Реакции головного мозга на музыку гораздо сложнее. Музыка состоит из последовательности нот, и её восприятие зависит от способности мозга улавливать взаимосвязь между звуками. Многие его области участвуют в переработке различных компонентов музыки. Возьмём, например, тон, включающий в себя как частотные составляющие, так и громкость звука. Одно время исследователи считали, что клетки, настроенные на определённую частоту, „услышав“ её, всегда реагируют одинаково.

Но в конце 1980-х гг. Томас Маккена (Thomas M. McKenna) и автор настоящей статьи подвергли это представление сомнению. В те годы мы изучали реакции головного мозга на звуковые контуры — комплексы звуков увеличивающейся или уменьшающейся высоты, которые составляют основу любой мелодии. Мы сконструировали мелодии, состоящие из различных контуров, используя пять одинаковых тонов, а затем зарегистрировали реакции одиночных нейронов слуховой коры кошки. Было обнаружено, что реакции клеток (число разрядов) зависели от положения данного тона в мелодии: нейроны могли разряжаться более интенсивно, если тону предшествовали другие тоны, чем когда он был первым в мелодии. Кроме того, на один и тот же тон клетки реагировали по-разному, в зависимости от того, был ли он частью восходящего контура (в котором высота звуков увеличивалась) или нисходящего. Это указывает на большое значение паттерна мелодии: переработка информации в слуховой системе существенно отличается от простой ретрансляции звуков в телефоне или стереосистеме.

Реакции мозга на музыку зависят также от опыта и подготовленности слушателя. Они могут меняться даже под влиянием кратковременного обучения. Так, например, ещё 10 лет назад учёные считали, что каждая клетка слуховой коры раз и навсегда настроена на определённые характеристики звука. Однако оказалось, что настройка клеток может меняться: некоторые нейроны становятся сверхчувствительными к звукам, привлекающим внимание животных и хранящимся у них в памяти.

В 1990-х гг. Йон Бейкин (Jon S. Bakin), Жан-Марк Идлайн (Jean-Marc Edeline) и я провели опыт, в котором попытались выяснить, изменяется ли у животного базовая организация слуховой коры, когда оно начинает понимать, что какой-то определённый тон для него важен. Вначале мы предлагали морским свинкам множество разнообразных тонов и регистрировали ответы нейронов, чтобы определить, какие из них вызывают максимальные реакции клеток. Затем мы обучали животных воспринимать определённый тон как сигнал, предшествующий болевому раздражению лап слабым электрическим током. Условный рефлекс вырабатывался у морских свинок через несколько минут. После этого мы снова определяли силу нейронных ответов непосредственно после обучения и некоторое время (до двух месяцев) спустя. Было обнаружено, что настройка нейронов изменилась, сместившись в область частот сигнального тона. Таким образом, мы выяснили, что обучение вызывает перенастройку мозга, в результате которой увеличивается число нейронов, отвечающих максимальными реакциями на поведенчески значимые звуки. Процесс охватывает всю слуховую кору, переиначивая частотную карту так, чтобы переработкой информации о значимых звуках занимались более обширные её участки. Для того чтобы определить, какие звуковые частоты представляют для животного особую важность, достаточно изучить частотную организацию его слуховой коры.

В 1988 г. Рей Долан (Ray Dolan) из Лондонского университетского колледжа провёл аналогичное исследование с людьми: их обучали придавать особую значимость одному из предъявляемых тонов. Было установлено, что это вызывает у испытуемых точно такой же сдвиг частотной настройки нейронов, что и у животных. Долгосрочные эффекты обучения за счёт нейронной перенастройки помогают, к примеру, объяснить, почему мы так быстро распознаём знакомую мелодию в шумной комнате и почему люди, страдающие потерей памяти вследствие болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний, способны вспоминать музыку, которую они запомнили в далёком прошлом.

Музыкально одарённый мозг

Подобно тому, как кратковременное обучение увеличивает число нейронов, реагирующих на звук, длительное обучение усиливает реакции нервных клеток и даже вызывает физические изменения в мозге. Реакции головного мозга профессиональных музыкантов существенно отличаются от реакций немузыкантов, а некоторые области их мозга развиты чрезмерно.

В 1998 г. Христо Пантев (Christo Pantev) из Мюнстерского университета в Германии показал, что, когда музыканты слушают фортепианную игру, площадь слуховых зон, реагирующих на музыку, у них на 25% больше, чем у немузыкантов. Исследования детей также подтверждают предположение, что ранний музыкальный опыт облегчает „музыкальное“ развитие мозга. В 2004 г. Антуан Шахин (Antoine Shahin), Ларри Робертс (Larry E. Roberts) и Лорел Трейнор (Laurel J. Trainor) из Университета Макмастера в Онтарио регистрировали реакции головного мозга 4-5-летних детей на звуки фортепиано, скрипки и чистые тоны. У ребят, в чьих домах постоянно звучала музыка, выявлена более высокая активность слуховых областей мозга, чем у тех, которые были на три года старше, но музыку слушали мало.

Прирождённые музыканты

Все люди рождаются музыкантами. Чтобы отыскать музыкально одарённого ребёнка, далеко ходить не надо — достаточно взглянуть на любого малыша. Задолго до того, как он начинает понимать и произносить первые слова, у него возникают отчётливые реакции на музыку. Вот почему многие родители инстинктивно предпочитают общаться со своими детьми с помощью мелодий.

Исследование, проведённое в 1999 г. в Йоркском университете в Торонто, показало, что и белые, и индейские матери напевали одну и ту же песенку в двух ситуациях — в присутствии и в отсутствие своего ребёнка. Затем оба варианты записей проигрывали другим родителям, и те точно определяли, при каких обстоятельствах напевала мать (независимо от того, исполнялась ли песня на их родном или чужом языке).

Откуда же мы знаем, что младенцы понимают музыку, если они даже не умеют разговаривать? Мы определяем это с помощью объективной оценки их поведения. Например, ребёнок сидит на коленях у матери. Слева и справа находятся две колонки, а рядом с ними — ящики из прозрачного пластика. Обычно ящики тёмные, но когда малыш поворачивает голову к одному из них, в нём загорается свет и начинает двигаться игрушечная собачка или обезьянка. Во время эксперимента исследователь, чтобы отвлечь внимание ребёнка от ящиков, манипулирует перед ним различными предметами. Музыкальный стимул (тон и мелодия) появляется из одной колонки. Время от времени экспериментатор нажимает спрятанную кнопку, изменяющую характер стимула. Если малыш замечает разницу в звучании стимула и поворачивает голову к колонке, он получает вознаграждение — вид движущейся игрушки.