Princípios de Arrastamento

Em 1666, o físico holandês Christian Huygens descobriu que o pêndulo freqüências de dois relógios montados na mesma parede ou conselho de administração passou a sincronizados uns com os outros. Ele supôs que as vibrações das moléculas de ar transmitiriam pequenas quantidades de energia de um pêndulo para o outro e as sincronizariam a uma frequência comum. No entanto, quando colocado em diferentes superfícies, o efeito desapareceu. O meio de transmissão era, na verdade, a placa vibratória ou a parede. Para as vibrações da molécula de ar teria havido muito amortecimento no processo de transmissão de energia, como mais tarde foi descoberto. O efeito foi posteriormente confirmado por muitos outros experimentos e foi chamado de aprisionamento. No entrelaçamento, as diferentes quantidades de energia transferidas entre os corpos em movimento devido aos períodos de movimento assíncronos causam feedback negativo. Este feedback impulsiona um processo de ajuste no qual as diferentes quantidades de energia são gradualmente eliminadas até que ambos os corpos em movimento se movam em frequência ressonante ou sincronia. O “oscilador” mais forte bloqueia o mais fraco na sua frequência. Quando ambos os corpos oscilantes têm energia igualmente forte, ambos os sistemas se movem em direção uns aos outros: o sistema mais rápido abranda e o sistema mais lento acelera até que se bloqueiem em um período de movimento comum (Pantaleone, 2002).tecnicamente, o entrelaçamento em física refere-se ao bloqueamento de frequência de dois corpos oscilantes., corpos que podem mover-se em ciclos periódicos ou rítmicos estáveis. Eles têm diferentes frequências ou períodos de movimento quando se movem independentemente, mas quando interagem eles assumem um período comum. Incidentalmente, pendulums de Huygens realmente assumiu um período comum 180°fora de fase, que ele chamou de “simpatia estranha.”Sabe-se agora que o entrelaçamento pode ocorrer em várias relações de fase do movimento onsets dos corpos oscilantes. Uma relação de fase estável é alcançada quando ambos os corpos começam e param o seu período de movimento ao mesmo tempo. No entanto, este não é um pré-requisito necessário para o aprisionamento ocorrer. O fator decisivo para o entrelaçamento é o período comum dos movimentos oscilantes dos dois corpos. O entrainment do período comum é de importância crítica para aplicações clínicas do entrainamento rítmico como uma deixa temporal na reabilitação motora (Kugler e Turvey, 1987; Thaut et al., 1998a). O entrelaçamento do período comum estabelece que o taco rítmico fornece uma referência de tempo contínua durante a duração completa do movimento a ser regulado.

sistema auditivo e percepção do tempo

a importância do sistema auditivo no controle do movimento foi tradicionalmente dada muito menor atenção na teoria do controle motor e pesquisa do que o sistema visual ou proprioceptivo. Portanto, o ritmo auditivo e estruturas de tempo auditivo mais complexas associadas aos padrões musicais não deram muito valor funcional na aprendizagem motora ou reabilitação motora. Consequentemente, a aplicação às terapias motoras não desempenhou qualquer papel na terapia musical tradicional. A música foi atribuída principalmente um papel motivacional para o desempenho do movimento (Thaut, 2005).no entanto, a neurofisiologia básica e a Biofísica da conectividade sensorimotora sempre mostraram interações intrigantes entre o sistema auditivo e o motor. A capacidade do sistema auditivo de construir rapidamente modelos temporais estáveis é bem conhecida (ver para uma revisão: Thaut e Kenyon, 2003). O sistema auditivo é construído soberbamente para detectar padrões temporais em sinais auditivos com extrema precisão e velocidade, como exigido pela natureza do som como apenas existindo em padrões de vibração temporal (Moore, 2003). Nessas tarefas, o sistema auditivo é mais rápido e mais preciso do que os sistemas visuais e tácteis (Shelton e Kumar, 2010). Uma vez que as ondas sonoras que são mais importantes para a fala e a música e outras tarefas perceptuais são baseadas em movimentos periódicos que se repetem em ciclos regulares recorrentes, o sistema auditivo também é perceptualmente orientado para detectar e construir padrões de som rítmicos. Finalmente, muitos estudos têm mostrado que pistas rítmicas auditivas podem entrainhar as respostas motoras. Por exemplo, Thaut et al. (1998b), demonstraram que o dedo e os movimentos do braço instantaneamente entrain para o período de um rítmica estímulo (por exemplo, batida do metrônomo) e ficar bloqueado para o metrônomo frequência, mesmo quando sutis mudanças de ritmo, são induzidos em que o metrônomo que, conscientemente, não percebida. Estes resultados foram confirmados por outros estudos (cf. Large et al., 2002).

Entrainment Neural

a base neural para entrainment auditivo-motor é menos compreendida. Dois primeiros estudos electrofisiológicos (Paltsev e Elner, 1967); Rossignol e Melvill Jones, 1976) mostraram como sinais sonoros e música rítmica podem primar e ativar músculos através de vias reticulospinais. Ele agora está bem estabelecido que o sistema auditivo tem ricamente distribuído conexões de fibra para centros motores da medula espinhal para cima no tronco cerebral subcortical e cortical níveis (Koziol e Brotamento, 2009; Schmahmann e Pandya, 2009; Felix et al., 2011). Embora a base específica dos mecanismos de entrelaçamento neural ainda não tenha sido totalmente explorada, vários estudos têm sido pelo menos capazes de ligar os padrões de oscilação neural no sistema auditivo à dinâmica de tempo e frequência dos estímulos sonoros rítmicos. Fujioka et al. (2012) showed modulations in neuromagnetic beta oscillations related to the rhythmic stimulus frequency in auditory areas, motor areas (sensorimotor cortex, supplementary motor area) as well as the inferior frontal gyrus and the cerebellum. Tierney e Kraus (2013) demonstraram respostas neurais consistentes no colículo inferior (IC) sincronizadas com um estímulo auditivo rítmico (a sílaba “da”). O IC é um núcleo da via auditiva inicial no tronco cerebral com ricas projeções para o cerebelo através do núcleo dorsolateral da Pontina. Uma vez que o cerebelo é ativado em tarefas de sincronização sensorimotor (cf. Stephan et al., 2002; Grahn et al., 2011) e ativações em regiões cerebelares distintas correspondem a diferentes aspectos da dinâmica temporal da sincronização rítmica (Thaut et al., 2009b; Konoike et al., 2012) – como detecção de padrões ou rastreamento de alterações na duração do intervalo rítmico-a representação da informação de timing no IC pode ser uma função importante nas transformações auditivas-motoras durante o entrelaçamento rítmico. Finalmente, um estudo MEG de Tecchio et al. (2000) mostrou alterações de amplitude no componente M100 do potencial de campo evocado auditivo linearmente entrelaçado por alterações nas durações do intervalo rítmico, ou seja, intervalos mais longos foram associados com intensidades mais elevadas de M100 e vice-versa. Este padrão de entrelaçamento também foi observável durante as alterações de duração subliminar a 2% da duração absoluta do intervalo. No entanto, os mecanismos de transmissão neural exata de centros auditivos para centros motores não foram totalmente explorados.

de maior importância no contexto da reabilitação motora foi a constatação de que o cérebro ferido pode de fato acessar mecanismos rítmicos de aprisionamento. Estudos iniciais de formação de marcha em reabilitação hemiparética de AVC (Thaut et al., 1993, 1997), Parkinson disease (Thaut et al., 1996; McIntosh et al., 1997), traumatic brain injury (Hurt et al., 1998), and cerebral palsy (Thaut et al., 1998) confirmou behavioralmente a existência de processos rítmicos de arrastamento em populações clínicas. Estudos que estenderam o entrelaçamento à reabilitação hemiparética de braços seguiram de perto (Whitall et al., 2000; Thaut et al., 2002).o entraiamento rítmico estabeleceu a primeira teoria motora testável para o papel do ritmo auditivo e da música na terapia. Os estudos subsequentes levaram à necessidade de codificar e padronizar a aplicação rítmica-musical para reabilitação motora (Thaut, 2005; Thaut e Hoemberg, 2014). Estas técnicas tornaram-se a base inicial do repertório clínico da terapia musical neurologica.

otimização do movimento baseada no tempo

o efeito abrangente do entraimento rítmico no controle motor levanta algumas questões teóricas importantes quanto aos mecanismos que modulam estas mudanças. Sabemos que as taxas de disparo dos neurônios auditivos, desencadeadas pelo ritmo auditivo e pela música, entrainam os padrões de disparo dos neurônios motores, levando assim o sistema motor a diferentes níveis de frequência. Existem dois mecanismos adicionais de grande importância clínica no que diz respeito ao aprisionamento. A primeira é que a estimulação auditiva prime o sistema motor em um estado de prontidão para se mover. A preparação aumenta a qualidade de resposta subsequente.o segundo aspecto mais específico do entrelaçamento refere-se às mudanças no planejamento motor e na execução motora que ele cria. Estímulos rítmicos criam escalas de tempo antecipatórias estáveis ou modelos. A antecipação é um elemento crítico para melhorar a qualidade do movimento. O ritmo fornece indicações precisas de tempo antecipado para que o cérebro planeie com antecedência e esteja pronto. Além disso, a antecipação bem sucedida do movimento é baseada no conhecimento prévio da duração do período cue. Durante o aprisionamento, dois osciladores de movimento-no nosso caso neuralmente – de diferentes períodos entrainam para um período comum. No entrainamento auditivo o período motor entrains ao período do ritmo auditivo. O entrainamento é sempre impulsionado por entrainamento de frequência ou período – Ou seja, os períodos comuns podem ou não estar em fase perfeita bloqueio (ou seja, o início da resposta motora seria perfeitamente sincronizado com o ritmo auditivo). O entrelaçamento Beat é um conceito geralmente mal compreendido. O Entrainment não é definido pelo entrainment beat ou fase-é definido pelo entrainment do período (Large et al., 2002; Thaut and Kenyon, 2003; Nozaradan et al., 2011).

o entrelaçamento do período oferece a solução para o porquê do ritmo auditivo também mudar as medidas de força cinemática e dinâmica espacial da ativação muscular, por exemplo, como evidenciado pela suavização dos perfis de velocidade e aceleração. O conhecimento prévio da duração do período de movimento muda computacionalmente tudo no planejamento motor para o cérebro. Velocidade e aceleração são derivados matemáticos do tempo da posição de movimento. Considerar que um ciclo de movimento, por exemplo, da articulação do pulso em alcançar movimentos, consiste de um número finito de coordenadas de posição (x,y,z) cada um associado com um determinado valor de tempo (t) durante o período de movimento. Se considerarmos, por simplificação, que a coordenada de posição x (t) é contínua ao invés de uma função discreta das seguintes afirmações pode descrever matematicamente a relação entre Posição, velocidade e aceleração sem entrar no detalhe da equação matemática.:

• A velocidade v(t) em qualquer tempo t é a primeira vez derivado da posição x(t) e é igual ao valor numérico da inclinação da posição da curva no tempo t.

• A aceleração a(t) em qualquer tempo t é a segunda vez derivado da posição x(t), a primeira derivada da velocidade v(t), e é igual ao valor numérico da inclinação da curva de velocidade no tempo t.

• A posição x em qualquer instante t é numericamente igual à área sob a velocidade da curva de tempo entre zero e t.

• A velocidade v, em qualquer tempo t é numericamente igual à área sob a aceleração-curva de tempo entre zero e t.

Dado este pano de fundo de informações e a utilização de um critério de otimização, por exemplo, tais como minimização de aceleração de pico, podemos agora mostrar que a trajetória do movimento como uma função do tempo no espaço tridimensional é completamente determinada como uma conseqüência da otimização da condição, isto é, todo o movimento do ciclo é fixa no tempo, devido ao período de arrastamento. O fato de que uma restrição Temporal antecipada no período de movimento (dada pelo período de estímulo) resulta em um problema de otimização cinematicamente bem definido permite uma análise matemática mostrando uma especificação completa das coordenadas tridimensionais de uma trajetória de membro. Em outras palavras, a redução na variabilidade da trajetória do braço durante um movimento de alcance ou do joelho durante um ciclo de passo é um resultado natural da restrição de tempo rítmica.

na linguagem clínica, ao fixar o tempo de movimento através de um intervalo rítmico, o cronometrista interno do cérebro tem agora um cronometrista externo adicional com um intervalo de referência preciso, uma referência contínua de tempo (CTR). Este período de tempo apresenta informação de tempo para o cérebro em qualquer fase do movimento. O cérebro sabe, em qualquer ponto do movimento, quanto tempo passou e quanto tempo resta, permitindo mapeamento antecipado aprimorado e dimensionamento dos parâmetros de velocidade e aceleração ideais ao longo do intervalo de movimento. O cérebro tenta otimizar o movimento agora, combinando-o com o modelo dado. Este processo resultará não só em mudanças na velocidade do movimento, mas também em trajetórias de movimento mais suaves e menos variáveis e recrutamento muscular. Pode-se concluir que o ritmo auditivo, através do entrelaçamento do período fisiológico do sistema motor, atua como uma função de força para otimizar todos os aspectos do controle motor. O ritmo não só influencia o timing do movimento-tempo como a unidade coordenadora central de controle motor – mas também modula padrões de ativação muscular e controle do movimento no espaço (Thaut et al., 1999). Pistas rítmicas fornecem informações completas de otimização para o cérebro para o movimento de re-programação.com este entendimento dos mecanismos subjacentes do entrainment é clinicamente menos importante se os pacientes sincronizarem sua resposta motora exatamente com a batida – é importante que eles se inclinem para o período rítmico porque o template do período Contém a informação crítica para otimizar o planejamento motor e a execução motora. A pesquisa mostrou, de fato, que o tempo de resposta do motor em relação à batida pode flutuar enquanto o período de movimento entra muito rápida e precisamente para o período rítmico e o período de entrelaçamento é mantido durante as mudanças de frequência no intervalo de estímulo rítmico (Thaut et al., 1998b).

aplicações clínicas do Entrainamento

os insights dos estudos rítmicos auditivo-motor levaram a uma completa re-conceitualização do papel dos estímulos auditivos complexos, como a música para terapia e reabilitação. Tradicionalmente, o papel da música na terapia tinha sido considerado a partir de modelos de ciências sociais como um estímulo para a interpretação pessoal no que diz respeito ao bem-estar, resposta emocional e relacionamento social. Embora essas propriedades de música são também importantes para a terapêutica funções novas descobertas focalizou o papel da música como terapêutica de estímulo em suas propriedades estruturais moldar a percepção sensorial ligada à função motora (de l’Etoile, 2010; Altenmueller e Schlaug, 2013).

os primeiros achados clínicos foram replicados e estendidos por uma série de outros grupos de pesquisa que fundamentam a existência de circuitos auditivos-motores rítmicos para o entrainment na reabilitação hemiparética da marcha (Ford et al., 2007; Roerdink et al., 2007, 2011; Thaut et al., 2007; Spaulding et al., 2013). Um grande número de RAS-estudos replicaram e ampliaram o uso benéfico de RAS para a mobilidade na doença de Parkinson (ver para revisão: detreu et al., 2012).após experiências bem sucedidas com a formação de ritmos biológicos endógenos de osciladores de marcha neural, surgiu uma nova questão. O entrelaçamento rítmico também pode ser aplicado aos movimentos do corpo inteiro, especialmente os movimentos do braço e da mão que não são impulsionados por ritmos biológicos subjacentes? A resposta foi encontrada transformando movimentos funcionais da extremidade superior, que são geralmente discretos e não-rítmicos, em unidades repetitivas de movimento cíclico que agora poderiam ser correspondidas a sinais de tempo rítmico. Vários estudos de pesquisa clínica têm investigado com sucesso o tratamento rítmico para a extremidade superior para coordenação completa do corpo, especialmente na reabilitação hemiparética de AVC (Luft et al., 2004; McCombe-Waller et al., 2006; Schneider et al., 2007; Altenmueller et al., 2009; Malcolm et al., 2009; Grau-Sanchez et al., 2013) e em crianças com paralisia cerebral (Peng et al., 2010; Wang et al., 2013).

As melhorias na reabilitação de braços AVC foram comparáveis em tamanho aos dados da pesquisa na terapia induzida por restrições (CIT; Massie et al., 2009).

Mais aplicações clínicas do Entrainment

o entrainment rítmico estende-se para além do controlo motor. Pesquisas emergentes mostram que o controle da taxa de fala afetando a inteligibilidade, o controle motor oral, a articulação, a qualidade da voz e a força respiratória podem se beneficiar muito do entrelaçamento rítmico usando ritmo e música (Pilon et al., 1998; Wambaugh and Martinez, 2000; Thaut et al., 2001; Natke et al., 2003; Lim et al., 2013). Descobertas recentes na reabilitação da afasia sugerem que o componente rítmico da terapia de entonação melódica pode ser tão importante quanto a ativação de circuitos de fala hemisférica direita intactos através do canto (Stahl et al., 2011).por último, o potencial de entraimento temporal da função cognitiva só recentemente emergiu como um importante motor da mudança terapêutica. O reconhecimento de que o tempo e a sequenciação também têm uma função crítica nas habilidades cognitivas (Conway et al., 2009) levou a pesquisas investigando o papel potencial da música e do ritmo como técnica de reabilitação cognitiva. O som na música é inerentemente temporal e sequencial e pode servir como um “andaime” para iniciar a representação de padrões sequenciais temporais em funções cognitivas como a memória (Conway et al., 2009). A introdução de informações não-musicais aos padrões rítmicos-melódicos de um “andaime” musical pode oferecer várias vantagens para melhorar a codificação profunda durante a aquisição e recuperação de memória. A música pode influenciar a ordem temporal e a sequenciação da informação. O contorno rítmico-melódico pode criar uma estrutura de padrão para a qual as unidades de informação podem ser mapeadas. A estrutura de frases dos padrões musicais pode segmentar as unidades de informação total em um conjunto menor de grandes blocos ou unidades de overarching, reduzindo assim a carga de memória (Wallace, 1994). Este último ponto pode constituir uma vantagem particular na música, uma vez que a mnemónica musical, como as canções curtas, são geralmente compostas por um pequeno alfabeto de pitches e motivos rítmicos (Snyder, 2000). Grandes unidades de informação construídas por alfabetos grandes (e.g., listas de palavras, tabelas de números) pode ser mapeado em um pequeno passo e alfabeto de ritmo que é organizado em “unidades de memória” redundantes, repetitivas e antecipatórias, reduzindo a carga de memória e aumentando a codificação profunda (Thaut et al., 2009a).

do entrelaçamento à complexidade

técnicas de terapia musical neurológica na reabilitação cognitiva e fonoaudiológica / linguística dependem em grande medida do papel do timing na música e no ritmo. No entanto, a descoberta de que um elemento musical como o ritmo pode ser um motor muito eficaz de aprendizagem terapêutica e treinamento, levou a um novo olhar para considerar o potencial terapêutico de todos os elementos musicais dentro de um quadro de Percepção Musical e música tocando. Em outras palavras, o entrelaçamento rítmico abriu as portas para mudar de modelos predominantemente interpretativos de música em terapia para modelos baseados em percepções. As aplicações interpretativas da música na terapia permanecem importantes, especialmente quando os objetivos psicossociais, afetivos/expressivos ou associativos a longo prazo da memória se tornam um foco funcional da terapia. Entretanto, pesquisas têm mostrado como toda a complexidade dos elementos musicais pode ser moldada em terapia funcional. Exercícios perceptuais construídos sobre padrões melódicos e harmônicos na música podem ser aplicados para treinar a atenção sustentada, seletiva, dividida, focada e alternada em ambientes clínicos (Gardiner e Thaut, 2014). A música como uma linguagem auditiva complexa tem sido aplicada para re-treinar déficits de percepção auditiva e melhorar a percepção da fala (Tierney e Kraus, 2013; Mertel, 2014). Aplicações especiais de treinamento de percepção auditiva baseada em música têm sido usadas com usuários de implante coclear (Mertel, 2014). Em pacientes com negligência visual hemi-espacial, exercícios terapêuticos usando a escuta de música e instrumentação que enfatizam o foco auditivo e visual no lado da negligência têm sido mostrados como bem sucedidos na redução da negligência (Hommel et al., 1990; Abiru et al., 2007; Soto et al., 2009; Bodak et al., 2014). Finalmente, exercícios de composição elementar e improvisação guiados na música enfatizando o pensamento de complexidade, tomada de decisão, resolução de problemas, raciocínio, avaliação afetiva, auto-organização, compreensão, etc. tem sido demonstrado ser bem sucedido em melhorar a função executiva em pessoas com lesão cerebral traumática (Thaut et al., 2009b; Hegde, 2014).

Fronteiras para Neurológicas Terapia de Música

A descoberta de arrastamento para fins terapêuticos, no início da década de 1990, levou a um forte corpo de evidências científicas de que a periodicidade da auditivo padrões rítmicos poderia melhorar os padrões de movimento em pacientes com distúrbios do movimento. A teoria do controle Motor e a neurofisiologia do motor propõem que as mudanças nos padrões motores são devidas à primagem do sistema motor e modelos rítmicos antecipatórios no cérebro que permitem uma antecipação óptima, planejamento motor e execução com uma deixa rítmica externa. A capacidade de o cérebro usar o arrastamento para re-programar a execução de um padrão motor fez rítmica arrastamento uma ferramenta importante na reabilitação motora (Thaut e Abiru, 2010; Thaut e McIntosh, 2014). Mais recentemente, temporal e rítmica arrastamento foi estendido para aplicações em reabilitação cognitiva e da fala e da linguagem de reabilitação, com surgindo evidências de que os mecanismos de rítmica arrastamento pode ser uma ferramenta essencial para a reabilitação em todos os domínios da neurológicas terapia de música (Thaut, 2010; Thaut e Hoemberg, 2014). A estrutura temporal da música continua sendo um elemento central na terapia e reabilitação. No entanto, a descoberta do entrelaçamento rítmico também abriu a porta para explorar os mecanismos terapêuticos em outros elementos da música, como a melodia e a harmonia, e finalmente na estrutura padrão da música como uma linguagem auditiva complexa para estimular e (re) treinar funções cognitivas complexas. A terapia musical neurologica como um modelo de tratamento codificado e padronizado, atualmente compreendendo 20 técnicas de reabilitação motora, fonoaudiológica e cognitiva, surgiu e tem sido medicamente aceito muito rapidamente nos últimos 15 anos. No entanto, uma vez que a NMT foi construída com base em dados de pesquisa existentes, a forma futura da NMT será dinamicamente impulsionada por pesquisas contínuas. Uma das maiores áreas de necessidade terapêutica é a reabilitação psiquiátrica. Visões emergentes sobre a natureza da doença mental, impulsionadas por novos insights da pesquisa neuropsiquiátrica, podem permitir uma extensão mais focada das técnicas NMT nas áreas de função executiva e psicossocial, atenção e memória para contribuir para o tratamento psiquiátrico.

Declaração de conflito de interesses

os autores declaram que a investigação foi realizada na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que possam ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.