не отличались между двумя группами. Тем не менее, ученым удалось обнаружить разницу в афферентном ингибировании: несмотря на то, что эффект наблюдался в обеих группах, у пианистов он был ниже (p < 0,001).

Во втором эксперименте приняли участие 10 музыкантов и 10 человек из контрольной группы. С помощью перчатки-экзоскелета ученые сгибали указательный палец участников под углом в 45 градусов, измеряя соматосенсорные вызванные потенциалы, относящиеся к проприоцепции — тому, как палец сгибается. В дополнение к этому моторную кору участников также стимулировали с помощью ТМС.

Ученые обнаружили три ранних вызванных потенциала, которые отнесли к проприоцептивным ощущениям, возникающим в промежутке от 50 до 200 миллисекунд после предъявления стимула: первый позитивный (P1), первый негативный (N1) и второй позитивный (P2).

Два более поздних компонента вызванных потенциалов, N1 и P2, у музыкантов возникали значительно быстрее (p = 0,03 и p = 0,02, соответственно), чем у людей из контрольной группы, а самый первый вызванный потенциал P1 у музыкантов регистрировался с более узкого участка коры. Стимуляция с помощью ТМС также увеличила амплитуду обнаруженных потенциалов у людей из контрольной группы, а у музыкантов она осталась неизменной.

Наконец, в третьем эксперименте ученые решили проверить, как обнаруженные механизмы (слабое афферентное ингибирование и показатели и характеристики проприоцептивных потенциалов) отражаются на мелкой моторике участников. Для этого музыкантов, которые приняли участие в двух предыдущих экспериментах, попросили в течение четырех секунд жать на клавишу с датчиком усилия, измеряя скорость нажатия. Оказалось, что единственный параметр, который связан с тем, насколько быстро пианисты нажимают на клавиши, — это афферентное ингибирование: те музыканты, у которых этот показатель был ниже, нажимали на клавишу быстрее.

Авторы работы, таким образом, показали, что музыкальное мастерство (в первую очередь за счет долгой моторной практики) приводит к видимым изменениям связей соматосенсорной и моторной систем, за счет чего и обеспечивается необходимая для искусной игры мелкая моторика. Конкретнее, ученые показали, что ингибирующий сигнал, который соматосенсорная система передает в моторную, у музыкантов ослаблен, чем, по-видимому, и обеспечивается их более слаженная работа.

Про музыкантов и то, чем они отличаются от людей, которые на музыкальных инструментах не играют, мы пишем достаточно часто. Например, ранее мы рассказывали, как обучение игре на виолончели улучшает связи между моторными и аудиторными отделами головного мозга, а также о том, как джазовым пианистам легче, чем классическим, удается адаптировать свои движения при внезапной смене строя.

Мой район