Подумайте о своей любимой песне. Возможно, это принесет вам счастье или радость; возможно, это вызовет у тебя желание начать танцевать; или, может быть, это грустная, меланхоличная песня, которая действительно вам нравится. Исследования показывают, что наш мозг выделяет дофамин во время прослушивания музыки, будь то Бах или Леди Гага. Этот прилив дофамина самый сильный, когда песня достигает своей эмоциональной кульминации и слушатель чувствует «озноб» — ощущение трепета, от которого мурашатся волосы.

Но что происходит в мозгу в моменты музыкального восторга?

Недавнее исследование ученых из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) раскрыло небольшой, но глубокий секрет того, как на нас влияет что-то уникальное человеческое, например, музыка.

Увеличив слуховую кору, исследователи обнаружили три уникальных набора нейронов, которые загораются, когда мы слушаем музыку. Два набора нейронов кодируют абсолютную высоту звука (отдельные музыкальные ноты) и изменение высоты звука (интервалы между этими нотами). Эти цепи используются совместно, когда мы также обрабатываем речь.

Самое интересное — это третий набор нейронов: эти нейроны загораются только тогда, когда мы слушаем музыку (а не речь), и пытаются предсказать, какие ноты будут следующими, основываясь на тех нотах, которые вы слышали раньше.

«Мы нашли акустическую информацию, такую ​​как высота звука или изменения между тонами в мелодии. Но мы также нашли закодированную информацию, отражающую предыдущий опыт слушателя в музыке. Это изученная информация. Это не снизу вверх, это требует некоторой внутренней модели. В частности, мы обнаружили, что слушатели могут предсказать следующую ноту, зная предыдущие ноты в мелодии, и эта информация была закодирована в популяции нейронов в этой слуховой области», — Нараян Шанкаран, постдок лаборатории Чанг в Калифорнийском университете в Сан-Франциско и руководитель рассказал автор исследования ЗМЭ Наука .

«Интересно, что эти нейроны реагировали только на музыку. Они не реагировали на другие звуки, такие как речь, шум, дуновение ветра или кот. Они реагировали только тогда, когда субъект слушал музыку», — добавил он.

Картирование мелодии в мозгу

Для Шанкарана путешествие началось с вопроса: что происходит в человеческом мозге, когда мы слушаем музыку, и заставляет нас чувствовать то, что мы чувствуем? Шанкаран, когда-то сам музыкант, обратился к нейробиологии, чтобы изучить, как слуховая кора преобразует простые звуковые волны в богатые эмоциональные переживания.

«Мы изучали пациентов с эпилепсией, перенесших нейрохирургическую операцию, которым имплантировали электродные массивы на поверхность слуховой коры», — объяснил Шанкаран. Эти редкие обстоятельства предоставили беспрецедентное представление о внутренней работе мозга, в то время как пациенты слушали различные мелодичные фразы из западной музыки, а также предложения, произнесенные на английском языке. 208 западных музыкальных фраз систематически различались по высоте, изменению высоты тона и ожиданию.

Команда обнаружила три группы нейронов, работающих в гармонии. Две группы, уже известные как обрабатывающие высоту звука в речи, отслеживают повышение и понижение музыкальных нот. Но третья группа — специализированный набор нейронов — предсказывает, какая нота последует дальше. Эти нейроны, подчеркнул Шанкаран, «реагировали только тогда, когда испытуемый слушал музыку».

Эти нейроны объясняют, что делает музыку привлекательной. Если бы вы выделили из песни отдельные звуки, эмоционального воздействия не было бы. Но когда мы слушаем песню от начала до конца, мы познаем контекст. Когда мы слушаем фразу, мозг кодирует статистическую структуру музыки и пытается предугадать, какие ноты прозвучат следующими. Лучшие композиторы, возможно, не являются нейробиологами, но они мастера создавать необходимое напряжение и решимость, чтобы заставить эти нейроны работать.

«Чем более непредсказуемой или неожиданной была нота, тем сильнее была нейронная реакция в этой музыкальной популяции. [of neurons]. Если вы встретите в мелодии совершенно неожиданную ноту, эти нейроны очень любят срабатывать. Если вы просто слышите масштаб и все очень предсказуемо, эти нейроны не так сильно активируются. Таким образом, эти специфичные для музыки пути действительно задействованы, когда музыка интересна и немного неожиданна», — сказал мне Шанкаран во время интервью на конференции Falling Walls 2024 в Берлине.

Знакомство имеет значение

«Континуум между удовлетворением и нарушением ожиданий занимает центральное место в нашем эстетическом восприятии музыки», — пишут авторы. Этот механизм также может объяснить, почему определенные песни вызывают сильные эмоции или воспоминания.

Результаты показывают, что, хотя музыка и речь имеют общие нейронные механизмы обработки высоты тона и последовательности, у каждого из них есть свои собственные пути. Например, нейроны, специфичные для речи, кодируют статистическую структуру фонем (наименьшая единица речи, различающая одно слово), а нейроны, специфичные для музыки, обрабатывают мелодии. Возможно, это хороший намек на то, что эти пути имеют общие эволюционные корни. Почему люди обладают, казалось бы, уникальной способностью обрабатывать музыку, с эволюционной точки зрения, было горячо обсуждаемой темой.

«Некоторые люди думают, что музыка и язык возникли как одно и то же, что и протоязык. Это выдающаяся гипотеза. Честно говоря, я не думаю, что мы еще разобрались с этим эмпирически. У нас нет хороших данных. Это очень трудная проблема, которую можно решить эмпирически. Я думаю, что музыка с течением времени дала множество эволюционных преимуществ, поэтому способность извлекать мелкие закономерности в нашей среде была тем, что нам было нужно для нашего выживания. Музыка лишь придавала этому процессу элемент удовольствия. Так что, по сути, это был способ заниматься деятельностью, которая приносила вознаграждение, но также приносила дивиденды за предоставление некоторого преимущества в выживании. Лично я считаю, что функция музыки была и в некотором смысле продолжает оставаться», — сказал Шанкаран.

Значение этого исследования выходит далеко за рамки понимания основ восприятия музыки. Расшифровывая, как мелодии взаимодействуют с системами прогнозирования и вознаграждения мозга, ученые надеются использовать терапевтический потенциал музыки. От лечения посттравматического стрессового расстройства и тревоги до улучшения когнитивных функций музыка может оказаться бесценным инструментом исцеления.

Шанкаран отметил, что люди, незнакомые с западной тональной музыкой, могут не следовать тем же музыкальным путям, что и слушатели, погруженные в ее традиции. Это важное ограничение, которое требует дополнительных исследований для полного изучения нейронов, кодирующих музыку.

Это исследование было сосредоточено на мелодических аспектах музыки. Забегая вперед, Шанкаран хотел бы сосредоточиться на еще одном важном аспекте музыки: тембре.

«У нас есть две заметки. Кто-то играет на трубе, кто-то играет на скрипке. У них одинаковая громкость, одинаковая высота, одинаковая продолжительность, но мы легко можем определить их партию. Почему? Тембр. Поэтому я хочу охарактеризовать, как представлен тембр в этом регионе. [the superior temporal gyrus]», — сказал он.

Результаты были опубликованы в журнале Достижения науки .