同調の原則
1666年、オランダの物理学者Christian Huygensは、同じ壁や板に取り付けられた二つの時計の振り子周波数が互いに同期することを発見した。 彼は、空気分子の振動が一方の振り子から他方の振り子に少量のエネルギーを伝達し、それらを共通の周波数に同期させると推測した。 しかし、異なる表面に設定すると、効果は消えました。 送信媒体は実際には振動板または壁でした。 空気分子の振動については、後に発見されたように、エネルギー伝達の過程であまりにも多くの減衰があったであろう。 この効果はその後、他の多くの実験によって確認され、同調と呼ばれました。 同調では、非同期移動期間による移動体間で伝達されるエネルギーの異なる量は、負のフィードバックを引き起こす。 このフィードバックは両方の移動ボディが共振周波数かsynchronyで動くまで異なったエネルギー量がゼロに次第に除去される調節プロセスを運転する。 より強い”発振器”は、弱いものをその周波数にロックします。 両方の振動体が同じように強いエネルギーを持っているとき、両方のシステムは互いに向かって移動します：より速いシステムは減速し、より遅いシステ
技術的には、物理学におけるエントレインメントは、二つの振動体の周波数ロックを指します。、安定した周期的またはリズミカルなサイクルで移動することができます体。 それらは独立して動くとき異なった頻度か動きの期間を有するが、相互に作用するとき共通の期間を仮定する。 ちなみに、ホイヘンスの振り子は、実際には位相が180°ずれている共通の周期を想定しており、これは彼が”奇妙な同情”と呼んでいました。「同調は、振動する物体の動きの開始の様々な位相関係で起こり得ることが現在知られている。 安定した段階関係は両方のボディが動きの期間を同時に始め、停止するとき達成される。 ただし、これは巻き込みが発生するための必要な前提条件ではありません。 エントレインメントの決定要因は、二つの体の振動運動の共通の周期である。 一般的な周期同調は、運動リハビリテーションにおける一時的な合図としてのリズミカルな同調の臨床応用にとって非常に重要である（Kugler and Turvey,1987;Thaut et al.、1998a）。 共通の期間の巻き込みはリズミカルな手掛りが調整されるべき動きの完全な持続期間の間に連続的な時間の参照を提供することを確立する。
聴覚システムと時間知覚
動きの制御における聴覚システムの重要性は、伝統的に視覚的または固有受容システムよりも運動制御理論 したがって，聴覚リズムと音楽パターンに関連するより複雑な聴覚時間構造は，運動学習や運動リハビリテーションにおいて多くの機能的価値を与えなかった。 その結果，運動療法への適用は伝統的な音楽療法には役割を果たさなかった。 音楽は主に動きのパフォーマンスのための動機付けの役割を割り当てられました（Thaut、2005）。
しかし、感覚運動結合性の基本的な神経生理学および生物物理学は、聴覚系と運動系との間の興味深い相互作用を常に示してきた。 聴覚系が安定した一時的なテンプレートを迅速に構築する能力はよく知られている（レビューについては、Thaut and Kenyon、2003を参照）。 聴覚システムは、時間的振動パターン（Moore、2003）にのみ存在する音の性質によって要求されるように、聴覚信号の時間的パターンを極端な精度と速度で検出す これらの作業では、聴覚システムは視覚および触覚システムよりも速く、より正確である（Shelton and Kumar、2010）。 音声や音楽などの知覚的課題にとって最も重要な音波は、定期的に繰り返される周期的な動きに基づいているため、聴覚システムは、リズミカルな音パターンを検出して構築することにも知覚的に連動しています。 最後に、多くの研究では、聴覚のリズミカルな手がかりが運動応答を引き込むことができることが示されています。 例えば、Ｔｈａｕｔ ｅ ｔ ａ ｌ． (1998b)は、指と腕の動きがリズミカルな刺激の期間（例えば、メトロノームビート）に瞬時に入り込み、意識的に知覚されないメトロノームに微妙なテンポの変化が誘導されても、メトロノームの周波数にロックされたままであることを実証した。 これらの知見は、他の研究によって確認されている（cf,Large et al., 2002).
神経同調
聴覚運動同調のための神経基盤はあまり理解されていません。 二つの初期の電気生理学的研究(Paltsev and Elner,1967; Rossignol and Melvill Jones,1976)は、音の信号とリズミカルな音楽が網状脊髄経路を介してどのようにして筋肉の活性化を促進するかを示した。 聴覚系が、脊髄から脳幹、皮質下、および皮質レベルの上方に、運動中心への繊維結合を豊富に分散させていることは、現在、十分に確立されている（Koziol and Budding,2009;Schmahmann and Pandya,2009;Felix et al., 2011). 神経同調機構の特定の基礎は完全に検討されていないが、いくつかの研究は、少なくともリズミカルな音刺激の時間と周波数ダイナミクスに聴覚系の神経振動パターンをリンクすることができました。 藤岡他 (2012)は、聴覚領域、運動領域（感覚運動皮質、補助運動領域）ならびに下前頭回および小脳における律動刺激周波数に関連する神経磁気ベータ振動の変調を示 Tierney and Kraus(2013)は、リズミカルな聴覚刺激（音節「da」）に同期した下丘（IC）における一貫した神経応答を示した。 ICは、背外側橋核を介して小脳への豊富な突起を有する脳幹の早期聴覚経路核である。 小脳は感覚運動同期タスクで活性化されるので（cf. Stephan et al. ら，２ ０ ０ ２；Ｇｒａｈｎ ｅ ｔ ａ ｌ． 異なる小脳領域における活性化は、リズミカルな同期の時間的動態の異なる側面に対応する（Thaut et al. ら、２ ０ ０ ９ｂ；Ｋｏｎｏｉｋｅ ｅ ｔ ａ ｌ．,2012)–パターン検出やリズミカルな間隔持続時間の変化の追跡など-IC内のタイミング情報の表現は、リズミカルな同調中の聴覚から運動への変換において重要な機能である可能性がある。 最後に、ＴｅｃｃｈｉｏらによるＭＥＧ研究。 (2000)聴覚誘発フィールド電位のm100コンポーネントの振幅の変化を示した線形リズミカルな間隔の持続時間の変化によって引きずられる、すなわち、長い間隔 このエントレインメントパターンは、絶対間隔持続時間の2％でサブリミナル持続時間の変化の間にも観察可能であった。 しかし、聴覚から運動中心への正確な神経伝達機構は完全には検討されていない。
運動リハビリテーションの文脈で最も重要なのは、損傷した脳が実際にリズミカルな巻き込みメカニズムにアクセスできるという発見でした。 片麻痺性脳卒中リハビリテーションにおける歩行訓練の初期の研究（Thaut et al. ら，１ ９ ９ ３，１ ９ ９ ７）、パーキンソン病（Ｔｈａｕｔ ｅ ｔ ａ ｌ．，１ ９ ９ ３，１ ９ ９ ７）、パーキンソン病（ ら、１ ９ ９ ６；Ｍｃｉｎｔｏｓｈ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、１ ９ ９ ７）、外傷性脳損傷（Ｈｕｒｔ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、１ ９ ９ ８）、および脳性麻痺（Ｔｈａｕｔ ｅ ｔ ａ ｌ． 1998年）は、臨床集団におけるリズミカルなエントレインメントプロセスの存在を行動的に確認した。 片頭痛の腕のリハビリテーションへの巻き込みを拡張する研究は、密接に続いている（Whitall et al. ら，２ ０ ０ ０；Ｔｈａｕｔ ｅ ｔ ａ ｌ．, 2002).
リズミカルなエントレインメントは、治療における聴覚リズムと音楽の役割のための最初のテスト可能な運動理論を確立しました。 その後の研究では、運動リハビリテーションのためのリズミカルな音楽アプリケーションを体系化し、標準化する必要がありました（Thaut、2005;Thaut and Hoemberg、2014）。 これらの技術は、神経学的音楽療法の臨床レパートリーの最初の基礎となった。
タイミングベースの動きの最適化
運動制御に対するリズミカルな巻き込みの包括的な効果は、これらの変化を調節するメカニズムについ 我々は、聴覚のリズムと音楽によって引き起こされる聴覚ニューロンの発射速度は、運動ニューロンの発射パターンを巻き込み、運動システムを異なる周波数レベ エントレインメントに関しては、二つの追加のメカニズムが非常に臨床的に重要であるがあります。 第一は、聴覚刺激が運動する準備が整った状態で運動系を発動させることである。 プライミングは、その後の応答品質を向上させます。
エントレインメントの第二の、より具体的な側面は、それが作成するモーター計画とモーター実行の変化を指します。 リズミカルな刺激は、安定した予測的な時間スケールまたはテンプレートを作成します。 予想は動きの質の改善の重大な要素である。 リズムは、脳が先に計画し、準備ができているための正確な予測時間の手がかりを提供します。 さらに、成功した動きの期待は、キュー期間の期間の予知に基づいています。 同調の間に、異なる期間の二つの動き発振器–私たちの場合は神経ベース–は、共通の期間に同伴します。 聴覚同調では、運動期間は聴覚リズムの期間に随伴する。 随伴は常に周波数または周期随伴によって駆動される-すなわち、一般的な期間は完全な位相ロックにあってもなくてもよい（すなわち、モーター応答の開始は聴覚ビートに完全に同期される）。 ビート同調は一般的に誤解されている概念です。 同調は拍動または位相同調によって定義されるのではなく、周期同調によって定義される（Large et al. ら，２ ０ ０ ２；Ｔｈａｕｔ ａｎｄ Ｋｅｎｙｏｎ，２ ０ ０ ３；Ｎｏｚａｒａｄａｎ ｅ ｔ ａ ｌ．, 2011).
ピリオド巻き込みは、聴覚リズムが筋肉活性化の空間運動学的および動的力測定値を変化させる理由の解決策を提供します。 運動期間の長さの予知は、脳の運動計画におけるすべてを計算的に変化させる。 速度と加速度は、移動位置の数学的な時間微分です。 例えば、到達運動における手関節の移動サイクルは、移動期間中の特定の時間（ｔ）値に関連付けられた有限数の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）からなると考えられる。 単純化のために、位置座標x(t)が次の文の離散関数ではなく連続であると考えると、数学的方程式の詳細に入ることなく、位置、速度、および加速度の関係を数学的に記述することができます:
-
任意の時間tにおける速度v(t)は、位置x(t)の第一時間微分であり、時刻tにおける位置曲線の傾きの数値に等しい。
-
任意の時間tにおける加速度a(t)は、位置x(t)の第二時間微分であり、速度v(t)の第一時間微分であり、時刻tにおける速度曲線の傾きの数値に等しい。
-
任意の時間tにおける加速度a(t)は、位置x(t)の第二時間微分であり、速度v(t)の第一時間微分であり、時刻tにおける速度曲線の傾きの数値に等しい。
-
任意の時間tにおける位置xは、ゼロとtの間の速度-時間曲線の下の面積に数値的に等しい。
-
任意の時間tにおける速度vは、ゼロとtの間の加速時間曲線の下の面積に数値的に等しい。
この背景情報を与え、ピーク加速度の最小化などの最適化基準を用いて、三次元空間における時間の関数としての移動軌跡が最適化条件の結果として完全に決定されることを示すことができる。 運動期間（刺激期間によって与えられる）に対する予測的な時間的制約が運動学的に明確に定義された最適化問題をもたらすという事実は、四肢軌道の三次元座標の完全な仕様を示す数学的解析を可能にする。 言い換えれば、ステップサイクル中の到達運動または膝の間の腕の軌道変動の減少は、リズミカルな時間制約の自然な結果である。
臨床言語では、運動時間をリズミカルな間隔で固定することにより、脳の内部タイムキーパーは、正確な基準間隔、連続時間基準（CTR）を持つ追加の外部トリ この期間は、運動の任意の段階で脳に時間情報を提示する。 脳は、運動の任意の時点でどのくらいの時間が経過し、どのくらいの時間が残っているかを知っており、運動間隔全体で最適な速度と加速度パラメータの 脳は、指定されたテンプレートにそれを一致させることによって、今の動きを最適化しようとします。 このプロセスは動きの速度の変更でまたより滑らかで、より少なく可変的な動きの弾道および筋肉募集でだけでなく、起因します。 聴覚リズムは、運動系の生理学的な期間の巻き込みを介して、運動制御のすべての側面を最適化する強制関数として作用すると結論づけることがで リズムは運動のタイミング（運動制御の中心的な調整単位としての時間）に影響を与えるだけでなく、筋肉の活性化と空間における運動の制御のパター, 1999). リズミカルな手がかりは、動きを再プログラミングするための脳への包括的な最適化情報を提供します。
エントレインメントの根底にあるメカニズムを理解することで、患者が運動応答をビートに正確に同期させることは臨床的に重要ではありません。 研究では、拍動に対する運動応答のタイミングが変動することがあるのに対し、運動期間は非常に迅速かつ正確に律動期間に引き込まれ、律動刺激間隔の周波数変化の間に周期巻き込みが維持されることが示されている(Thaut et al.,1998b)。
エントレインメントの臨床応用
リズミカルな聴覚運動研究からの洞察は、治療やリハビリのための音楽などの複雑な聴覚刺激の役割 伝統的に、治療における音楽の役割は、幸福、感情的反応、および社会的関係に関する個人的な解釈の刺激として、社会科学モデルから考慮されてきた。 音楽のこれらの特性は治療機能にとっても重要であるが、新しい発見は、運動機能にリンクされた感覚知覚を形成する構造的特性に治療刺激としての音楽の役割を再焦点化した（de L’Etoile、2010;Altenmueller and Schlaug、2013）。
初期の臨床所見は、片麻痺歩行リハビリテーションにおける巻き込みのためのリズミカルな聴覚運動回路の存在を実証する他の多くの研究グループ ら、２ ０ ０ ７；Ｒｏｅｒｄｉｎｋ ｅ ｔ ａ ｌ． ら，２ ０ ０ ７，２ ０ １ １；Ｔｈａｕｔ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、２ ０ ０ ７；Ｓｐａｕｌｄｉｎｇ ｅ ｔ ａ ｌ．, 2013). 多数のＲＡＳ研究が、パーキンソン病における可動性のためのＲＡＳの有益な使用を複製し、拡張している（総説については、Ｄｅｄｒｅｕ ｅ ｔ ａ ｌ．，２ ０ ０ ２，１ ９ ９ ９，１ ９ ９ ９を参照のこと）。, 2012).
神経歩行振動子の内因性の生物学的リズムを連ねる実験が成功した後、新しい質問が浮上しました。 リズミカルな巻き込みは、全身の動き、特に基礎となる生物学的リズムによって駆動されない腕や手の動きを巻き込むためにも適用できますか？ その答えは、通常は離散的で非律動的な機能的な上肢の動きを、リズミカルな時間の手がかりに一致させることができる反復的な周期的な動き単位に変えることによって見いだされた。 いくつかの臨床研究研究は、特に片頭痛脳卒中リハビリテーションにおいて、全身調整のための上肢のリズミカルなcuingを首尾よく研究している（Luft et al. ら，２ ０ ０ ４；Ｍｃｃｏｍｂｅ−Ｗａｌｌｅｒ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、２ ０ ０ ６；Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、２ ０ ０ ７；Ａｌｔｅｎｍｕｅｌｌｅｒ ｅ ｔ ａ ｌ． ら，２ ０ ０ ９；Ｍａｌｃｏｌｍ ｅ ｔ ａ ｌ． ら，２ ０ ０ ９；Ｇｒａｕ−Ｓａｎｃｈｅｚ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、２ ０ １ ３）および脳性麻痺を有する小児において（Ｐｅｎｇ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、２ ０ １ ０；Ｗａｎｇ ｅ ｔ ａ ｌ．, 2013).
脳卒中腕リハビリテーションの改善は、拘束誘発療法の研究からのデータと同等の大きさであった（CIT;Massie et al., 2009).
エントレインメントのより多くの臨床応用
リズミカルなエントレインメントは、運動制御を超えて拡張します。 新たな研究は、明瞭度、口腔運動制御、調音、音声品質、および呼吸強度に影響を与える発話速度制御が、リズムおよび音楽を使用するリズミカルな同調 ら、１ ９ ９ ８；Ｗａｍｂａｕｇｈ ａｎｄ Ｍａｒｔｉｎｅｚ，２ ０ ０ ０；Ｔｈａｕｔ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、２ ０ ０ １；Ｎａｔｋｅ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、２ ０ ０ ３；Ｌｉｍら、２ ０ ０ ４；Ｌｉｍら、, 2013). 失語症リハビリテーションにおける最近の知見は、旋律イントネーション療法におけるリズミカルな成分が、歌を介した無傷の右半球の音声回路の活性化と同じくらい重要である可能性があることを示唆している（Stahl et al., 2011).最後に、認知機能の時間的同調の可能性は、治療上の変化の重要なドライバーとして最近浮上したばかりである。
最後に、認知機能の時間的同調の可能性 タイミングおよび配列決定はまた、認知能力において重要な機能を有するという認識（Conway et al. 2009年）は、認知リハビリテーション技術としての音楽とリズムの潜在的な役割を調査する研究につながっています。 音楽における音は、本質的に時間的および逐次的であり、記憶などの認知機能における時間的逐次的パターンの表現をブートストラップするための「足場」, 2009). 音楽的な”足場”のリズミカルな旋律パターンに非音楽的な情報をブートストラップすることは、記憶訓練における獲得と検索の間に深いエンコードを強化するためにいくつかの利点を提供することができる。 音楽は、情報の時間的な順序と順序をキューに入れることができます。 リズミカルな旋律の輪郭は、情報単位をマッピングすることができるパターン構造を作成することができます。 音楽パターンのフレーズ構造は、総情報単位をより小さな大きな塊または包括的な単位のセットに分割して、メモリ負荷を軽減することができる（Wallace、1994）。 この最後の点は、短い曲のような音楽ニーモニックは、通常、ピッチとリズミカルなモチーフの小さなアルファベットで構成されているので、音楽における特 大きなアルファベットで構成された大規模な情報単位（例えば、単語リスト、番号表）は、メモリ負荷を低減し、深い符号化を増加させる冗長、反復的、および予測的な”メモリユニット”に編成されている小さなピッチとリズムア、2009a）。
エントレインメントから複雑さへ
認知および音声/言語リハビリテーションにおける神経学的音楽療法技術は、音楽およびリズムにおけるタイ しかし、リズムのような音楽的要素が治療的な学習と訓練の非常に効果的なドライバーになることができるという発見は、音楽知覚と音楽演奏の枠組みの中ですべての音楽的要素の治療的可能性を考慮する新しい外観につながった。 言い換えれば、リズミカルな同調は、治療における音楽の主に解釈的なモデルから知覚的なモデルへの移行への扉を開いた。 治療における音楽の解釈的応用は、特に心理社会的、感情的/表現的、または連想的な長期記憶目標が治療の機能的焦点になる場合に重要である。 しかし、研究は今、音楽的要素の全体の複雑さが機能的治療にどのように形作ることができるかを示しています。 音楽における旋律と調和のパターンに基づいた知覚的練習は、臨床現場での持続的、選択的、分割的、集中的、交互の注意を訓練するために適用され得る（Gardiner and Thaut、2014）。 複雑な聴覚言語としての音楽は、聴覚知覚の欠損を再訓練し、音声知覚を強化するために適用されている（Tierney and Kraus、2013;Mertel、2014）。 人工内耳ユーザーには、音楽ベースの聴覚訓練の特別なアプリケーションが使用されています（Mertel、2014）。 ヘミ空間視覚ネグレクトを有する患者では、ネグレクト側の聴覚的および視覚的焦点を強調する音楽聴取および楽器演奏を用いた治療的練習が、ネグレクトを減少させることに成功していることが示されている(Hommel et al. ら、１ ９ ９ ０；Ａｂｉｒｕ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、２ ０ ０ ７；Ｓｏｔｏ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、２ ０ ０ ９；Ｂｏｄａｋ ｅ ｔ ａ ｌ．, 2014). 最後に、複雑さの思考、意思決定、問題解決、推論、感情評価、自己組織化、理解などを強調した音楽の基本的な構成と即興の練習を導きました。 外傷性脳損傷を有する人における実行機能の改善に成功することが示されている（Thaut et al. 2009b;Hegde,2014)。
神経学的音楽療法のためのフロンティア
1990年代初頭に治療目的のためのエントレインメントの発見は、聴覚リズミカルなパターンの周期性が運動障害患者の運動パターンを改善する可能性があるという強力な研究証拠につながっている。 運動制御理論と運動神経生理学は、運動パターンの変化は、最適な期待、運動計画、および外部のリズミカルなキューで実行を可能にする脳内の運動システ 脳が運動パターンの実行を再プログラムするために同調を使用する能力は、リズミカルな同調を運動リハビリにおける重要なツールにした（Thaut and Abiru、2010;Thaut And McIntosh、2014）。 最近では、時間的なリズミカルな同調は、認知リハビリテーションや音声と言語のリハビリテーションにおけるアプリケーションに拡張されており、リズミカルな同調のメカニズムが神経学的音楽療法のすべての領域におけるリハビリテーションのための不可欠なツールである可能性があるという証拠が浮上している（Thaut、2010;Thaut and Hoemberg、2014）。 音楽の時間的構造は、治療とリハビリの中心的な要素であり続けています。 しかし、リズミカルな同調の発見は、メロディーやハーモニーなどの音楽の他の要素における治療メカニズムを探求する扉を開き、最終的には複雑な認知機能を刺激し（再）訓練するための複雑な聴覚言語としての音楽のパターン構造にも扉を開いた。 成文化された標準化された治療モデルとしての神経学的音楽療法は、現在、運動、音声/言語、および認知リハビリテーションにおける20の技術からなり、過去15年にわたって医学的に非常に急速に受け入れられてきた。 しかし、NMTは既存の研究データに基づいて構築されているため、NMTの将来の形は、継続的な研究によって動的に駆動されます。 治療上の必要性の最大の領域の一つは、精神科のリハビリテーションです。 精神疾患の性質に関する新たな見解は、神経精神学的研究からの新しい洞察によって駆動され、精神医学的治療に貢献するために、執行および心理社会的機能、注意、および記憶の分野におけるNMT技術のより焦点を当てた拡張を可能にするかもしれない。
利益相反に関する声明
著者らは、この研究は、利益相反の可能性と解釈される可能性のある商業的または財政的関係がない場合に行われたと宣言している。
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