Психиатры объяснили, как люди угадывают мелодии

В последние годы исследователи активно изучают, как мозг обрабатывает информацию разных видов. В одной из работ описали механизмы, из-за которых человек не видит того, что на самом деле видел (сбой визуальной обработки), в другой — объяснили, почему возникают оптические иллюзии при восприятии движущихся изображений. Неоднократно отмечалась и особая роль сна в усвоении информации: например, когда мозг отдыхает, он «закрепляет» навыки, освоенные во время бодрствования, и проектирует новый опыт с учетом полученных знаний.

Специалисты из Королевской музыкальной академии в Орхусе и Ольбурге (Дания), Оксфордского университета (Великобритания) и Массачусетского технологического института (США) выявили иерархический механизм, играющий важную роль в восприятии музыки, в частности в узнавании знакомых мелодий. Соответствующую научную статью опубликовал журнал Nature Communications.

В эксперименте, который провели ученые, участвовали 83 человека от 19 до 63 лет. У всех был нормальный слух и почти у всех — высшее образование. Сначала участники исследования дважды послушали первые четыре такта прелюдии №2 до минор Иоганна Себастьяна Баха и постарались запомнить этот музыкальный фрагмент. Далее нужно было выполнять задания на распознавание звуков, при том что активность мозга в режиме реального времени регистрировали с помощью магнитоэнцефалографии (МЭГ).

В качестве задания участникам исследования предложили прослушать 135 пятитоновых музыкальных последовательностей и относительно каждой ответить, принадлежит она ранее прослушанному фрагменту или нет. При этом некоторые последовательности действительно были взяты из произведения Баха в исходном виде, а некоторые — изменены.

Когда люди узнавали знакомый фрагмент, то паттерн мозговой активности начинался в слуховой коре (отвечает за обработку основной звуковой информации), а затем распространялся на гиппокамп и поясную извилину — области, связанные с памятью и когнитивной оценкой. Сталкиваясь с измененной последовательностью звуков, мозг допускал ошибки прогнозирования: сначала активизировалась слуховая кора, затем гиппокамп, передняя поясная извилина и вентромедиальная префронтальная кора. При этом последние две области наиболее сильно отреагировали на вариации в мелодии.

Исследование также показало, что существует последовательная иерархия областей мозга, которая характеризуется прямыми и обратными связями. Ученые заметили прямые связи, направленные от слуховой коры к гиппокампу и поясной извилине, а также одновременные обратные связи в противоположном направлении. Эта организация сохранялась вне зависимости от того, знакомую или незнакомую мелодию слышал человек, хотя сила и время реакции мозга различались. По словам авторов исследования, их наблюдение говорит о том, что, хотя общая структура мозговых процессов стабильна, их динамика может меняться в зависимости от знакомства со звуковой последовательностью.

«Наше исследование демонстрирует, что мозг обрабатывает музыку, активируя несколько областей в определенном иерархическом порядке. Сенсорные области, такие как слуховая кора, отвечают за основные звуковые характеристики. Затем информация из них передается в более широкую сеть областей, которые, возможно, глубже анализируют звуки, обращая внимание на взаимосвязи между ними (например, на музыкальные интервалы). Этот процесс помогает мозгу определить, слышал ли человек конкретную последовательность звуков раньше», — пояснил один из авторов работы в интервью изданию PsyPost.

По словам ученых, полученные результаты не только объясняют, как люди воспринимают музыку, но и помогают лучше понять, как мозг обрабатывает и распознает любую информацию на протяжении какого-то времени. Эта информация может быть полезна для работы с деменцией и нарушениями памяти.