Учёные изучают, как нервная система синхронизируется с ритмом и звуком; это открывает новые возможности для неврологической помощи

В документальном фильме 2014 года «Alive Inside» 94-летний Генри, житель дома престарелых, страдающий деменцией, сидит, сгорбившись в инвалидном кресле, опустив голову и скрестив руки. Затем социальный работник надевает на Генри наушники и включает песню Кэба Кэллоуэя 1930-х годов — из его молодости.

Генри открывает глаза. Он поднимает голову, начинает покачиваться в такт музыке, а вскоре начинает петь и оживлённо рассказывать о своих воспоминаниях.

Учёные до сих пор пытаются объяснить такие моменты, как тот, что произошёл с Генри. Знакомая музыка иногда может пробуждать воспоминания и эмоциональные реакции у людей с деменцией, а ритмические звуковые сигналы могут улучшать некоторые аспекты ходьбы у некоторых людей с болезнью Паркинсона или перенёсших инсульт. Сейчас исследователи выходят за рамки общих наблюдений за тем, как музыка облегчает сложные состояния. Они пытаются определить, какие из её компонентов — ритм, темп, знакомость, мелодия или точно синхронизированные сенсорные импульсы — вызывают измеримые эффекты в мозге и теле.

Результаты исследований сильно различаются. Однако в совокупности они указывают на то, что музыка — это не отдельный метод лечения, а совокупность биологических сигналов, и что её терапевтический потенциал может зависеть от правильного соотнесения нужного звукового элемента с нужным участком мозга.

Как мозг улавливает ритм

Прежде чем музыка сможет заставить тело двигаться или пробудить воспоминания, звук должен сначала превратиться в нервный сигнал. Колебания в воздухе воздействуют на барабанную перепонку и приводят в движение три крошечных косточки в среднем ухе. Последняя из них, стремечко, передаёт это движение через овальное окно в заполненное жидкостью внутреннее ухо. Там сенсорные волосковые клетки улитки преобразуют колебания в электрические сигналы, которые проходят по слуховому нерву через ствол мозга и таламус, прежде чем достигнут слуховой коры.

Однако восприятие музыки затрагивает гораздо больше, чем только слуховую кору. В этом процессе также задействованы сети, отвечающие за движение, прогнозирование, память, эмоции и вознаграждение.

Эдвард Лардж, нейробиолог‑теоретик и физик, возглавляющий Лабораторию динамики музыки в Университете Коннектикута, изучает, как мозг распознаёт и предвосхищает ритм. Он участвовал в разработке теории нейронного резонанса (NRT), согласно которой человеческий мозг физически синхронизирует свои собственные нейронные импульсы с внешним музыкальным ритмом.

Ларджа говорит, что поначалу он скептически относился к тому, что музыкальная терапия имеет измеримую научную основу. Переломным моментом стало приглашение музыкального терапевта Кончетты Томайно — соучредительницы Института музыки и неврологических функций вместе с покойным неврологом Оливером Саксом — принять участие в 30-минутном сеансе игры на барабанах с пациентами. Когда группа начала играть, Лардж заметил, как ранее замкнутые пациенты стали притопывать ногами, раскачиваться в такт и взаимодействовать друг с другом. Для него эта сцена стала ярким примером того, как внешний ритм может повышать внимание и влиять на движения.

Позже в лаборатории Ларджа проверили связанную с этим идею: следует ли мозг просто за ритмом или активно его конструирует. Они создали 30-секундные последовательности сложных синкопированных барабанных ритмов, в которых слушатели могли воспринимать устойчивый пульс, хотя звук не содержал акустической энергии на этой частоте. Пока участники слушали, исследователи использовали магнитоэнцефалографию (МЭГ) для измерения крошечных магнитных полей, генерируемых нейронной активностью.

Исследователи обнаружили активность в слуховой коре на частоте отсутствующего пульса. «Они не просто запоминали ритм, — объясняет Лардж. — Они физически генерировали его внутри себя».

Может ли ритм изменять тело?

Влияние ритма может также зависеть от того, насколько он соответствует ритму слушателя. В недавнем исследовании Кэролайн Палмер и её команда из Университета Макгилла сначала измерили спонтанную скорость исполнения каждого участника — естественный темп, с которым человек отбивал знакомую мелодию. Затем исследователи проигрывали музыку с этой скоростью или с темпом, на 15 процентов быстрее или медленнее.

Участники отмечали наименьшую боль, когда музыка соответствовала их естественному темпу. В исследовании использовалась экспериментально вызванная тепловая боль у здоровых взрослых, поэтому оно не доказывает, что персонализированная музыка может заменить обезболивающие препараты. Однако оно позволяет предположить, что воздействие музыки может зависеть не только от того, что слышит человек, но и от того, как её ритм соотносится с собственными ритмами организма.

Другие исследователи изучают более экспериментальную возможность: может ли точно синхронизированная сенсорная стимуляция влиять на паттерны нейронной активности, нарушенные в результате заболевания.

Одно из направлений — гамма‑активность, диапазон быстрых нейронных колебаний, участвующих в таких процессах, как восприятие, внимание и память. Исследования показали, что гамма‑активность может нарушаться при болезни Альцгеймера, что побудило исследователей задаться вопросом, может ли стимуляция, подаваемая извне, укрепить эти ритмы.

В исследовании 2019 года нейробиолог Ли‑Хуэй Цай и её коллеги из Массачусетского технологического института подвергали мышей, генетически модифицированных таким образом, что у них развивалось накопление амилоида, сходное с болезнью Альцгеймера, воздействию звуковых тонов с частотой 40 импульсов в секунду в течение одного часа в день на протяжении семи дней. Такая стимуляция усиливала нейронную активность с частотой 40 герц в слуховой коре и гиппокампе и снижала несколько показателей амилоидной нагрузки в обеих областях. Кроме того, мыши показали лучшие результаты в тестах на пространственную память и память на распознавание.

Когда исследователи сочетали эти звуки с мерцающим светом той же частоты, синхронизированная активность распространилась на дополнительные области, в том числе на медиальную префронтальную кору, и привела к более значительному снижению амилоидной патологии. В настоящее время исследователи проверяют, может ли стимуляция частотой 40 герц надёжно вызывать такую же нейронную активность у людей и, что ещё важнее, может ли это существенно замедлить когнитивный или функциональный спад.

Стремясь преобразовать лежащие в основе научные открытия в прикладную терапию, Лардж стал соучредителем компании Oscillo Biosciences для разработки носимой системы под названием SynchronyGamma. Система сочетает музыку с точно синхронизированной визуальной стимуляцией, вместо того чтобы предлагать пользователям слушать только повторяющиеся лабораторные тоны.

Пока не установлено, способствует ли этот более персонализированный формат улучшению приверженности лечению, изменяет ли он нейронную активность или приносит клиническую пользу. Именно в этом заключается главная задача, стоящая перед этой областью науки: превратить интригующий биологический эффект в метод лечения, который приносит пациентам ощутимую пользу.

Превращение музыки в рецепт

Некоторые из наиболее проработанных с клинической точки зрения приложений уже выходят за пределы лаборатории и находят применение в реабилитации. Невролог из Университета Джонса Хопкинса Александр Пантелят работает над тем, что он описывает как персонализированный, основанный на данных «акустический рецепт». Он сотрудничает с исследователями из Бостонского университета и компанией MedRhythms, специализирующейся на цифровых терапевтических средствах, с целью тестирования системы ритмической слуховой стимуляции с замкнутым контуром.

Полученная в результате технология — зарегистрированная FDA как медицинское устройство класса II для лечения инсульта (InTandem®) и болезни Паркинсона (Movive®) — использует датчики, закреплённые на обуви, для передачи данных о походке в режиме реального времени в программное обеспечение, которое в ответ на них корректирует темп музыки и ритмические сигналы. Если пользователь сбивается с шага, система может замедлить темп или добавить более выраженный ритм, чтобы помочь восстановить ритм ходьбы.

В рамках рандомизированного контролируемого исследования, проведённого в 2025 году, 44 человека с болезнью Паркинсона были распределены на две группы: одна группа ходила с использованием автономной музыкальной системы, а другая — выполняла программу быстрой ходьбы без ритмических сигналов. Через шесть недель участники, использовавшие систему, увеличили количество ежедневных шагов в среднем на 3 343 по сравнению с исходным уровнем, тогда как в контрольной группе этот показатель составил 172 шага. Они также проводили больше времени, ходя с умеренной интенсивностью, и демонстрировали меньшую вариабельность длины шага, что является показателем более устойчивой походки. Эти улучшения в количестве ежедневных шагов и ходьбе с умеренной интенсивностью перестали наблюдаться после того, как участники прекратили использовать устройство.

Результаты по пациентам с инсультом также обнадёживают. В рандомизированном исследовании с участием 87 взрослых с хроническими нарушениями ходьбы после инсульта участники, использовавшие InTandem в течение пяти недель, улучшили скорость ходьбы в большей степени, чем те, кто выполнял программу активной ходьбы. Сорок процентов пользователей InTandem достигли клинически значимого улучшения по сравнению с 13 процентами в контрольной группе.

Будущие исследования направлены на оценку того, может ли эта аудиосинхронизация в конечном итоге снизить риск падений. «Если нам удастся сократить количество падений на 10–20 процентов, это станет важной клинической вехой», — говорит Пантелят.

Однако исследователи считают, что регулирование темпа — это только начало. «Музыка — это не отдельный метод лечения, а совокупность терапевтических компонентов», — говорит Кюрим Кан, нейробиолог и сертифицированный музыкальный терапевт из Центра музыки и медицины Университета Джонса Хопкинса.

Следующая задача заключается в том, чтобы определить, какие компоненты — ритм, темп, знакомая мелодия, особенности мелодии или эмоциональный смысл — имеют наибольшее значение для конкретного симптома и пациента, что приблизит исследователей к индивидуализированному «акустическому рецепту», который предвидит Пантелят.