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.
Елизавета Ивтушок
А вот амфибии не в восторге
Чаще всего животные в зоопарках относятся к посетителям нейтрально: присутствие или отсутствие гостей не меняет привычного поведения животных или их физиологических показателей. Однако некоторым везет больше — например, слоны лучше всего реагируют на людей и не испытывают их отрицательного влияния. А вот амфибии в этом вопросе — на другом полюсе. К таким выводам пришли ученые, которые проанализировали 105 научных исследований, посвященных влиянию посетителей зоопарка на их обитателей (исключая приматов). Исследование опубликовано в журнале Animals. Посетители зоопарка по-разному влияют на его обитателей. Наличие или отсутствие людей, расстояние, на которое они приближаются к животным, их поведение, создаваемый шум, форма взаимодействия с животными и даже исходящие от них запахи могут быть источником стресса для животных. В ответ на такой стресс меняются реакции животных, например, они становятся менее активны, чаще избегают встречи с посетителями, а сотрудники зоопарков находят своих подопечных более бдительными, настороженными и отмечают у них больше стереотипных действий/реакций. С другой стороны, посетители могут и положительно влиять на обитателей зоопарков. Тогда животные проявляют повышенный интерес к посетителям и к зонам для посетителей, привлекают к себе внимание гостей зоопарка и даже приближаются к ним. И, наконец, присутствие или отсутствие посетителей может никак не сказываться на животных: поведение или физиологические показатели питомцев зоопарка (например, частота дыхания и сердечных сокращений, уровень кортизола — гормона стресса) не изменяются. Такое разное влияние гостей зоопарка на его обитателей называют эффектом посетителя. Лучше всего исследовано влияние посетителей на приматов, которые испытывают на себе, как положительные, так и отрицательные эффекты от встреч и взаимодействия с гостями зоопарков. Приматы активны, а их поведение разнообразно, поэтому внимание посетителей часто направлено на них. Такие особенности и высокий интерес людей к этим обитателям зоопарков и стали причинами, по которым эффект посетителя наиболее изучен для приматов. Однако Эллен Уильямс (Ellen Williams) из Университета Харпера Адамса и ее коллеги показали, что начиная с 1992 года появляются исследования эффекта посетителя для видов, которые не относятся к приматам. Особенно много таких публикаций авторы отметили в 2021 году, когда было выпущено 24 статьи. Чтобы выяснить это, ученые с помощью статистических методовпроанализировали 105 исследований эффекта посетителей для 252 видов животных, ни один из которых не относился к приматам. Большинство исследованных видов были млекопитающими (56 процентов), 28 процентов — птицами, 1 — беспозвоночными, 4 — рыбами, 9 процентов — рептилиями и 2 — земноводным. Что интересно, если первые в этом контексте работы о млекопитающих не из отряда приматов появились в 1992 году, то первая статья о птицах вышла в 2008 году, а первое упоминание беспозвоночных относится только к 2019 году, амфибий, рептилий и рыб — 2020-2021 годам. Во всех исследовательских работах было 302 интерпретации влияния посетителей. Из них 53 процента интерпретаций были нейтральными, 21 — отрицательными и только 4 — положительными. Оказалось, что лучше всего фактор посетителей сказывается на слонах. В исследованиях с этими животными чаще отмечался положительный эффект посетителя (p< 0,0002) и не отмечался отрицательный. Как предполагают авторы, отсутствие отрицательных реакций у слонов может быть связано с их размерами, по аналогии с обезьянами, среди которых негативно чаще реагировали те, которые по размеру меньше человека. Или же, возможно, что дело в особенностях содержания: как опасных животных, слонов необходимо держать в безопасности и на расстоянии от публики, что могло способствовать снижению негативного воздействия людей на реакции слонов в зоопарках (но не стоит торопиться в вольеры к этим животным, так как авторы предупреждают, что исследований со слонами мало, и все результаты очень предварительны.) Среди млекопитающих (исключая приматов) чаще негативно реагировали непарнокопытные и парнокопытные, сумчатые и ежи. Хотя и хищники, например, львы, тигры, леопарды и сурикаты, наряду с нейтральным и положительным откликом на посетителей, испытывали и отрицательное влияние. Попугаи, которые сами хотят взаимодействовать с людьми, как и слоны, часто имели положительный опыт (p < 0,0002), но и отрицательный — тоже. При этом в целом птицы чаще всего реагировали на посетителей нейтрально, рыбы — нейтрально, амфибии — отрицательно (p < 0,05). В основном критериями оценки эффекта посетителя были изменения в поведении животных: в 95 исследованиях из 105 оценивалось именно оно. Например, в исследованиях отслеживались активность животного или бездействие, характер передвижений, близость к сородичам, близость к посетителям, позитивные социальные взаимодействия, поведение в состоянии покоя, стереотипное или нормальное поведение и бдительность. Также оценивались и физиологические сдвиги — в 26 исследованиях, и физические изменения — в одном исследовании. Поведенческие, физические и физиологические измерения использовались в отношении млекопитающих, поведенческие и физиологические — в отношении птиц. Для рептилий, амфибий, рыб и беспозвоночных использовались только поведенческие наблюдения. Авторы этой работы делают достаточно обобщенные выводы, однако отмечают, что есть и индивидуальные особенности, благодаря которым каждое отдельное животное по-разному переживает опыт взаимодействия с людьми. И о такой разнице сообщали и другие исследователи. Например, слониха Пха из Берлинского зоопарка научилась чистить бананы, когда ее сородичи продолжали есть с кожурой.