Principles Of Entrainment

i 1666 oppdaget den nederlandske fysikeren Christian Huygens at pendelfrekvensene til to klokker montert på samme vegg eller brett ble synkronisert med hverandre. Han antok at vibrasjonene av luftmolekyler ville overføre små mengder energi fra en pendel til den andre og synkronisere dem til en felles frekvens. Men når den ble satt på forskjellige overflater, forsvant effekten. Overføringsmediet var faktisk det vibrerende brettet eller veggen. For luftmolekylvibrasjoner ville det vært for mye demping i prosessen med energioverføring, som senere ble oppdaget. Effekten ble senere bekreftet av mange andre eksperimenter og ble kalt entrainment. I entrainment forårsaker de forskjellige mengder energi som overføres mellom de bevegelige kroppene på grunn av de asynkrone bevegelsesperiodene negativ tilbakemelding. Denne tilbakemeldingen driver en justeringsprosess der de forskjellige energimengdene gradvis elimineres til null til begge bevegelige legemer beveger seg i resonansfrekvens eller synkronisering. Jo sterkere «oscillator» låser svakere inn i frekvensen. Når begge oscillerende legemer har like sterk energi, beveger begge systemene seg mot hverandre: jo raskere systemet bremser og det langsommere systemet går opp til de låser seg inn i en felles bevegelsesperiode (Pantaleone, 2002).Teknisk sett refererer entrainment i fysikk til frekvenslåsing av to oscillerende legemer, dvs., organer som kan bevege seg i stabile periodiske eller rytmiske sykluser. De har forskjellige frekvenser eller bevegelsesperioder når de beveger seg uavhengig, men når de samhandler, antar de en felles periode. Forresten antok Huygens pendler faktisk en felles periode 180°ut av fase, som han kalte » odd sympathy.»Det er nå kjent at entrainment kan forekomme i ulike faseforhold av bevegelsessettene til de oscillerende legemene. Et stabilt faseforhold oppnås når begge kroppene starter og stopper bevegelsesperioden samtidig. Dette er imidlertid ikke en nødvendig forutsetning for entrainment å skje. Den avgjørende faktoren for entrainment er den vanlige perioden for de oscillerende bevegelsene til de to legemene. Felles periode entrainment er av avgjørende betydning for kliniske anvendelser av rytmisk entrainment som en temporal cue i motor rehabilitering (Kugler Og Turvey, 1987; Thaut et al.( 1998a). Felles periode entrainment fastslår at den rytmiske køen gir en kontinuerlig tidsreferanse under hele varigheten av bevegelsen som skal reguleres.

Auditiv System og Tidsoppfattelse

betydningen av det auditive systemet i kontroll av bevegelse ble tradisjonelt gitt mye mindre oppmerksomhet i motorisk kontrollteori og forskning enn det visuelle eller proprioceptive systemet. Derfor, auditiv rytme og mer komplekse auditiv tid strukturer forbundet med musikalske mønstre var ikke gi mye funksjonell verdi i motorisk læring eller motor rehabilitering. Følgelig spilte søknad til motorterapier ingen rolle i tradisjonell musikkterapi. Musikk ble tildelt for det meste en motiverende rolle for bevegelse ytelse (Thaut, 2005).grunnleggende nevrofysiologi og biofysikk av sensorimotorisk tilkobling har imidlertid alltid vist spennende samspill mellom det auditive og motoriske systemet. Det auditive systemets evne til raskt å konstruere stabile temporale maler er velkjent (se for en gjennomgang: Thaut og Kenyon, 2003). Det auditive systemet er ypperlig konstruert for å oppdage temporale mønstre i auditive signaler med ekstrem presisjon og hastighet, slik det kreves av lydens natur som bare eksisterer i temporale vibrasjonsmønstre (Moore, 2003). I disse oppgavene er hørselssystemet raskere og mer presist enn de visuelle og taktile systemene (Shelton Og Kumar, 2010). Siden lydbølger som er viktigst for tale og musikk og andre perceptuelle oppgaver, er basert på periodiske bevegelser som gjentar seg i regelmessig gjentatte sykluser, er lydsystemet også perceptuelt rettet mot å oppdage og konstruere rytmiske lydmønstre. Endelig har mange studier nå vist at auditive rytmiske signaler kan medføre motorresponser. For eksempel, Thaut et al. (1998b) viste at finger-og armbevegelser øyeblikkelig medfører perioden med en rytmisk stimulus (f.eks. Disse funnene er bekreftet av andre studier (Cf, Large et al., 2002).

Neural Entrainment

det nevrale grunnlaget for auditiv-motor entrainment er mindre forstått. To tidlige elektrofysiologiske studier (Paltsev Og Elner, 1967; Rossignol Og Melvill Jones, 1976) viste hvordan lydsignaler og rytmisk musikk kan prime og tid muskelaktivering via retikulospinale veier. Det er nå godt etablert at hørselssystemet har rikt distribuert fiberforbindelser til motorsentre fra ryggmargen oppover på hjernestammen, subkortikale og kortikale nivåer (Koziol og Spirende, 2009; Schmahmann og Pandya, 2009; Felix et al., 2011). Selv om det spesifikke grunnlaget for nevrale entrainmentmekanismer fortsatt ikke er fullstendig utforsket, har flere studier i det minste vært i stand til å knytte nevrale oscillasjonsmønstre i hørselssystemet til tid og frekvensdynamikk av rytmiske lydstimuli. Fujioka et al. (2012) viste modulasjoner i nevromagnetiske beta-svingninger relatert til rytmisk stimulusfrekvens i hørselsområder, motorområder (sensorimotorisk cortex, supplerende motorområde) samt den nedre frontale gyrus og cerebellum. Tierney Og Kraus (2013) demonstrerte konsistente nevrale responser i dårligere colliculus (IC) synkronisert til en rytmisk auditiv stimulus (stavelsen «da»). IC er en tidlig auditiv vei kjernen i hjernestammen med rike anslag til lillehjernen via dorsolateral pontine kjerner. Siden cerebellum aktiveres i sensorimotoriske synkroniseringsoppgaver (jfr. Stephan et al., 2002; Grahn et al., 2011) og aktiveringer i forskjellige cerebellare regioner tilsvarer ulike aspekter av den tidsmessige dynamikken i rytmisk synkronisering (Thaut et al., 2009b; Konoike et al., 2012) – for eksempel mønsterdeteksjon eller sporing av endringer i rytmisk intervallvarighet-kan representasjonen av timinginformasjon i IC være en viktig funksjon i auditiv-til-motor-transformasjoner under rytmisk innblanding. Til slutt, en MEG studie Av Tecchio et al. (2000) viste amplitudeendringer I m100-komponenten av auditiv fremkalt feltpotensial lineært medført av endringer i rytmiske intervallvarigheter, dvs.lengre intervaller var assosiert med høyere m100-intensiteter og omvendt. Dette medføringsmønsteret var også observerbart under subliminale varighetsendringer ved 2% av den absolutte intervallvarigheten. Imidlertid har de eksakte nevrale overføringsmekanismer fra auditive til motorsentre ikke blitt fullstendig utforsket.Av største betydning i sammenheng med motorrehabilitering var funnet at den skadede hjernen faktisk kan få tilgang til rytmiske innblandingsmekanismer. Tidlige studier av gangtrening i hemiparetisk hjerneslag rehabilitering (Thaut et al., 1993, 1997), Parkinsons sykdom (Thaut et al., 1996; McIntosh et al., 1997), traumatisk hjerneskade (Hurt et al.(1998), og cerebral parese (Thaut et al.( 1998) bekreftet atferdsmessig eksistensen av rytmiske innblandingsprosesser i kliniske populasjoner. Studier som utvidet entrainment til hemiparetisk armrehabilitering fulgte tett (Whitall et al ., 2000; Thaut et al., 2002).Rhythmic entrainment etablerte den første testbare motorteorien for rollen som auditiv rytme og musikk i terapi. De etterfølgende studiene førte til behovet for å kodifisere og standardisere rytmisk-musikalsk søknad om motorrehabilitering(Thaut, 2005; Thaut og Hoemberg, 2014). Teser teknikker ble den første grunnlaget for det kliniske repertoaret av nevrologisk musikkterapi.

Timing Basert Bevegelse Optimalisering

den omfattende effekten av rytmisk innblanding på motorisk kontroll reiser noen viktige teoretiske spørsmål om mekanismene modulerende disse endringene. Vi vet at avfyringshastigheter for auditive nevroner, utløst av auditiv rytme og musikk, medfører avfyringsmønstre av motorneuroner, og dermed kjører motorsystemet til forskjellige frekvensnivåer. Det er to ekstra mekanismer er av stor klinisk betydning i forhold til entrainment. Den første er at auditiv stimulering primerer motorsystemet i en tilstand av beredskap til å bevege seg. Priming øker etterfølgende responskvalitet.

det andre, mer spesifikke aspektet av entrainment refererer til endringene i motorplanlegging og motorutførelse det skaper. Rytmiske stimuli skaper stabile forventende tidsskalaer eller maler. Forventning er et kritisk element i å forbedre bevegelseskvaliteten. Rhythm gir presise forventnings tid signaler for hjernen å planlegge fremover og være klar. Videre er vellykket bevegelsesforventning basert på forkunnskap om varigheten av cue-perioden. Under entrainment innebærer to bevegelsesoscillatorer – i vårt tilfelle neuralt basert – av forskjellige perioder til en felles periode. I auditiv entrainment motoren perioden innebærer perioden av auditiv rytme. Entrainment er alltid drevet av frekvens eller periode entrainment – det vil si at de vanlige periodene kan eller ikke kan være i perfekt faselås(dvs. utbruddet av motorresponsen ville være perfekt synkronisert til auditiv takt). Beat entrainment er et ofte misforstått konsept. Entrainment er ikke definert av beat eller fase entrainment – det er definert av periode entrainment (Large et al., 2002; Thaut og Kenyon, 2003; Nozaradan et al., 2011).Period entrainment gir løsningen på hvorfor auditiv rytme også endrer romlige kinematiske og dynamiske kraftmålinger av muskelaktivering, for eksempel som vist ved utjevning av hastighet og akselerasjonsprofiler. Forkunnskap om varigheten av bevegelsesperioden endrer beregningsmessig alt i motorplanlegging for hjernen. Hastighet og akselerasjon er matematiske tidsderivater av bevegelsesposisjon. Tenk på at en bevegelsessyklus, for eksempel av håndleddet i å nå bevegelser, består av et begrenset antall posisjonskoordinater (x, y, z) hver forbundet med en bestemt tid (t) verdi i bevegelsesperioden. Hvis vi vurderer, for forenkling, kan posisjonskoordinaten x (t) være kontinuerlig i stedet for en diskret funksjon av følgende setninger beskrive matematisk forholdet mellom posisjon, hastighet og akselerasjon uten å gå inn i matematisk ligningsdetalj:

• hastigheten v(t) når som helst t er første gangsderivatet av posisjon x(t) og er lik den numeriske verdien av hellingen til posisjonskurven på tiden t.

• akselerasjonen a(t) når som helst t er den andre gangsderivatet av posisjon x(t), første gangsderivatet av hastighet v(t), og er lik den numeriske verdien av hellingen til hastighetskurven ved tid t.

• posisjonen x til enhver tid t er numerisk lik området under hastighetstidskurven mellom null og t.

• hastigheten v til enhver tid t er numerisk lik området under akselerasjonstidskurven mellom null og t.

Gitt denne bakgrunnsinformasjonen og ved hjelp av et optimaliseringskriterium, f.eks. innblanding. Det faktum at en forutseende tidsbegrensning på bevegelsesperioden (gitt av stimulusperioden) resulterer i et kinematisk veldefinert optimaliseringsproblem, tillater en matematisk analyse som viser en fullstendig spesifikasjon av de tredimensjonale koordinatene til en lembane. Med andre ord, reduksjon i banevariabilitet av armen under en nåbevegelse eller kneet under en trinnsyklus er et naturlig utfall av den rytmiske tidsbegrensningen.i klinisk språk, ved å fiksere bevegelsestid gjennom et rytmisk intervall, har hjernens interne tidtaker nå en ekstra eksternt utløst tidtaker med et presist referanseintervall, en kontinuerlig tidsreferanse (CTR). Denne tidsperioden presenterer tidsinformasjon til hjernen på ethvert stadium av bevegelsen. Hjernen vet når som helst i bevegelsen hvor mye tid som har gått og hvor mye tid som er igjen, noe som muliggjør forbedret forutseende kartlegging og skalering av optimale hastighets-og akselerasjonsparametere over bevegelsesintervallet. Hjernen prøver å optimalisere bevegelsen nå ved å matche den til den gitte malen. Denne prosessen vil resultere ikke bare i endringer i bevegelseshastighet, men også i jevnere og mindre variable bevegelsesbaner og muskelrekruttering. Man kan konkludere med at auditiv rytme, via fysiologisk periodeinnblanding av motorsystemet, virker som en tvangsfunksjon for å optimalisere alle aspekter av motorstyring. Rytme påvirker ikke bare bevegelsestiming-tiden som den sentrale koordinative enheten for motorstyring – men modulerer også mønstre for muskelaktivering og kontroll av bevegelse i rommet (Thaut et al., 1999). Rytmiske signaler gir omfattende optimaliseringsinformasjon til hjernen for omprogrammering av bevegelse.

Med denne forståelsen av de underliggende mekanismene for entrainment er det klinisk mindre viktig hvis pasientene synkroniserer sin motorrespons nøyaktig til rytmen – det er viktig at de inngår i rytmisk periode fordi periodemalen inneholder kritisk informasjon for å optimalisere motorplanlegging og motorutførelse. Forskning har faktisk vist at timingen av motorresponsen i forhold til rytmen kan svinge, mens bevegelsesperioden medfører veldig raskt og nøyaktig til rytmisk periode, og periodens innblanding opprettholdes under frekvensendringer i rytmisk stimulusintervall (Thaut et al.( 1998b).

Kliniske Anvendelser av Entrainment

innsiktene fra rytmiske auditiv-motoriske studier førte til en fullstendig re-konseptualisering av rollen som komplekse auditive stimuli som musikk for terapi og rehabilitering. Tradisjonelt har musikkens rolle i terapi blitt vurdert fra samfunnsvitenskapelige modeller som en stimulans for personlig tolkning med hensyn til trivsel, følelsesmessig respons og sosialt forhold. Selv om disse egenskapene til musikk også er viktige for terapeutiske funksjoner, fokuserte de nye funnene musikkens rolle som terapeutisk stimulans på dens strukturelle egenskaper som danner sensorisk oppfatning knyttet til motorfunksjon (de l ‘ Etoile, 2010; Altenmueller og Schlaug, 2013).De tidlige kliniske funnene har blitt replikert og utvidet av en rekke andre forskningsgrupper som underbygger eksistensen av rytmisk auditiv motorkrets for innblanding i hemiparetisk gangrehabilitering (Ford Et al., 2007; Roerdink et al., 2007, 2011; Thaut et al., 2007; Spaulding et al., 2013). Et stort antall RAS-Studier har replikert og utvidet den fordelaktige bruken AV RAS for mobilitet I Parkinsons sykdom (se for gjennomgang: deDreu et al., 2012).

etter vellykkede eksperimenter med endogene biologiske rytmer av nevrale gangoscillatorer oppstod et nytt spørsmål. Kan rytmisk entrainment også brukes til å medføre hele kroppsbevegelser, spesielt arm – og håndbevegelser som ikke drives av underliggende biologiske rytmer? Svaret ble funnet ved å snu funksjonelle øvre ekstremitetsbevegelser, som vanligvis er diskrete og ikke-rytmiske, til repeterende sykliske bevegelsesenheter som nå kunne matches med rytmiske tidskoder. Flere kliniske forskningsstudier har med hell undersøkt rytmisk cuing for øvre ekstremitet for full kroppskoordinasjon, spesielt i hemiparetisk stroke rehabilitering (Luft et al., 2004; Jørgen et al., 2006; Schneider et al., 2007; Altenmueller et al., 2009; Malcolm et al., 2009; Grau-Sanchez et al., 2013) og hos barn med cerebral parese (Peng et al., 2010; Wang et al., 2013).forbedringene i rehabilitering av slagarm var sammenlignbare i størrelse med data fra forskning i begrensningsindusert terapi (Cit; Massie et al., 2009).

Flere Kliniske Anvendelser Av Entrainment

Rytmisk entrainment strekker seg utover motorisk kontroll. Ny forskning viser at talehastighetskontroll som påvirker forståelighet, oral motorstyring, artikulasjon, talekvalitet og respiratorisk styrke, kan ha stor nytte av rytmisk innblanding ved hjelp av rytme og musikk (Pilon et al ., 1998; Wambaugh Og Martinez, 2000; Thaut et al., 2001; Natke et al., 2003; Lim et al., 2013). Nyere funn i afasi rehabilitering tyder på at den rytmiske komponenten i melodisk intonasjon terapi kan være like viktig som aktivering av intakte høyre hemisfærisk tale kretser gjennom sang (Stahl et al., 2011).endelig har potensialet for tidsmessig innblanding av kognitiv funksjon først nylig oppstått som en viktig driver for terapeutisk forandring. Erkjennelsen av at timing og sekvensering også har en kritisk funksjon i kognitive evner (Conway et al.(2009) har ført til forskning som undersøker den potensielle rollen musikk og rytme som kognitiv rehabiliteringsteknikk. Lyd i musikk er iboende tidsmessig og sekvensiell og kan tjene som et «stillas» for å starte opp representasjonen av tidsmessige sekvensielle mønstre i kognitive funksjoner som minne (Conway et al., 2009). Bootstrapping ikke-musikalsk informasjon til rytmisk-melodiske mønstre av en musikalsk «stillas» kan tilby flere fordeler for å forbedre dyp koding under oppkjøpet og henting i minnet trening. Musikk kan cue tidsmessig orden og sekvensering av informasjon. Den rytmisk-melodiske konturen kan skape en mønsterstruktur som informasjonsenheter kan kartlegges til. Uttrykket struktur av musikkmønstre kan segmentere de totale informasjonsenhetene i et mindre sett med store biter eller overordnede enheter og dermed redusere minnebelastningen (Wallace, 1994). Dette siste punktet kan utgjøre en spesiell fordel i musikk siden musikalske mnemonikk, som korte sanger, vanligvis er sammensatt av et lite alfabet av tonehøyder og rytmiske motiver (Snyder, 2000). Store informasjonsenheter konstruert av store alfabeter (f. eks., ordlister, talltabeller) kan kartlegges på en liten tonehøyde og rytme alfabet som er organisert i overflødige, repeterende og forventende «minneenheter» som reduserer minnebelastning og øker dyp koding (Thaut et al.( 2009a).

Fra Entrainment Til Kompleksitet

Neurologiske musikkterapiteknikker i kognitiv og tale / språk rehabilitering er i stor grad avhengig av rollen som timing i musikk og rytme. Men oppdagelsen av at et musikalsk element som rytme kan være en svært effektiv driver for terapeutisk læring og trening, har ført til et nytt utseende for å vurdere det terapeutiske potensialet til alle musikalske elementer innenfor rammen av musikkoppfattelse og musikkspill. Med andre ord, rytmisk entrainment åpnet dørene for å skifte fra overveiende fortolkende modeller av musikk i terapi til perceptuelle baserte modeller. Fortolkende anvendelser av musikk i terapi forblir viktige, spesielt når psykososiale, affektive / uttrykksfulle eller assosiative langsiktige minnemål blir et funksjonelt fokus for terapi. Men forskning har nå vist hvordan hele kompleksiteten av musikalske elementer kan formes til funksjonell terapi. Perceptuelle øvelser bygget på melodiske og harmoniske mønstre i musikk kan brukes til å trene vedvarende, selektiv, delt, fokusert og vekslende oppmerksomhet i kliniske omgivelser (Gardiner and Thaut, 2014). Musikk som et komplekst auditivt språk har blitt brukt til å re-trene auditiv perception underskudd og forbedre taleoppfattelsen (Tierney Og Kraus, 2013; Mertel, 2014). Spesielle anvendelser av musikkbasert auditiv persepsjonstrening har blitt brukt med cochleaimplantatbrukere (Mertel, 2014). Hos pasienter med hemi-romlig visuell forsømmelse terapeutiske øvelser ved hjelp av musikklytting og instrumentspill som legger vekt på auditiv og visuell fokus på forsømmelsessiden, har vist seg å lykkes med å redusere forsømmelse (Hommel et al., 1990; Abiru et al., 2007; Soto et al., 2009; Bodak et al., 2014). Til slutt, guidet elementær komposisjon og improvisasjon øvelser i musikk med vekt på kompleksitet tenkning, beslutningstaking, problemløsning, resonnement, affektiv evaluering, selvorganisasjon, forståelse, etc. har vist seg å være vellykket i å forbedre utøvende funksjon hos personer med traumatisk hjerneskade (Thaut et al.(2009b; Hegde, 2014).

Frontiers for Neurologic Music Therapy

oppdagelsen av entrainment for terapeutiske formål i de tidlige 1990s har ført til en sterk mengde forskning bevis på at periodiciteten av auditive rytmiske mønstre kan forbedre bevegelsesmønstre hos pasienter med bevegelsesforstyrrelser. Motorstyringsteori og motorisk nevrofysiologi foreslår at endringer i motoriske mønstre skyldes priming av motorsystemet og forventende rytmiske maler i hjernen som muliggjør optimal forventning, motorplanlegging og utførelse med en ekstern rytmisk cue. Hjernens evne til å bruke medvirkning til å omprogrammere utførelsen av et motormønster har gjort rytmisk medvirkning til et viktig verktøy i motorrehabilitering (Thaut Og Abiru, 2010; Thaut og McIntosh, 2014). Mer nylig har temporal rytmisk entrainment blitt utvidet til applikasjoner innen kognitiv rehabilitering og tale-og språkrehabilitering, med nye bevis på at mekanismer for rytmisk entrainment kan være et viktig verktøy for rehabilitering i alle domener av nevrologisk musikkterapi (Thaut, 2010; Thaut and Hoemberg, 2014). Musikkens temporale struktur er fortsatt et sentralt element i terapi og rehabilitering. Oppdagelsen av rytmisk innblanding har imidlertid også åpnet døren for å utforske de terapeutiske mekanismene i andre elementer av musikk som melodi og harmoni, og til slutt i mønsterstrukturen til musikk som et komplekst auditivt språk for å stimulere og (re) trene komplekse kognitive funksjoner. Nevrologisk musikkterapi som en kodifisert og standardisert behandlingsmodell, som for tiden består av 20 teknikker innen motor, tale/språk og kognitiv rehabilitering, har dukket opp og har blitt medisinsk akseptert ganske raskt de siste 15 årene. MEN SIDEN NMT ble bygget på eksisterende forskningsdata, VIL DEN fremtidige FORMEN FOR NMT bli dynamisk drevet av fortsatt forskning. Et av de største områdene av terapeutisk behov er i psykiatrisk rehabilitering. Nye syn på arten av psykisk lidelse, drevet av ny innsikt fra nevropsykiatrisk forskning, kan tillate en mer fokusert forlengelse AV NMT-teknikker innen områdene utøvende og psykososial funksjon, oppmerksomhet og minne for å bidra til psykiatrisk behandling.

Interessekonflikt

forfatterne erklærer at forskningen ble utført i fravær av kommersielle eller økonomiske forhold som kan tolkes som en potensiell interessekonflikt.