Мозг новорожденных чувствует ритм, но не мелодию

Международная группа ученых провела эксперимент, чтобы проверить, рождается ли человек уже с «музыкальным слухом». Авторы исследования — Роберта Бьянко (нейробиолог, Итальянский технологический институт и Университета Пиза), Бриджитта Тот (Институт когнитивных нейронаук и психологии, Венгрия), Феликс Биган (Итальянский технологический институт), Тринь Нгуен (Итальянский технологический институт и Гейдельбергский университет) и их коллеги — хотели узнать, может ли мозг новорожденного не просто слышать звуки, но и улавливать в них закономерности, чтобы предугадывать, что прозвучит дальше. Это ключевая способность для восприятия не только музыки, но и речи.

В исследовании участвовали 49 здоровых новорожденных возрастом всего 1-3 дня. У таких малышей практически нет жизненного опыта и их реакции показывают именно врожденные способности мозга. Чтобы измерить эти реакции максимально точно, ученые записывали электроэнцефалограмму (ЭЭГ) — активность мозга — пока младенцы спали.

Звуковым материалом стали монофонические (одноголосные) фортепианные произведения Иоганна Себастьяна Баха. Музыку Баха выбрали не случайно: в ней есть четкие и предсказуемые паттерны, как в ритме, так и в мелодии, построенные по правилам, которые мозг может статистически «изучать». Но ученые пошли дальше простого проигрывания музыки. Они создали два типа звуковых дорожек. Первый тип — это настоящая музыка Баха. Второй тип — «перемешанная» музыка. Все ноты и паузы из тех же произведений были случайным образом перетасованы во времени. В результате эта дорожка звучала похоже акустически (те же самые звуки фортепиано), но в ней были полностью разрушены все музыкальные законы, ритмическая пульсация и мелодическая логика. Это позволило отделить реакцию мозга просто на звук от реакции именно на музыкальную структуру.

Для исследования использовался передовой математический метод — многомерный анализ временных функций отклика (mTRF), — который выступил в роли высокоточного «переводчика» мозговой активности. Этот алгоритм позволил расшифровать, как именно мозг новорожденного кодирует информацию из непрерывного музыкального потока. Исследователи взяли для анализа детальные математические модели музыки, разделенные на два уровня. Первый уровень — это низкоуровневые акустические признаки, такие как простая высота тона и момент наступления звука. Второй, ключевой уровень — это высокоуровневые вероятностные признаки, а именно «ритмическая неожиданность» и «мелодическая неожиданность», которые вычислялись для каждой ноты на основе статистики всей предыдущей части мелодии.

Результаты оказались однозначными. По части ритма мозг новорожденных действительно формировал ритмические ожидания. Активность мозга в ответ на настоящую музыку Баха можно было предсказать, зная вероятностную модель её ритма. На «перемешанную» музыку такой реакции не было. 

А вот мелодических ожиданий обнаружено не было. Мозговая активность не показывала, что младенцы предугадывают, какая нота будет следующей по высоте, даже в логичной музыке Баха. Их мозг реагировал на смену высоты тона, но не выстраивал вероятностную модель мелодии.

Новое исследование — серьезный аргумент в пользу того, что чувство ритма имеет глубокие врожденные, биологические корни. Оно может быть эволюционно древней системой, общей для многих видов, которая помогает нам синхронизироваться с миром. Именно ритм, а не мелодия, становится первой «опорной точкой» для мозга новорожденного в хаотичном звуковом потоке. Мелодическое же восприятие, судя по всему, — это более «продвинутая» и, возможно, более «человеческая» функция. Она требует большего опыта и обучения. Ребенку нужно много раз услышать, как сочетаются звуки в речи матери и в окружающей его музыкальной культуре, чтобы его мозг научился выстраивать и предсказывать мелодические паттерны. Таким образом, наша музыкальность «собирается» поэтапно: сначала врожденный ритмический фундамент, а затем — надстроенная на него через опыт мелодическая гармония.

Подробности исследования изложены в статье PLOS Biology.