Music in the recovering brain

Listening to music involves a widely distributed bilateral network of brain regions that controls many auditory perceptual, cognitive, emotional, and motor functions. Exposure to music can also temporarily improve mood, reduce stress, and enhance cognitive performance as well as promote neural plasticity. However, very little is currently known about the relationship between music perception and auditory and cognitive processes or about the potential therapeutic effects of listening to music after neural damage. This thesis explores the interplay of auditory, cognitive, and emotional factors related to music processing after a middle cerebral artery (MCA) stroke. In the acute recovery phase, 60 MCA stroke patients were randomly assigned to a music listening group, an audio book listening group, or a control group. All patients underwent neuropsychological assessments, magnetoencephalography (MEG) measurements, and magnetic resonance imaging (MRI) scans repeatedly during a six-month post-stroke period. The results revealed that amusia, a deficit of music perception, is a common and persistent deficit after a stroke, especially if the stroke affects the frontal and temporal brain areas in the right hemisphere. Amusia is clearly associated with deficits in both auditory encoding, as indicated by the magnetic mismatch negativity (MMNm) response, and domain-general cognitive processes, such as attention, working memory, and executive functions. Furthermore, both music and audio book listening increased the MMNm, whereas only music listening improved the recovery of verbal memory and focused attention as well as prevented a depressed and confused mood during the first post-stroke months. These findings indicate a close link between musical, auditory, and cognitive processes in the brain. Importantly, they also encourage the use of listening to music as a rehabilitative leisure activity after a stroke and suggest that the auditory environment can induce long-term plastic changes in the recovering brain.

Musiikin kuuntelu aktivoi aivoissa laajaa, molemmille aivopuoliskoille ulottuvaa hermoverkkoa, joka säätelee useita auditiivisia, kognitiivisia, emotionaalisia sekä motorisia toimintoja. Musiikki voi hetkellisesti kohentaa mielialaa, vähentää stressiä ja tehostaa kognitiivista suoriutumista sekä myös saada aivoissa aikaan neuroplastisia muutoksia. Vielä ei kuitenkaan tiedetä, miten musiikin havaitseminen liittyy muihin auditiivisiin ja kognitiivisiin toimintoihin ja voiko musiikin kuuntelulla olla positiivisia vaikutuksia kuntoutumiseen aivovaurion jälkeen. Tässä väitöskirjassa tutkittiin auditiivisten, kognitiivisten ja emotionaalisten tekijöiden yhteyttä musiikin käsittelyyn keskimmäisen aivovaltimon (MCA) akuutin aivoinfarktin jälkeen. Tutkimukseen osallistui 60 aivoinfarktiin sairastunutta potilasta, jotka jaettiin satunnaistetusti musiikin kuunteluryhmään, äänikirjojen kuunteluryhmään ja verrokkiryhmään. Kaikille potilaille tehtiin neuropsykologiset tutkimukset sekä aivojen magnetoenkefalografiamittaukset (MEG) ja magneettikuvaukset (MRI) toistetusti kuuden kuukauden seuranta-ajan kuluessa. Tulokset osoittivat, että amusia, musiikin havaitsemisen vaikeus, on yleinen ja usein pysyvä häiriö aivoinfarktin jälkeen, erityisesti jos vaurio on oikean aivopuoliskon ohimo- tai otsalohkolla. Amusia on myös selvästi yhteydessä häiriöihin varhaisessa kuuloinformaation käsittelyssä, jota mitattiin ns. poikkeavuusvasteella (MMNm), sekä yleisissä kognitiivisissa toiminnoissa, kuten tarkkaavaisuuden säätelyssä, työmuistissa ja toiminnanohjauksessa. Sekä musiikin että äänikirjojen päivittäinen kuuntelu voimisti MMNm-vastetta, kun taas ainoastaan musiikin kuuntelu paransi kielellisen muistin ja tarkkaavaisuuden suuntaamisen toipumista sekä ehkäisi masentuneisuutta ja sekavuutta ensimmäisten aivoinfarktin jälkeisten kuukausien aikana. Tulokset viittaavat siihen, että musiikilliset, auditiiviset ja kognitiiviset toiminnot ovat aivoissa läheisesti kytköksissä toisiinsa. Mikä tärkeintä, tulokset myös kannustavat musiikin kuuntelun käyttöön kuntouttavana vapaa-ajantoimintona aivoinfarktin jälkeen sekä osoittavat, että ääniympäristön virikkeet voivat saada aikaan pitkäkestoisia plastisia muutoksia toipuvissa aivoissa.