الديناميكيات الزمنية للموسيقى واللغة

تصف الديناميكيات الزمنية للموسيقى واللغة كيفية تنسيق الدماغ لمناطقه المختلفة لمعالجة الأصوات الموسيقية والصوتية. تتميز كل من الموسيقى واللغة ببنية إيقاعية ولحنية . ويستخدم كلاهما مجموعة محدودة من العناصر الأساسية (مثل النغمات أو الكلمات) التي تُدمج بطرق منظمة لتكوين أفكار موسيقية أو لغوية كاملة .

تُستخدم مناطق رئيسية في الدماغ في كلٍ من معالجة الموسيقى ومعالجة اللغة ، مثل منطقة بروكاس المسؤولة عن إنتاج اللغة وفهمها. غالبًا ما يُظهر المرضى الذين يعانون من آفات أو تلف في منطقة بروكاس ضعفًا في القواعد، وبطءًا في الكلام، وضعفًا في فهم الجمل. التلفيف الجبهي السفلي هو أحد تلافيفات الفص الجبهي ، ويشارك في توقيت الأحداث وفهم المقروء، وخاصةً فهم الأفعال . تقع منطقة فيرنيكه في الجزء الخلفي من التلفيف الصدغي العلوي ، وهي مهمة لفهم المفردات واللغة المكتوبة.

تقع القشرة السمعية الأولية في الفص الصدغي من القشرة المخية . وتُعد هذه المنطقة مهمة في معالجة الموسيقى، إذ تلعب دورًا محوريًا في تحديد درجة الصوت وشدته. ^{[ 1 ]} غالبًا ما يؤدي تلف الدماغ في هذه المنطقة إلى فقدان القدرة على سماع أي صوت على الإطلاق. وقد وُجد أن القشرة الأمامية تُشارك في معالجة ألحان الموسيقى وتناغماتها. فعلى سبيل المثال، عندما يُطلب من المريض النقر على إيقاع أو محاولة إعادة إنتاج نغمة، تكون هذه المنطقة نشطة للغاية في فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني . ^{[ 2 ]} أما المخيخ، فهو بمثابة الدماغ المصغر في الجزء الخلفي من الجمجمة. ومثل القشرة الأمامية، تشير دراسات تصوير الدماغ إلى أن المخيخ يُشارك في معالجة الألحان وتحديد الإيقاعات . كما ثبت أن القشرة الجبهية الإنسية، إلى جانب القشرة السمعية الأولية، تُشارك في تحديد النغمية، أو درجة الصوت وشدته. ^{[ 1 ]}

إضافةً إلى المناطق المحددة المذكورة أعلاه، تنشط العديد من "نقاط تحويل المعلومات" في معالجة اللغة والموسيقى. يُعتقد أن هذه المناطق تعمل كمسارات لنقل المعلومات. تسمح هذه النبضات العصبية للمناطق المذكورة بالتواصل ومعالجة المعلومات بشكل صحيح. تشمل هذه البنى المهاد والعقد القاعدية . ^{[ 2 ]}

أظهرت دراسات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) أن بعض المناطق المذكورة أعلاه نشطة في معالجة كل من الموسيقى واللغة. وتشمل هذه المناطق القشرة الحركية الأولية، ومنطقة بروكاس، والمخيخ، والقشرة السمعية الأولية. ^{[ 2 ]}

توفر تقنيات التصوير الأنسب لدراسة الديناميكيات الزمنية معلومات في الوقت الحقيقي. ومن أكثر الطرق استخدامًا في هذا البحث التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET). ^{[ 3 ]}

يتضمن التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني حقن نظير مشع قصير العمر في الدم. عند تحلل هذا النظير، ينبعث منه بوزيترونات يرصدها مستشعر الجهاز. يُدمج النظير كيميائيًا في جزيء نشط بيولوجيًا، مثل الجلوكوز ، الذي يُغذي النشاط الأيضي. عند حدوث نشاط دماغي في منطقة معينة، تُستقطب هذه الجزيئات إلى تلك المنطقة. بمجرد أن يرتفع تركيز الجزيء النشط بيولوجيًا، وصبغته المشعة، إلى مستوى كافٍ، يستطيع الماسح الضوئي رصده. ^{[ 3 ]} يستغرق الأمر حوالي ثانية واحدة من بدء النشاط الدماغي إلى لحظة رصده بواسطة جهاز التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. ويعود ذلك إلى أن الصبغة تحتاج إلى وقت معين للوصول إلى التركيزات المطلوبة للرصد. ^{[ 4 ]}

التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) هو شكل من أشكال التصوير بالرنين المغناطيسي التقليدي ، يسمح بمراقبة نشاط الدماغ في الوقت الحقيقي. يعمل جهاز fMRI عن طريق رصد التغيرات في تدفق الدم العصبي المرتبطة بنشاط الدماغ. يستخدم جهاز fMRI مجالًا مغناطيسيًا قويًا وثابتًا لمحاذاة نوى الذرات داخل الدماغ. ثم يُطبَّق مجال مغناطيسي إضافي، يُسمى غالبًا مجال التدرج ، لرفع مستوى طاقة النوى إلى حالة طاقة أعلى. ^{[ 5 ]} عند إزالة مجال التدرج، تعود النوى إلى حالتها الأصلية وتُصدر طاقة. يرصد جهاز fMRI هذه الطاقة المنبعثة ويستخدمها لتكوين صورة. عندما تنشط الخلايا العصبية، يزداد تدفق الدم إلى تلك المناطق. يحل هذا الدم الغني بالأكسجين محل الدم الفقير بالأكسجين في هذه المناطق. تتميز جزيئات الهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء الحاملة للأكسجين بخصائص مغناطيسية مختلفة تبعًا لحالة تأكسجها. ^{[ 5 ]} من خلال تركيز الكشف على الاضطرابات المغناطيسية الناتجة عن الهيموجلوبين، يمكن رسم خريطة لنشاط الخلايا العصبية في الوقت الحقيقي تقريبًا. ^{[ 5 ]} هناك تقنيات قليلة أخرى تسمح للباحثين بدراسة الديناميكيات الزمنية في الوقت الحقيقي.

أداة أخرى مهمة لتحليل الديناميكيات الزمنية هي تخطيط الدماغ المغناطيسي ، المعروف اختصارًا بـ MEG. يُستخدم هذا الجهاز لرسم خريطة نشاط الدماغ من خلال رصد وتسجيل المجالات المغناطيسية الناتجة عن التيارات الكهربائية المتولدة من النشاط العصبي. يعتمد الجهاز على مصفوفة كبيرة من أجهزة التوصيل الكمومي فائقة التوصيل، تُسمى SQUID ، لرصد النشاط المغناطيسي. ونظرًا لصغر حجم المجالات المغناطيسية التي يُولدها الدماغ البشري، يجب وضع الجهاز بالكامل في غرفة مصممة خصيصًا لحمايته من المجالات المغناطيسية الخارجية. ^{[ 5 ]}

من الطرق الشائعة الأخرى لدراسة نشاط الدماغ أثناء معالجة اللغة والموسيقى التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS). يستخدم TMS الحث لتوليد تيارات كهرومغناطيسية ضعيفة داخل الدماغ باستخدام مجال مغناطيسي سريع التغير. تؤدي هذه التغيرات إلى إزالة استقطاب الخلايا العصبية أو فرط استقطابها، مما قد يُحفز أو يُثبط النشاط في مناطق مختلفة. ويمكن استخدام تأثير هذه الاضطرابات على الوظائف لتقييم الترابطات الدماغية. ^{[ 6 ]}

تُعالج العديد من جوانب اللغة والألحان الموسيقية بواسطة نفس مناطق الدماغ. في عام 2006، وجد براون ومارتينيز وبارسونز أن الاستماع إلى لحن أو جملة يؤدي إلى تنشيط العديد من المناطق نفسها، بما في ذلك القشرة الحركية الأولية ، والمنطقة الحركية التكميلية ، ومنطقة بروكاس، والفص الجزيري الأمامي، والقشرة السمعية الأولية، والمهاد، والعقد القاعدية، والمخيخ. ^{[ 7 ]}

أظهرت دراسة أجراها كولش وسالات وفريديريتشي عام ٢٠٠٨ أن اضطرابات اللغة قد تؤثر أيضًا على القدرة على معالجة الموسيقى. فالأطفال الذين يعانون من اضطرابات لغوية محددة (SLIs) لم يكونوا بنفس كفاءة الأطفال غير المصابين باضطرابات لغوية في مطابقة النغمات مع بعضها البعض أو في الحفاظ على الإيقاع باستخدام المترونوم البسيط . وهذا يُبرز حقيقة أن الاضطرابات العصبية التي تؤثر على اللغة قد تؤثر أيضًا على القدرة على معالجة الموسيقى. ^{[ ٨ ]}

في عام ٢٠٠١، قام والش وستيوارت وفريث بدراسة المناطق الدماغية المسؤولة عن معالجة الألحان واللغة، وذلك من خلال مطالبة المشاركين بتأليف لحن على لوحة مفاتيح بسيطة أو كتابة قصيدة. استخدموا التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) على المنطقة المسؤولة عن معالجة البيانات الموسيقية واللغوية. أظهرت الدراسة أن تطبيق التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة على الفص الجبهي الأيسر أثر على القدرة على الكتابة أو إنتاج اللغة، بينما أدى تطبيقه على منطقتي السمع وبروكاس في الدماغ إلى تثبيط قدرة المشاركين على عزف الألحان الموسيقية. يشير هذا إلى وجود بعض الاختلافات بين إنتاج الموسيقى واللغة. ^{[ ٩ ]}

يبدو أن العناصر الأساسية للمعالجة الموسيقية واللغوية موجودة عند الولادة. فعلى سبيل المثال، وجدت دراسة فرنسية أجريت عام ٢٠١١، رصدت نبضات قلب الجنين، أن الأجنة تستجيب للتغيرات في درجة الصوت وإيقاعه بعد الأسبوع الثامن والعشرين من الحمل. وقد حُددت معدلات ضربات القلب الأساسية من خلال ساعتين من المراقبة قبل أي محفز. وتم تشغيل ترددات تنازلية وتصاعدية بإيقاعات مختلفة بالقرب من الرحم . كما بحثت الدراسة استجابة الجنين للأنماط اللغوية، مثل تشغيل مقطع صوتي يحتوي على مقاطع لفظية مختلفة، لكنها لم تجد أي استجابة لمحفزات لغوية مختلفة. وقد زادت معدلات ضربات القلب استجابةً للأصوات العالية ذات النبرة المرتفعة مقارنةً بالأصوات المنخفضة ذات النبرة المنخفضة. يشير هذا إلى أن العناصر الأساسية لمعالجة الصوت، مثل تمييز درجة الصوت وإيقاعه وشدته، موجودة عند الولادة، بينما تتطور عمليات تمييز أنماط الكلام لاحقًا بعد الولادة. ^{[ ١٠ ]}

أجرت دراسة عام 2010 بحثًا حول تطور المهارات اللغوية لدى الأطفال الذين يعانون من صعوبات في النطق. وخلصت الدراسة إلى أن التحفيز الموسيقي يُحسّن نتائج العلاج النطقي التقليدي . قُسّم الأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 3.5 و6 سنوات إلى مجموعتين. استمعت إحدى المجموعتين إلى موسيقى بدون كلمات في كل جلسة علاج نطقي، بينما تلقت المجموعة الأخرى العلاج النطقي التقليدي. ووجدت الدراسة أن كلاً من القدرة الصوتية وقدرة الأطفال على فهم الكلام قد زادت بشكل أسرع في المجموعة التي تعرضت للتحفيز الموسيقي بانتظام. ^{[ 11 ]}

أظهرت دراسات حديثة أن تأثير الموسيقى على الدماغ مفيد للأفراد الذين يعانون من اضطرابات دماغية. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} يناقش ستيغمولر المبادئ الأساسية للعلاج بالموسيقى، وهي زيادة الدوبامين ، والتزامن العصبي ، وأخيرًا، إشارة واضحة، وهي سمات مهمة لوظائف الدماغ الطبيعية. ^{[ 15 ]} يحفز هذا المزيج من التأثيرات المرونة العصبية للدماغ، مما يُعتقد أنه يزيد من قدرة الفرد على التعلم والتكيف. ^{[ 16 ]} تتناول الدراسات المنشورة تأثير العلاج بالموسيقى على المصابين بمرض باركنسون، ومرض هنتنغتون، والخرف، وغيرها.