Το μαθηματικό πλαίσιο διερευνά πώς ο εγκέφαλος διατηρεί ένα ρυθμό
"Οι άνθρωποι και άλλα ζώα συγχρονίζονται με ρυθμικά γεγονότα στο περιβάλλον τους. "Το μοντέλο μας προσφέρει πληροφορίες για το πώς ο εγκέφαλος επιτυγχάνει τόσο τον συγχρονισμό με βάση το χτύπημα όσο και τις ευέλικτες προσαρμογές στις αλλαγές στο περιβάλλον στο περιβάλλον".
Ο Schroeder και το μαθηματικό μοντέλο της ομάδας του επικεντρώνονται στο ρόλο των βασικών γαγγλίων, μιας δομής του εγκεφάλου που εμπλέκεται στον έλεγχο και τη μάθηση του κινητήρα. Οι επιστήμονες συνδυάζουν τη μαθηματική τους ανάλυση με δεδομένα συμπεριφοράς από προηγούμενη μελέτη για να παρέχουν πειραματική υποστήριξη για τις προβλέψεις του μοντέλου τους.
Το μοντέλο υποδεικνύει ότι ο εγκέφαλος έχει δύο συζευγμένους νευρικούς πληθυσμούς:το ένα που αντιπροσωπεύει κανονικό χρονικό διάστημα με βάση το ρυθμό (μηχανισμός τύπου μετρονόμου) και ο άλλος, ένας ρυθμιζόμενος νευρωνικός ταλαντωτής που επιτρέπει στον εγκέφαλο να προσαρμόσει ευέλικτα τον εσωτερικό του ρυθμό σε εξωτερικές αλλαγές ρυθμού.
Η πειραματική επικύρωση του μοντέλου προήλθε από ένα μουσικό έργο που εκτελείται από ανθρώπινα θέματα. Οι συμμετέχοντες άκουγαν μια σειρά αποχρώσεων των οποίων ο ρυθμός σταδιακά αυξήθηκε ή μειώθηκε στην ταχύτητα και χτύπησαν τα δάχτυλά τους στο ρυθμό. Οι ερευνητές μέτρησαν την ακρίβεια των συμμετεχόντων και το βρήκαν στενά ευθυγραμμισμένο με τις προβλέψεις του μοντέλου-οι μεμονωμένοι αρχικά καθυστέρησαν σε σχέση με τον πραγματικό ρυθμό, αλλά τελικά προσαρμόστηκαν και χτυπήθηκαν με ακρίβεια καθώς άλλαξε ο ρυθμός.
"Ένα εντυπωσιακό εύρημα ήταν ότι οι άνθρωποι τείνουν να συγχρονίζονται με την αναμενόμενη και όχι με τον πραγματικό ρυθμό κατά τη διάρκεια των μεταβάσεων στο ρυθμό", παρατηρεί ο Schroeder. "Αυτό υποδηλώνει ότι ο εγκέφαλος προβλέπει ενεργά τη μελλοντική θέση του ρυθμού, σε αντίθεση με την απλή αντίδραση σε αυτό".
Οι συγγραφείς λένε ότι το μοντέλο τους-η πρώτη μαθηματική περιγραφή των συζευγμένων νευρωνικών πληθυσμών που πιστεύεται ότι υπογραμμίζουν τον συγχρονισμό με βάση το Beat-έχει τη δυνατότητα να εξηγήσει ένα ευρύ φάσμα συμπεριφορών, από το χορό και τη μουσική μέχρι τον κοινωνικό συντονισμό και την επεξεργασία της γλώσσας.
"Πιστεύουμε ότι η αρχιτεκτονική διπλού ταλαντωτή θα παράσχει πληροφορίες για το πώς οι νευρικές διεργασίες ευθυγραμμίζονται και προσαρμόζονται σε ρυθμικές αισθητηριακές εισροές, η οποία είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση μιας σειράς γνωστικών λειτουργιών", λέει ο Schroeder.
