Как мозг слышит музыку: от уха до коры

Цикл «Мозг и музыка: что говорит наука» — статья 2 из 10

Вы сидите в оркестре, звучит аккорд tutti — и вы каким-то чудом слышите свою партию среди сорока инструментов. Более того: вы различаете, что вторая скрипка справа чуть фальшивит, что гобой красиво «вплыл» во фразу, что контрабасы чуть опаздывают. Как мозг разделяет эту звуковую кашу на отдельные потоки? Путешествие звука от ушной раковины до музыкального переживания — одна из самых увлекательных историй в нейронауке.

Ухо: аналоговый суперкомпьютер

Мы уже касались анатомии уха в статье о природе звука. Здесь разберём подробнее, что происходит дальше.

Улитка (кохлеа) — спиральная трубка длиной всего 35 мм, свёрнутая в 2,5 оборота. Внутри — базилярная мембрана, которая колеблется в разных точках в зависимости от частоты: основание реагирует на высокие частоты (20 000 Гц), вершина — на низкие (20 Гц).

На мембране сидят 15 000 волосковых клеток (на каждом ухе), которые превращают механические колебания в электрические сигналы. Каждая клетка «настроена» на узкий диапазон частот. Это создаёт тонотопическую карту — частотное представление звука.

> [callout:important] > Волосковые клетки не восстанавливаются. Каждая потерянная клетка — потерянная навсегда полоса частот. Именно поэтому профессиональные музыканты часто теряют слух в определённых диапазонах — тех, которые подвергались наибольшей нагрузке.

Слуховой нерв: 30 000 проводов

Сигналы от волосковых клеток передаются по слуховому нерву — пучку из примерно 30 000 нервных волокон. Каждое волокно передаёт информацию от группы волосковых клеток, сохраняя тонотопическую организацию: волокна, идущие от основания улитки (высокие частоты), расположены рядом; от вершины (низкие) — отдельно.

Но нерв передаёт не просто «есть звук / нет звука». Он кодирует: Частоту — какие волокна активны Громкость — частота разрядов (больше «импульсов в секунду» = громче) Временную структуру — точный момент начала и конца звука

Ствол мозга: первичная обработка

Прежде чем сигнал достигнет коры, он проходит через несколько «станций» в стволе мозга:

Кохлеарные ядра — первая остановка. Здесь начинается разделение звуковых потоков. Нейроны «детекторы начала» реагируют на резкие атаки (щипок, удар); «детекторы тона» — на длящийся звук.

Верхняя олива — здесь мозг сравнивает сигналы от двух ушей и определяет направление звука. Разница во времени прихода (до 0,7 мс) и разница в громкости позволяют локализовать источник с точностью до 1–2°.

Нижние холмики — интеграция информации, подготовка к корковой обработке.

Слуховая кора: оркестр в голове

Слуховая кора расположена в верхней височной извилине (поле Бродмана 41/42). Она тоже организована тонотопически: низкие частоты — в одной области, высокие — в другой. Но здесь происходит нечто большее, чем частотный анализ.

Zatorre et al. (2007) показали, что обработка музыки распределена по обоим полушариям:

Правое полушарие лучше обрабатывает высоту (мелодию, гармонию) — тонкие спектральные различия Левое полушарие лучше обрабатывает ритм и временную структуру — быстрые изменения

> [callout:tip] > Это не значит, что музыка — «правополушарная» активность, как часто говорят популярные статьи. Музыка активирует оба полушария интенсивнее, чем почти любая другая деятельность. Обработка музыки — одна из самых «распределённых» функций мозга.

Разделение потоков: как мы слышим инструменты

Как мозг отделяет звук скрипки от звука гобоя в оркестре? Это задача анализа слуховой сцены (Auditory Scene Analysis, термин Альберта Брегмана).

Мозг использует несколько «подсказок»:

1. Гармоническая структура. Обертоны одного инструмента кратны основной частоте — мозг группирует их в один «объект». Скрипка на ля (440 Гц) имеет обертоны 880, 1320, 1760... — мозг «собирает» их в единый образ «скрипка».

2. Начало и конец. Компоненты, начинающиеся и заканчивающиеся одновременно, группируются. Если атака у двух инструментов совпадает, мозгу сложнее их разделить.

3. Пространственное расположение. Скрипки слева, виолончели справа — и мозг использует пространственные различия для разделения.

4. Непрерывность. Плавно меняющийся звук воспринимается как один объект. Скачки — как граница между объектами.

За пределами слуховой коры

Peretz & Zatorre (2005) описали, как музыкальная информация «растекается» по мозгу:

Лобные доли: рабочая память для мелодий, ожидание следующей ноты Мозжечок: ритм, синхронизация движений с музыкой Миндалевидное тело: эмоциональная окраска музыки Прилежащее ядро: удовольствие от музыки (система вознаграждения) Гиппокамп: музыкальные воспоминания

Музыка — одна из немногих активностей, задействующих практически весь мозг одновременно. Это часть объяснения, почему музыкальная терапия эффективна при неврологических расстройствах.

Мозг музыканта vs слушателя

Исследования с фМРТ показывают: мозг обученного музыканта реагирует на музыку иначе, чем мозг неподготовленного слушателя:

У музыкантов слуховая кора крупнее, с большим количеством нейронных связей Мозолистое тело (связь между полушариями) толще — информация быстрее передаётся между ними Моторные зоны активируются при прослушивании — мозг «играет» музыку внутренне Обработка гармонии и мелодии более автоматизирована — меньше усилий на базовый анализ, больше — на интерпретацию

> [callout:important] > Эти изменения не врождённые — они развиваются с практикой. Мозг физически перестраивается под воздействием музыкальных занятий. И чем раньше начаты занятия, тем глубже изменения. Подробнее — в статье о таланте и 10 000 часах.

Для оркестранта

Когда вы слышите в оркестре свою фальшивую ноту — радуйтесь. Ваш мозг проделал потрясающую работу: из какофонии 40 инструментов он выделил ваш звук, сравнил с ожидаемым, обнаружил расхождение и сообщил вам — всё за доли секунды. Это не случайность. Это тысячи часов тренировки, перестроивших ваш мозг.

Источники

Zatorre, R.J., Chen, J.L., & Penhune, V.B. (2007). «When the brain plays music.» Auditory & Vestibular Research, 17(2), 163–169. Peretz, I. & Zatorre, R.J. (2005). «Brain Organization for Music Processing.» Annual Review of Psychology, 56, 89–114. Bregman, A.S. (1990). Auditory Scene Analysis. MIT Press. Levitin, D.J. (2006). This Is Your Brain on Music. Dutton. Главы 2–3.

---

← Предыдущая: Зачем человечеству музыка · Следующая: Музыкальные ожидания →