神经音乐治疗的神经生物学基础

Warning: Can only detect less than 5000 characters

节奏性训练为听觉节奏和音乐在治疗中的作用建立了第一个可检验的运动理论。随后的研究导致需要对节奏音乐在运动康复中的应用进行编纂和标准化（Thaut，2005； Thaut和Hoemberg，2014）。这些技术成为神经音乐治疗临床方法的最初基础。

有节奏的训练对运动控制的综合作用引起了一些重要的理论问题，涉及调节这些变化的机制。我们知道，由听觉节奏和音乐触发的听觉神经元的放电速率会夹带运动神经元的放电模式，从而将运动系统驱动到不同的频率水平。关于夹带，还有两种另外的机制在临床上具有重要的意义。首先是听觉刺激会在运动准备就绪的状态下启动电机系统。启动可提高后续响应质量。

训练的第二个更具体的方面是指运动计划和运动执行的变化。有节奏的刺激产生稳定的预期时间尺度或模板。预期是提高运动质量的关键因素。节奏可为大脑提供准确的预期时间提示，以使大脑提前计划并做好准备。此外，成功的运动预期是基于对提示期持续时间的预知。在夹带期间，两个不同周期的运动振荡器（在我们的示例中是基于神经的）会夹带到一个公共周期。在听觉夹带中，运动周期夹带到听觉节奏的周期。总是由频率或周期夹带来驱动夹带，也就是说，公共周期可能会或可能不会处于完美的锁相状态（即，运动响应的开始会与听觉搏动完全同步）。搏动夹带是一个通常被误解的概念。夹带不是由搏动或阶段夹带定义的，而是由周期夹带定义的（Large等，2002； Thaut和Kenyon，2003； Nozaradan等，2011）。

周期性训练为为什么听觉节律也改变肌肉激活的空间运动学和动态力测量提供了解决方案，例如速度和加速度曲线的平滑化所证明。运动周期持续时间的预知会在计算上改变大脑运动计划中的所有内容。速度和加速度是运动位置的数学时间导数。考虑例如在达到运动时腕关节的运动周期由有限数量的位置坐标（x，y，z）组成，每个位置坐标与运动期间的特定时间（t）值相关。如果为简化起见，如果我们认为位置坐标x（t）是连续的，而不是以下语句的离散函数，则可以数学方式描述位置，速度和加速度之间的关系，而无需赘述数学方程式的详细信息：

在任何时间t处的速度v（t）是位置x（t）的一阶时间导数，并且等于在时间t处位置曲线的斜率数值。

在任何时间t的加速度a（t）是位置x（t）的第二时间导数，是速度v（t）的第一时间导数，并且等于时间t处的速度曲线的斜率数值。 。

在任何时间t处的位置x在数值上均等于速度-时间曲线下的零至t之间的面积。

在任何时间t处的速度v在数值上都等于加速时间曲线下在零和t之间的面积。

给定此背景信息并使用优化标准（例如，峰值加速度的最小化），我们现在可以表明，作为优化条件的结果，可以完全确定三维空间中随时间变化的运动轨迹，即由于周期夹带，整个运动周期在时间上是固定的。运动周期（由刺激周期给定）的预期时间约束会导致运动学上明确定义的优化问题，这一事实允许进行数学分析，从而显示肢体轨迹的三维坐标的完整规范。换句话说，在有节奏的运动中手臂的轨迹变化性的减小或在脚步周期中膝盖的轨迹变化性的减小是有节奏的时间约束的自然结果。

用临床语言来说，通过在有规律的间隔内固定运动时间，大脑的内部计时器现在有了一个额外的外部触发的计时器，具有精确的参考间隔，即连续时间参考（CTR）。该时间段会在运动的任何阶段向大脑呈现时间信息。大脑知道运动的任何时间点已经流逝了多少时间，还剩下多少时间，因此可以增强预期映射并在整个运动间隔内缩放最佳速度和加速度参数。大脑现在尝试通过将运动与给定的模板进行匹配来优化运动。这个过程不仅会导致运动速度的变化，还会导致运动轨迹和肌肉募集更平滑，变化更少。可以得出这样的结论：听觉节律通过运动系统的生理周期带动，起着推动功能的作用，从而优化了运动控制的各个方面。节奏不仅影响运动时机（作为运动控制的中心协调单元的时间），而且还调节肌肉激活和空间运动控制的模式（Thaut等，1999）。节奏提示可为大脑提供全面的优化信息，以对运动进行重新编程。

有了对潜在的夹带机制的了解，临床上让患者准确地同步其对搏动的运动反应就变得不那么重要了–务必将它们带入有节奏的时期，这很重要，因为时期模板包含优化运动计划和运动的关键信息执行。研究确实表明，相对于拍子，电机响应的时间可能会波动，而运动周期会迅速且精确地带动到有节奏的周期，并且在有节奏的刺激间隔中频率变化时会保持周期的颤动（Thaut等， 1998b）。

有节奏的听觉运动研究的见解使对复杂听觉刺激（例如治疗和康复音乐）的作用有了完全的重新概念化。传统上，音乐在治疗中的作用已被社会科学模型认为是对幸福，情感反应和社会关系方面的个人解释的刺激。尽管音乐的这些特性对于治疗功能也很重要，但新发现重新将音乐作为治疗刺激的作用重新聚焦于其结构特性，从而塑造了与运动功能相关的感觉知觉（de l'Etoile，2010； Altenmueller和Schlaug，2013）。

早期的临床发现已经被许多其他研究组复制和扩展，这些研究组证实了韵律性听觉运动回路在夹带半步态康复中的作用（Ford等，2007； Roerdink等，2007，2011； Thaut等。等人，2007； Spaulding等人，2013）。大量的RAS研究已经复制并扩展了RAS在帕金森氏病迁移中的有益用途（参见评论：deDreu等，2012）。

在成功的实验中，神经步态振荡器的内源性生物节律被引入，一个新的问题出现了。有节奏的训练也可以应用于整个身体的运动，特别是不受基本生物节律驱动的手臂和手部运动吗？通过将通常是离散且非有节奏的上肢功能性运动转变成重复的周期性运动单位，现在可以与节奏时间提示相匹配，找到了答案。几项临床研究已经成功地研究了节奏性提示对上肢的全身协调性，特别是在偏瘫性中风康复中（Luft等，2004； McCombe-Waller等，2006； Schneider等，2007； Altenmueller等。 ，2009； Malcolm等，2009； Grau-Sanchez等，2013）和脑瘫患儿（Peng等，2010； Wang等，2013）。

中风臂康复的改善与限制诱导疗法研究的数据相当（CIT； Massie等，2009）。

有节奏的夹带超出了运动控制范围。新兴的研究表明，语速控制会影响清晰度，口头运动控制，发音，语音质量和呼吸强度，这可能会极大地受益于使用节奏和音乐进行有节奏的夹带（Pilon等，1998; Wambaugh和Martinez，2000; Thaut等。 ，2001； Natke等，2003； Lim等，2013）。失语症康复的最新发现表明，旋律语调治疗中的节奏成分与通过唱歌激活完整的右半球语音回路同样重要（Stahl等，2011）。

最后，认知功能的时间带动的潜力直到最近才成为治疗改变的重要驱动力。认识到时机和音序在认知能力中也起着至关重要的作用（Conway等，2009），导致了研究音乐和节奏作为认知康复技术的潜在作用的研究。音乐中的声音本质上是时间和顺序的，并且可以充当“脚手架”以引导诸如记忆的认知功能中的时间顺序模式的表示（Conway等，2009）。将非音乐信息引导到音乐“支架”的节奏旋律模式可能会提供一些优势，以增强在记忆训练中获取和检索期间的深度编码。音乐可能会提示信息的时间顺序和顺序。节奏旋律轮廓可以创建一个模式结构，信息单元可以映射到该模式结构上。音乐模式的短语结构可以将全部信息单元分割为较小的大块或总体单元，从而减少内存负载（Wallace，1994）。最后一点可能在音乐中具有特殊的优势，因为音乐助记符（例如短歌）通常由小的音高和节奏主题组成（Snyder，2000）。可以将由大字母（例如，单词表，数字表）构成的大信息单元映射到小的音调和节奏字母上，这些字母被组织为冗余，重复和预期的“内存单元”，从而减少了内存负荷并增加了深度编码（Thaut等等，2009a）。

认知和语音/语言康复中的神经音乐治疗技术在很大程度上依赖于音乐和音乐中时间的作用

......