Matematisk ramme udforsker, hvordan hjernen holder et slag

En ny matematisk ramme beskriver, hvordan hjernen behandler rytmen og holder et beat. Udgivet i tidsskriftet Chaos, kan modellen hjælpe med diagnosticering af patienter med risiko for kognitive og motoriske forstyrrelser.

Modellen, der er udviklet af forskere i Frankrig, bruger koblede oscillatorer til at repræsentere forskellige hjerneområder involveret i rytmebehandling. Oscillatorerne simulerer neuronernes elektriske aktivitet og deres kommunikation med hinanden. Interaktionerne mellem oscillatorerne giver anledning til kollektiv adfærd, der efterligner den måde, hjernen reagerer på rytmiske stimuli.

"Vi håber, at vores arbejde vil bidrage til en bedre forståelse af rytmebehandlingsmangler observeret i mange neuropsykiatriske lidelser, herunder skizofreni, autisme og Parkinsons sygdom," sagde studiemedforfatter Vincent Torre fra Sorbonne University i Paris.

At holde musikkens takt afhænger af integrationen og koordineringen af ​​sensorisk information med motoriske handlinger, forklarede Torre. Den matematiske model kan gøre det muligt for forskere bedre at forstå, hvordan disse forskellige komponenter – såvel som de forskellige involverede hjerneområder – arbejder sammen for at mediere rytmeopfattelse og produktion.

Modellen emulerede med succes menneskelig præstation på eksperimentelle mål for rytmeopfattelse, produktion og synkronisering, ifølge undersøgelsen. For eksempel kunne modellen præcist forudsige, hvordan deltagerne ville trykke sammen med en metronom, når tempoet svingede. Modellen gentog også observationer af, hvordan opfattelsen af ​​rytmiske stimuli afhænger af den hastighed, hvormed stimuli præsenteres.

"Vores models evne til at reproducere empiriske data validerer de underliggende principper, som den er baseret på," sagde Torre. "Det giver en nyttig testplads til at undersøge mekanismerne for rytmebehandling mere detaljeret."

Torre sagde, at modellen kun er et første skridt mod at forstå det neurale grundlag for rytmebehandling. Fremtidigt arbejde kunne inkorporere yderligere hjerneområder og neurotransmittersystemer, samt tage hensyn til virkningerne af indlæring og hukommelse.

"Vi mener, at vores rammer har potentialet til at fremme rytmeforskningen og give ny indsigt i hjernens indre ur," sagde Torre.