Piosenki mogą pomóc uśmierzyć ból, a nawet łagodzić skutki udaru. Naukowcy pracują nad „receptą akustyczną"

Spis treści:

1. Jak muzyka wpływa na mózg?
2. Muzyka dopasowana do rytmu ciała
3. „Recepta akustyczna” w rehabilitacji po udarze i w chorobie Parkinsona

W filmie dokumentalnym „Alive Inside" z 2014 roku 94-letni Henry, mieszkaniec domu opieki cierpiący na demencję, siedzi zgarbiony na wózku inwalidzkim ze spuszczoną głową i splecionymi dłońmi. Wtedy pracownik socjalny zakłada mu na uszy słuchawki i puszcza piosenkę Caba Callowaya z lat 30. XX wieku – utwór z czasów jego młodości. Henry otwiera oczy. Unosi głowę, zaczyna kołysać się w rytm muzyki, a po chwili śpiewa i z ożywieniem opowiada o swoich wspomnieniach.

Naukowcy wciąż próbują wyjaśnić chwile takie jak ta. Znajoma muzyka potrafi niekiedy przywoływać wspomnienia i wywoływać reakcje emocjonalne u osób z demencją, natomiast rytmiczne bodźce dźwiękowe mogą poprawiać niektóre aspekty chodu u części osób z chorobą Parkinsona lub po udarze. Obecnie badacze wychodzą jednak poza ogólne stwierdzenie, że muzyka może pomagać. Próbują ustalić, które z jej elementów – rytm, tempo, znajomość utworu, melodia czy precyzyjnie zsynchronizowane bodźce sensoryczne – wywołują mierzalne efekty w mózgu i organizmie.

Siła dowodów jest zróżnicowana, ale łącznie wyniki tych badań sugerują, że muzyka nie jest jedną metodą leczenia, lecz zbiorem biologicznych sygnałów. Jej potencjał terapeutyczny może zależeć od tego, czy odpowiedni element dźwięku zostanie dopasowany do właściwego obszaru mózgu lub konkretnego mechanizmu jego działania.

Jak muzyka wpływa na mózg?

Zanim muzyka wprawi ciało w ruch lub przywoła wspomnienie, dźwięk musi najpierw zostać przekształcony w sygnał nerwowy. Drgania powietrza uderzają w błonę bębenkową i wprawiają w ruch trzy maleńkie kosteczki ucha środkowego. Ostatnia z nich, strzemiączko, przekazuje te drgania przez okienko owalne do wypełnionego płynem ucha wewnętrznego. Tam komórki rzęsate w ślimaku przekształcają drgania w sygnały elektryczne, które biegną nerwem słuchowym przez pień mózgu i wzgórze, aż docierają do kory słuchowej.

Słuchanie muzyki angażuje jednak znacznie więcej niż samą korę słuchową. Aktywuje również sieci neuronalne związane z ruchem, przewidywaniem, pamięcią, emocjami i układem nagrody. Dr Edward Large, neurobiolog teoretyczny i fizyk kierujący Music Dynamics Laboratory na Uniwersytecie Connecticut bada, w jaki sposób mózg wykrywa rytm i przewiduje jego dalszy przebieg. Współtworzył teorię rezonansu neuronalnego (NRT), zgodnie z którą ludzki mózg fizycznie synchronizuje własne impulsy neuronalne z zewnętrznym rytmem muzycznym.

Badacz przyznaje, że początkowo podchodził sceptycznie do tego, czy muzykoterapia ma mierzalne podstawy naukowe. Punktem zwrotnym było dla niego zaproszenie od muzykoterapeutki Concetty Tomaino – która wraz z nieżyjącym już neurologiem prof. Oliverem Sacksem założyła Institute for Music and Neurologic Function – do obserwowania i uczestniczenia w półgodzinnej sesji gry na bębnach z pacjentami. Gdy grupa zaczęła grać, dr Edward Large zauważył, że pacjenci, którzy wcześniej byli wycofani, zaczynają wystukiwać rytm stopami, kołysać się do taktu i reagować na siebie nawzajem. Scena ta była dla niego wyrazistym przykładem tego, jak zewnętrzny rytm może porządkować uwagę i ruch.

Później laboratorium dr Edwarda Large’a przetestowało pokrewną hipotezę: czy mózg jedynie podąża za rytmem, czy też aktywnie go konstruuje. Naukowcy stworzyli 30-sekundowe sekwencje złożonych, synkopowanych rytmów perkusyjnych, w których słuchacze mogli wyczuć stały puls, mimo że w samym dźwięku nie było energii akustycznej odpowiadającej tej częstotliwości. Podczas odsłuchu badacze wykorzystali magnetoencefalografię (MEG), aby mierzyć niezwykle słabe pola magnetyczne wytwarzane przez aktywność neuronów.

Badacze wykryli w korze słuchowej aktywność odpowiadającą częstotliwości „brakującego” pulsu. – Nie chodziło tylko o to, że zapamiętywali rytm – wyjaśnia dr Edward Large. – Ich mózg fizycznie wytwarzał go wewnętrznie.

Muzyka dopasowana do rytmu ciała

Wpływ rytmu może zależeć również od tego, jak dokładnie jest on dopasowany do słuchacza. W jednym z ostatnich badań dr Caroline Palmer wraz ze swoim zespołem z Uniwersytetu McGilla najpierw zmierzyli u każdego uczestnika jego spontaniczne tempo – naturalną szybkość, z jaką dana osoba wystukiwała rytm znanej melodii. Następnie badacze odtwarzali muzykę w tym tempie albo o 15 procent szybszą bądź wolniejszą.

Uczestnicy zgłaszali najmniejszy poziom bólu wtedy, gdy muzyka odpowiadała ich naturalnemu tempu. Badanie wykorzystywało eksperymentalnie wywołany ból termiczny u zdrowych dorosłych, nie dowodzi więc, że spersonalizowana muzyka może zastąpić leki przeciwbólowe. Sugeruje jednak, że działanie muzyki może zależeć nie tylko od tego, co człowiek słyszy, lecz także od tego, jak jej metrum odnosi się do własnych rytmów biologicznych ciała. Inni badacze sprawdzają jeszcze bardziej nowatorską hipotezę: czy precyzyjnie wymierzona stymulacja sensoryczna może wpływać na wzorce aktywności neuronalnej zaburzone przez chorobę.

Jednym z głównych obszarów zainteresowania jest aktywność fal gamma – zakres szybkich oscylacji neuronalnych zaangażowanych w procesy takie jak percepcja, uwaga i pamięć. Badania wykazały, że aktywność gamma bywa zaburzona w chorobie Alzheimera, co skłoniło naukowców do postawienia pytania, czy zewnętrznie dostarczana stymulacja mogłaby wzmocnić te rytmy.

W badaniu z 2019 roku neurobiolożka prof. Li-Huei Tsai i jej współpracownicy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) poddawali genetycznie zmodyfikowane myszy, u których rozwijały się przypominające chorobę Alzheimera złogi amyloidu, działaniu dźwięków pulsujących 40 razy na sekundę przez godzinę dziennie przez siedem dni. Stymulacja zwiększyła aktywność neuronalną o częstotliwości 40 herców w korze słuchowej i hipokampie oraz zmniejszyła kilka wskaźników obciążenia amyloidem w obu tych obszarach. Myszy uzyskiwały także lepsze wyniki w testach pamięci przestrzennej i rozpoznawczej.

Kiedy badacze połączyli dźwięki z migoczącym światłem o tej samej częstotliwości, zsynchronizowana aktywność objęła kolejne obszary mózgu, w tym przyśrodkową korę przedczołową, i doprowadziła do szerszego zmniejszenia zmian patologicznych związanych z amyloidem. Obecnie naukowcy sprawdzają, czy stymulacja o częstotliwości 40 herców może w sposób niezawodny wywoływać taką samą aktywność neuronalną u ludzi, a co ważniejsze – czy może dzięki temu w istotny sposób spowolnić pogorszenie funkcji poznawczych lub codziennego funkcjonowania.

Chcąc przełożyć tę wiedzę naukową na praktyczną terapię, dr Edward Large współzałożył firmę Oscillo Biosciences, która opracowuje system do noszenia o nazwie Synchrony Gamma. System łączy muzykę z precyzyjnie zsynchronizowaną stymulacją wzrokową, zamiast wymagać od użytkowników słuchania wyłącznie powtarzalnych dźwięków laboratoryjnych. Nie ustalono jeszcze, czy taka bardziej spersonalizowana forma poprawia regularność korzystania z terapii, zmienia aktywność neuronalną lub przynosi korzyści kliniczne. I właśnie to jest największym wyzwaniem stojącym przed tą dziedziną: przekształcić intrygujący efekt biologiczny w metodę, która rzeczywiście pomaga pacjentom.

„Recepta akustyczna” w rehabilitacji po udarze i w chorobie Parkinsona

Niektóre z najbardziej zaawansowanych zastosowań klinicznych muzyki są już wykorzystywane poza laboratoriami, m.in. w rehabilitacji. Neurolog dr Alexander Pantelyat z Johns Hopkins pracuje nad rozwiązaniem, które określa mianem spersonalizowanej, opartej na danych „recepty akustycznej”. Współpracował z badaczami z Uniwersytetu w Bostonie oraz firmą zajmującą się cyfrowymi terapiami MedRhythms, testując system rytmicznej stymulacji słuchowej działający w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego.

Powstała w ten sposób technologia – zakwalifikowana przez FDA jako wyrób medyczny klasy II dostępny na receptę, przeznaczony dla osób po udarze (InTandem) oraz z chorobą Parkinsona (Movive) – wykorzystuje czujniki noszone na butach, które na bieżąco przesyłają dane dotyczące chodu do oprogramowania. To z kolei odpowiednio dostosowuje tempo muzyki i wskazówki rytmiczne. Jeśli użytkownik wypada z rytmu, system może zwolnić tempo albo wzmocnić akcentowanie pulsu, pomagając mu odzyskać właściwy rytm chodu.

W randomizowanym badaniu kontrolowanym z 2025 roku 44 osoby z chorobą Parkinsona przydzielono do jednej z dwóch grup: uczestnicy pierwszej spacerowali z wykorzystaniem autonomicznego systemu muzycznego, a druga realizowała program energicznego marszu bez wskazówek rytmicznych. Po sześciu tygodniach osoby korzystające z systemu wykonywały średnio o 3343 kroki dziennie więcej niż na początku badania, podczas gdy w grupie kontrolnej wzrost wyniósł 172 kroki. Spędzały też więcej czasu na marszu o umiarkowanej intensywności i wykazywały mniejszą zmienność długości kolejnych kroków, co wiąże się ze stabilniejszym chodem. Po zaprzestaniu korzystania z urządzenia wzrost liczby kroków oraz czasu spędzanego na marszu o umiarkowanej intensywności przestał być widoczny.

Obiecujące są również wyniki badań dotyczących osób po udarze. W randomizowanym badaniu obejmującym 87 dorosłych z przewlekłymi zaburzeniami chodu po udarze uczestnicy korzystający przez pięć tygodni z InTandem poprawili prędkość chodzenia bardziej niż osoby realizujące aktywny program marszowy. Klinicznie istotną poprawę osiągnęło 40 procent użytkowników InTandem, w porównaniu z 13 procentami w grupie kontrolnej. Przyszłe badania mają wykazać, czy taka synchronizacja ruchu z bodźcami słuchowymi może ostatecznie zmniejszyć ryzyko upadków. – Jeśli uda nam się ograniczyć liczbę upadków o 10–20 procent, będzie to bardzo ważny przełom kliniczny – mówi dr Alexander Pantelyat.

Badacze są jednak przekonani, że dostosowywanie tempa to dopiero początek. – Muzyka nie jest jedną metodą leczenia – to zbiór elementów, które mogą mieć działanie terapeutyczne – mówi dr Kyurim Kang, neurobiolożka i certyfikowana muzykoterapeutka z Johns Hopkins Center for Music and Medicine.

Kolejnym wyzwaniem jest ustalenie, które z tych elementów – rytm, tempo, znajomość utworu, melodia czy znaczenie emocjonalne – mają największe znaczenie w przypadku konkretnego objawu i konkretnego pacjenta. Dzięki temu badacze mogą zbliżyć się do stworzenia zindywidualizowanej „recepty akustycznej”, którą wyobraża sobie dr Aleksander Pantelyat.

Źródło: National Geographic

Chcesz znaleźć więcej inspirujących podróży, fascynujących odkryć i opowieści ze świata nauki? Skorzystaj ze specjalnej oferty prenumeraty magazynów National Geographic Polska i National Geographic Traveler.