Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско разработали точную карту того, что происходит в коре головного мозга, когда кто-то слышит мелодию.
Оказывается, он делает две вещи одновременно: следит за высотой ноты, использует два набора нейронов, которые также следуют за высотой речи, и пытается предсказать, какие ноты будут следующими, используя набор нейронов, специфичных для музыки.
Исследование, опубликованное 16 февраля в журнале Science Advances, разрешает давние вопросы о том, как мелодия обрабатывается в слуховой коре головного мозга.
«Мы обнаружили, как мы понимаем мелодию, и как это переплетается с нашим пониманием речи», — сказал Эдвард Чанг, доктор медицинских наук.
Исследователи предположили, что аналогичная группа нейронов должна существовать для предсказания мелодии. Команда Чанга проверила это на восьми участниках, которые добровольно участвовали в научных исследованиях во время хирургического обследования по поводу эпилепсии. Команда записывала прямую мозговую активность из слуховой коры, в то время как участники слушали различные мелодичные фразы из западной музыки.
Затем они слушали предложения, произнесенные на английском языке. Гипотеза оказалась верной. Записи показали, что мозг участников использовал одни и те же нейроны для оценки качества высоты звука как в речи, так и в музыке, но каждый из этих режимов имел определенные нейроны, предназначенные для предсказания.
Другими словами, слуховая кора не просто искала ноты. У него также был специализированный набор нейронов, который пытался предсказать, какие ноты будут следующими, используя то, что он уже знал о мелодических паттернах.
«Когда мы слушаем музыку, одновременно происходят две вещи, — объясняет Чанг. «Происходит низкоуровневая обработка отдельных нот мелодии, а затем высокоуровневая, абстрактная обработка контекста этих нот».
Это имеет смысл, потому что наш мозг эволюционировал, чтобы предвидеть предстоящую информацию, сказал Нараян Санкаран, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Чанга, который руководил работой. Прослушивание мелодии может повлиять на наши эмоции, потому что слуховые нейроны, которые обрабатывают музыку, находятся в диалоге с эмоциональными центрами в мозге.
«Композиторы говорят о музыкальном напряжении и разрешении», — сказал Санкаран. «Наша способность ожидать и предвосхищать эти особенности музыки объясняет, как она может задать оптимистичный тон или довести нас до слез».
Но многое еще предстоит узнать об этих связях.
«Очевидно, что воздействие музыки обогащает нашу социальную, эмоциональную и интеллектуальную жизнь и имеет потенциал для лечения широкого спектра заболеваний», — сказал Санканран. «Чтобы понять, почему музыка может дать все эти преимущества, нам нужно ответить на некоторые фундаментальные вопросы о том, как музыка работает в мозге».
Первые две группы нейронов оказались теми же самыми, которые Чанг идентифицировал в исследовании 2017 года о том, как мы обрабатываем изменения высоты голоса которые придают смысл и эмоции речи.
Третья группа нейронов, однако, предназначена исключительно для предсказания мелодических нот и описана здесь впервые.
Команда Чанга знала, что нечто подобное происходит и в речи: специализированные нейроны в слуховой коре предугадывают следующий звук речи, или фонему, основываясь на том, что мозг уже узнал о словах и их контексте, подобно функции Т9 мобильного телефона.