Een nieuw wiskundig raamwerk beschrijft hoe de hersenen ritme verwerken en een maat vasthouden. Het model, gepubliceerd in het tijdschrift Chaos, zou kunnen helpen bij de diagnose van patiënten die risico lopen op cognitieve en motorische stoornissen.

Het model, ontwikkeld door onderzoekers in Frankrijk, maakt gebruik van gekoppelde oscillatoren om verschillende hersengebieden weer te geven die betrokken zijn bij ritmeverwerking. De oscillatoren simuleren de elektrische activiteit van neuronen en hun communicatie met elkaar. De interacties tussen de oscillatoren leiden tot collectief gedrag dat de manier nabootst waarop de hersenen reageren op ritmische stimuli.

"We hopen dat ons werk zal bijdragen aan een beter begrip van tekorten in de ritmeverwerking die worden waargenomen bij veel neuropsychiatrische stoornissen, waaronder schizofrenie, autisme en de ziekte van Parkinson", zegt co-auteur Vincent Torre van de Sorbonne Universiteit in Parijs.

Het behouden van het ritme van de muziek hangt af van de integratie en coördinatie van sensorische informatie met motorische acties, legde Torre uit. Het wiskundige model kan onderzoekers in staat stellen beter te begrijpen hoe deze verschillende componenten – evenals de verschillende betrokken hersengebieden – samenwerken om ritmeperceptie en -productie te bemiddelen.

Volgens het onderzoek emuleerde het model met succes de menselijke prestaties op experimentele metingen van ritmeperceptie, productie en synchronisatie. Het model kon bijvoorbeeld nauwkeurig voorspellen hoe deelnemers met een metronoom zouden meetikken als het tempo schommelde. Het model repliceerde ook observaties van hoe de perceptie van ritmische stimuli afhangt van de snelheid waarmee de stimuli worden gepresenteerd.

"Het vermogen van ons model om empirische gegevens te reproduceren valideert de onderliggende principes waarop het is gebaseerd", aldus Torre. "Het biedt een nuttig testbed om de mechanismen van ritmeverwerking gedetailleerder te onderzoeken."

Torre zei dat het model slechts een eerste stap is in de richting van het begrijpen van de neurale basis van ritmeverwerking. Toekomstig werk zou extra hersengebieden en neurotransmittersystemen kunnen omvatten, en ook rekening houden met de effecten van leren en geheugen.

"Wij geloven dat ons raamwerk het potentieel heeft om het veld van ritmeonderzoek vooruit te helpen en nieuwe inzichten te verschaffen in de interne klok van de hersenen", aldus Torre.