Исследователи выяснили, как мозг обрабатывает мелодии, создав подробную карту активности слуховой коры. Их результаты показывают, что при прослушивании музыки мозг выполняет двойную задачу: отслеживает высоту звука с помощью нейронов, используемых для речи, и прогнозирует будущие ноты с помощью нейронов, специфичных для музыки.
Этот прорыв проясняет давнюю загадку восприятия мелодии, демонстрируя, что некоторые нейронные процессы, связанные с музыкой и речью, являются общими, в то время как другие являются уникальными музыкальными. Это открытие расширяет наше понимание сложной реакции мозга на музыку и открывает возможности для изучения эмоционального и терапевтического воздействия музыки.
Музыка занимала центральное место в человеческой культуре на протяжении десятков тысяч лет, но то, как ее воспринимает наш головной мозг, долгое время было окутано тайной.
Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) разработали точную карту того, что происходит в коре головного мозга, когда кто-то слышит мелодию.
Оказывается, мозг делает две вещи одновременно: отслеживает высоту ноты, используя два набора нейронов, которые также следуют за высотой речи, и пытается предсказать, какие ноты будут следующими, используя набор нейронов, специфичных для музыки.
Исследование, опубликованное в научном журнале Science Advances, решает давние вопросы о том, как мелодия обрабатывается в слуховой коре головного мозга.
«Мы обнаружили, что отчасти то, как мы понимаем мелодию, переплетается с тем, как мы понимаем речь, в то время как другие важные аспекты музыки стоят особняком», — комментирует Эдвард Чанг (Edward Chang), заведующий кафедрой нейрохирургии и член Института нейронаук Вейля при Калифорнийском университете в Сан-Франциско.
Первые две группы нейронов оказались теми же самыми, которые Чанг определил в 2017 году в исследовании того, как мы обрабатываем изменения высоты голоса, которые придают речи смысл и эмоции. Однако третья группа нейронов предназначена исключительно для предсказания мелодических нот и описана здесь впервые.
Команда Чанга знала, что нечто подобное происходит и с речью: специализированные нейроны слуховой коры предвидят следующий речевой звук или фонему, основываясь на том, что мозг уже узнал о словах и их контексте, во многом подобно функции предсказания слов в мобильном телефоне.
Исследователи предположили, что подобная группа нейронов должна существовать для предсказания мелодии.
Команда Чанга проверила это на восьми участниках, которые вызвались участвовать в исследованиях во время хирургического лечения эпилепсии. Ученые записали прямую активность мозга слуховой коры, пока участники слушали различные мелодичные фразы из западной музыки.
Затем они прослушали предложения, произнесенные на английском языке.
Гипотеза оказалась верной. Записи показали, что мозг участников использовал одни и те же нейроны для оценки качества звука как в речи, так и в музыке, но в каждом из этих режимов были определенные нейроны, предназначенные для прогнозирования.
Другими словами, слуховая кора не просто искала ноты. У нее также был специальный набор нейронов, который пытался предсказать, какие ноты будут следующими, используя то, что она уже знала о мелодических шаблонах.
«Когда мы слушаем музыку, одновременно происходят две вещи», — объяснил Чанг. «Происходит низкоуровневая обработка отдельных нот мелодии, а затем высокоуровневая абстрактная обработка контекста этих нот».
Это имеет смысл, поскольку наш мозг эволюционировал, чтобы предвидеть поступающую информацию, добавляет Нараян Шанкаран (Narayan Sankaran), который руководил работой. Прослушивание мелодии может повлиять на наши эмоции, поскольку слуховые нейроны, обрабатывающие музыку, взаимодействуют с эмоциональными центрами мозга.
«Композиторы говорят о музыкальном напряжении и разрешении», — объясняет Шанкаран. «Наша способность ожидать и предвидеть эти особенности музыки объясняет, как она может задать оптимистичный тон или довести нас до слез».
Но об этих связях еще многое предстоит узнать.
«Очевидно, что воздействие музыки обогащает нашу социальную, эмоциональную и интеллектуальную жизнь и имеет потенциал для лечения широкого спектра заболеваний», — заключает Санканран. «Чтобы понять, почему музыка способна давать все эти преимущества, нам нужно ответить на некоторые фундаментальные вопросы о том, как музыка работает в мозге».
Авторы другого исследования утверждают, что музыкальные предпочтения отражают моральные ценности