Музыка звучит в голове

Мы говорим «музыка звучит в голове», не задумываясь, что за этим стоит буквальный нейрофизиологический процесс: звуковая волна отклоняет волоски клеток в улитке внутреннего уха, открываются ионные каналы, и рождается нервный импульс, который через ствол мозга и таламус доходит до слуховой коры. Дальше в дело вступают лимбическая система, стриатум и мозжечок — и вот уже ритм заставляет нас отбивать такт, а знакомая с детства мелодия вдруг возвращает забытое воспоминание вместе с эмоцией.

Где именно в мозге «живет» музыка, почему джазмен и классический музыкант думают о нотах по-разному и как пение помогает людям с нарушениями сознания, «Ъ-Наука» поговорила с Алексеем Паевским — научным журналистом, сооснователем и главным редактором портала «Новости нейронаук и нейротехнологий — Нейроновости», членом научного комитета Национальной премии в области будущих технологий «Вызов».

Разговор состоялся в рамках серии научно-популярных лекций — проекта Фонда развития научно-культурных связей «Вызов», который реализуется при поддержке Фонда президентских грантов. На лекции в Челябинске Алексей Паевский рассказывал о том, как музыка меняет наш мозг. В интервью мы обсудили, чем игра на инструменте отличается от пассивного слушания (спойлер: когнитивный резерв и плотность белого вещества), почему музыкальная память — одна из самых малоизученных, и какой вопрос нейробиологии музыки сам герой считает самым интригующим: как мозг отмеряет секундные и досекундные интервалы.

Звуковая волна сначала превращается в нервный импульс, а звук и мелодия собираются уже в голове. Преобразование звуковой волны происходит во внутреннем ухе. Внутреннее ухо – достаточно сложный и комплексный орган. Там находится и наш вестибулярный аппарат, и слуховой.

Слуховой аппарат расположен в костном лабиринте — улитке. В ней находится кортиев орган с мембраной и специальными волосковыми клетками, которые служат механическими рецепторами звука. Разные тоны воздействуют на разные участки улитки. Звуковая волна отклоняет волоски этих клеток – цилии. При этом открываются механочувствительные ионные каналы и запускается процесс возникновения нервного импульса.

Далее сигнал проходит довольно длинный путь: через восьмую пару черепных нервов — в ствол мозга, затем к таламусу, который отправляет сигнал, в первую очередь, в слуховую кору височной доли. У нас есть первичная слуховая кора, вторичная слуховая кора, третичная слуховая кора – там начинается процесс обработки звука. Уже собрав музыкальную информацию, слуховая кора взаимодействует с лимбической системой, которая участвует в работе с эмоциями.

Отчасти да. В первую очередь музыкальную информацию обрабатывает слуховая кора. Первичная слуховая кора определяет высоту пришедшего звука в зависимости от того, какая волосковая клетка сработала, а осмысление мелодии происходит уже во вторичной слуховой коре.

Отдельная история — ритм. Мы до конца не понимаем, как мозг измеряет время, в частности секундные и субсекундные интервалы. Сам ритм обрабатывается разными участками мозга, и здесь мы уже выходим за пределы слуховой коры.

В обработке простых ритмов — например, в размерах 2/4, 3/4 и 4/4, которые часто встречаются в популярной и классической музыке, участвуют прежде всего стриатум и мозжечок. Эти структуры связаны с координацией движений, моторным обучением и другими процессами. Затем подключаются лобные доли и другие участки мозга. За эмоциональную составляющую, как я уже говорил, отвечает взаимодействие с лимбической системой.

Эксперимент был поставлен немного иначе. Профессиональным музыкантам, способным читать ноты и считывать движения пальцев по клавиатуре, показывали разные последовательности аккордов. Иногда в них встречались ошибки: аккорды, которые не вписывались в тональность. Музыкантам нужно было повторять движения пальцев по клавиатуре.

Важно понимать, что они не слышали музыку — ни показанные ноты, ни то, что сами играли. Музыка звучала у них в голове, и для них это просто. И действительно, классический музыкант в первую очередь думает о том, как сыграть указанные ноты и аккорды. Джазовый музыкант думает о том, как их обыграть, как сыграть иначе, чем написано. Для джазового музыканта это всегда взаимодействие с нотами, но не их повторение.

Это говорит о том, что мозг умеет подстраиваться под рутинную деятельность, а музыка для музыканта – рутинная деятельность. Если ученик музыкальной школы и профессионал играют одно и то же произведение, активность коры у профессионала будет гораздо меньше: многие действия уже переходят на подкорковый уровень и становятся автоматическими. Он не думает о том, как сыграть каждую связку, а может сосредоточиться на тонкостях исполнения.

Я могу подтвердить это на собственном опыте. Я сам музыкант, гитарист. Когда начинаю разучивать песню, думаю прежде всего о том, как правильно сыграть аккорды: смотрю, что написано, и стараюсь не сбиваться. Когда это доходит до автоматизма, я уже могу импровизировать с ритмом, добавлять синкопы и пробовать что-то еще. Сначала такой свободы нет: все внимание занято тем, как правильно сыграть написанное.

По одному только личному опыту музыкант не может судить о том, как именно практика меняет мозг. Для этого нужен нейрофизиологический эксперимент. Такие эксперименты проводились.

Они показывают, что игра на музыкальных инструментах создает так называемый когнитивный резерв мозга и увеличивает плотность трактов белого вещества. Это хорошая профилактика деменции. Если мы хотим предотвратить болезнь Альцгеймера или, по крайней мере, отсрочить ее начало, важно играть музыку, а не слушать.

В одном из экспериментов люди начинали учиться играть на виолончели. Уже за несколько месяцев у них улучшилась связность моторной и слуховой коры. То есть мы действительно меняем мозг.

Новые нейронные связи возникают и при прослушивании музыки. Но связи между участками коры улучшает прежде всего именно игра на музыкальных инструментах.

Здесь я, наверное, не возьмусь дать точный ответ. Музыкальная память – это мало исследованная вещь. Более того, если говорить о физиологии долговременной памяти, мы до сих пор не до конца понимаем, где и в какой форме она хранится. В связях между нейронами, в астроцитах или где-то еще? Это пока не вполне ясно.

Но мы знаем, что музыка очень сильно связана с эмоциональными участками мозга, с лимбической системой. Поэтому она может стать хорошим триггером для других воспоминаний.

Были эксперименты, показывавшие, что музыка, связанная с определенным событием, помогает вызвать очень точные воспоминания. Условно говоря, если показать человеку фотографию того, что происходило двадцать лет назад, он может вспомнить меньше, чем если включить музыку, которая звучала в тот момент.

Я бы говорил не столько о разделении на профессионалов и любителей, сколько о музыкальном опыте и грамотности. Когда музыкант слушает музыку, он как будто еще и играет ее, даже если руки ничего не делают, у нас активируется моторная кора.

Кроме того, возникает дополнительный анализ. У меня, например, нет музыкального образования, поэтому мне сложнее понять, как именно сделана музыка. Исходя из своего опыта, я могу оценить, насколько удачно она аранжирована, какие партии звучат. Но мне сложнее понять замысел композитора, распознать, например, использование лидийского лада и другие особенности музыкального языка.

У людей, которые понимают этот язык, дополнительно включаются зоны, отвечающие за понимание структуры музыки. Поэтому их ощущения богаче и слышат они, естественно, по-другому.

Если говорить не только об обработке музыки мозгом, но и о ее влиянии на него, одна из самых интересных историй последних лет связана с пением.

Мы стали лучше понимать, что пение – это совершенно отдельный вид человеческой деятельности и работы мозга, отличный и от речи, и от музыки. Есть нейроны, которые активируются именно тогда, когда человек слышит пение. И оно очень важно для нас, в том числе и для здоровья мозга.

Одна из самых потрясающих работ последних лет посвящена людям с длительными нарушениями сознания. В сериалах это часто называют комой, хотя кома — острое состояние. В частности, речь идет о состоянии минимального сознания. Такие состояния очень трудно поддаются лечению: человек лежит, иногда открывает глаза, но заметных изменений почти не происходит.

Присутствие родных и близких или записи их разговоров не всегда дают выраженный эффект. А когда к человеку приходит музыкальный терапевт и поет песни, которые были для него важны, это оказывается очень действенным. Происходит улучшение состояния и перестройка связей в мозге, которую мы видим на трактографии. Это действительно потрясающая история.

Музыка – это действительно универсальный язык. Музыку нужно слушать, любить, играть. А если с ее помощью получится рассказать о науке — здорово. Наука и музыка — два способа посмотреть на мир, которые прекрасно сосуществуют.

Музыка дает вдохновение. Многие люди играли на музыкальных инструментах во время размышлений: и придуманный Конаном Дойлом Шерлок Холмс, и реально существовавший Альберт Эйнштейн. Великий химик Иван Тананаев был прекрасным музыкантом. Александр Бородин – равно талантливый композитор и химик, который открыл нам мир фторорганических соединений. Это хороший пример сосуществования музыки и науки на высочайшем уровне в одном человеке. Многие ученые талантливы творчески, в том числе музыкально.

У нас есть, например, хулиганский коллектив «Три А»: мы поем медицинские переделки песен. Это формат карнавальной культуры, через который мы, по сути, популяризируем медицину. Такие вещи вполне возможны, и сделать их можно талантливо.

Вообще о науке нужно рассказывать понятно и увлекательно. За последнее время, особенно в период Десятилетия науки и технологий, наука стала более популярной. Благодаря разным проектам. И премия в области будущих технологий «Вызов», в научный комитет которой я вхожу, это важная часть пазла популяризации науки и повышения престижа профессии учёного.

Я понимаю, как устроена наука: что-то может получиться, а что-то — нет. Она не дает гарантий, поэтому я просто жду новых хороших исследований. Нейробиология музыки – это бурно развивающаяся область, и хочется увидеть новые и неожиданные открытия.

Лично для меня один из самых интригующих вопросов — как мозг измеряет время. Нейробиология давно пытается разобраться, как мы отмеряем короткие, секундные и досекундные интервалы.

Это один из самых интересных вопросов и в нейробиологии вообще, и в понимании того, как мы слышим музыку. Как мы понимаем, что одна нота длится столько, а другая — столько? И как отмеряем паузы между ними?