Финансирани от ЕС изследователи разкриват как музиката оформя мозъка, като по този начин се проправя път за напредък в медицината, образованието и технологиите за връзка „мозък-компютър“.
От Мария Властара
По време на разговор мозъкът ни постоянно предвижда коя дума ще последва. Тази способност ни помага да разбираме речта в шумно кафене или да предвидим следващото изречение на приятел. Тази способност за предсказване е тясно свързана и с удоволствието, което изпитваме от музиката.
За професор Шихаб Шама, невробиолог в областта на слуха от École Normale Supérieure в Париж и Университета на Мериленд в САЩ, разбирането на начините, по които мозъкът обработва музика, е от основен изследователски интерес.
В периода от 2018 до 2025 г. той ръководи NEUME – проект, финансиран от ЕС, който изследва какво може да разкрие музиката за начините, по които мозъкът учи, предвижда и се адаптира.
„Предназначението на езика е ясно“, казва той. „При музиката не е така. Можем да оцелеем и без нея, но животът би изглеждал различно. Тя активира целия мозък, но все още не е напълно изяснено защо се е появила.“
От векове насам философи, музиканти и учени обсъждат защо хората създават музика. Всички култури имат свои музикални традиции, но никое обяснение само по себе си не може напълно да опише дълбокото въздействие на музиката върху човека. Вместо просто да попита защо хората обичат музиката, екипът на NEUME задава по-широк въпрос: какво можем научим за човешкия мозък от музиката?
Музиката като прозорец към мозъка
Шама е посветил голяма част от кариерата си на изучаването на това как мозъкът обработва звук, и по-специално реч. Според него музиката представлява изумително предизвикателство, тъй като има много сходства с езика, като в същото време остава типично за човека явление.
„Музиката е много специален звуков сигнал“, обяснява той. „Незабавно се разпознава като музика, а не като реч или шум от околната среда. Тя притежава такива свойства, които ангажират едновременно възприятията, паметта, емоциите и когнитивните способности.“
За разлика от ежедневния разговор, музикалната структура може да бъде записана с изключителна точност, което позволява на изследователите да изучават процесите на предсказване и учене по начини, които са трудни за постигане само с помощта на езика.
Целта им е да разберат как музиката оформя мозъка в рамките на различни времеви диапазони – от слушане на музика през целия живот, до части от секундата. Когато слушаме музика в продължение на години, научаваме музикалните правила на нашата култура, а с всяка нота незабавно предвиждаме какво ще последва.
„Развиването на тази способност може да отнеме цял живот“, казва Шама. „Но може да се случи и само от няколко ноти. Това са съвсем различни времеви диапазони и нашата цел беше да разберем всички.“
Музиката в тишината
Едно от най-впечатляващите открития на проекта идва от неочаквано място: тишината. Джовани Ди Либерто, асистент-професор в Тринити Колидж в Дъблин, се присъединява към екипа като постдокторант, след като изучава механизмите, по които мозъкът обработва реч в шумна среда.
Негов сътрудник е Клер Пелофи, невролог и професионална цигуларка, която понастоящем работи в Нюйоркския университет, и благодарение на нейния музикален опит успяват да формулират много от въпросите в изследването.
Музиката дава идеална възможност за изучаване на прогнозирането, тъй като, за разлика от езика, нейната структура може да бъде моделирана с изключителна прецизност. Ди Либерто участва с уменията да разшифрова сложни мозъчни сигнали, а Пелофи допринася с гледната точка на професионален музикант, като помага за разработването на музикални стимули, които запазват музикалната структура и в същото време са подходящи за компютърен анализ.
„Когато човек има познания по музикална теория, въпросите са готови“, каза Пелофи. „Като музикант години наред се питаш защо определени откъси създават напрежение, развръзка или емоция.“
Работата на Ди Либерто е съсредоточена върху предвиждащата обработка: идеята, че мозъкът непрекъснато заучава модели и ги използва, за да предвиди какво ще се случи по-нататък.
„Нашият мозък непрекъснато заучава модели“, споделя той. „Музиката не бива да бъде прекалено изненадваща, но и не бива да бъде прекалено предсказуема. В противен случай става скучно.“
Вместо да изследват само нотите, които хората са чули, изследователите проучват какво се случва, когато не е изсвирена нито една нота. С помощта на електроенцефалографията (ЕЕГ) – изследване, което измерва електрическата активност в мозъка – те установяват, че мозъкът остава изключително активен по време на паузите в музиката. В очакване на следващата нота, мозъците на слушателите генерират измерими сигнали, въпреки че до ушите им не достига никакъв звук.
„Мълчанието ни позволява да изолираме процеса на предсказване“, обяснява Ди Либерто. „Обикновено реакцията на мозъка към звука се наблюдава едновременно с предсказването спрямо него. Когато настъпи тишина, виждаш само очакванията на мозъка.“
След това екипът иска от музикантите да си представят познати мелодии, без да ги изслушват. Активират се много от същите мозъчни механизми, което показва, че въображаемата и чутата музика се основават на сходни процеси на прогнозиране.
Оттогава изследванията от поредицата „Music of Silence“ са вдъхновили изследователи по целия свят, а по-ранни проучвания показват, че мозъкът проследява граматичната структура на музиката, което отваря нови пътища за изучаване на музикалните очаквания в различните култури.
Изследователите са установили също така, че мозъкът бързо се адаптира към непознати музикални системи, което дава нова представа за това как усвояваме напълно нови модели, като последствията от това могат да се простират отвъд музиката и да обхванат езика и други форми на учене.
Музиката в услуга на медицината
Въпреки че се основават на фундаментални изследвания, тези открития биха могли да намерят приложение далеч извън сферата на музиката. Нарушенията в механизмите за предвиждане са свързани със състояния като аутизъм, дислексия и шизофрения, докато напредъкът в областта на интерфейсите „мозък-компютър“ превръща възпроизвеждането на мисловна реч – и дори на мисловна музика – във все по-реална възможност.
Екипът е предоставил свободен достъп до своите набори от данни и аналитични инструменти, така че други изследователи могат а ги използват в своята работа.
Шама смята, че тази област се развива с бързи темпове. „Неинвазивното декодиране на мисловна реч или музика става все по-реалистично“, каза той.
Тези технологии могат един ден да помогнат на хората, които са загубили способността да говорят, да общуват сами, като използват мислите си. Те могат също така да бъдат внедрени в образователни инструменти, които да предоставят персонализирана обратна връзка при изучаване на музика или езици.
За Пелофи обаче дългите години на изучаване на музиката не са отнели от нейната тайнственост. „Колкото повече разбираме как функционира музиката, толкова повече се изумяваме“, сподели тя. „Можем да обясним изненадата, очакването и емоциите с все по-голяма точност, но все пак в музиката има нещо изключително силно, което остава неуловимо.“
За Шама най-големият принос на проекта е че показва как музиката ни дава един от най-ясните погледи към начина, по който мозъкът се учи, прогнозира и адаптира.
„Музиката е универсална“, споделя той своите разсъждения. „Тя се проявява по различен начин във всяка култура, но никой не остава равнодушен към нея.“
Като разкриват защо мелодията продължава да отеква дълго след като последната нота е заглъхнала, изследователите разкриват фундаментални принципи на ученето, предвиждането и въображението – именно онези неща, които ни правят хора.
Първоначално статията е публикувана в Хоризонт — списанието на ЕС за научни изследвания и иновации.
Описаните в статията изследвания са финансирани от Европейския научноизследователски съвет (ЕНС).
Повече информация
