Музыка и мозг. Как музыка влияет на эмоции, здоровье и интеллект

Абсолютный слух и синестезия

Абсолютный слух – это способность идентифицировать и/или воспроизводить указанную высоту тона, или ноту, напрямую, не используя в качестве исходной точки никакие дополнительные средства, например камертон или музыкальный инструмент. Это довольно редкое явление, его можно наблюдать всего у одного человека из 10 000. Абсолютный слух наиболее часто встречается у музыкантов азиатского происхождения. Это качество передается по наследству – вероятно, информация заложена в хромосомах 4 или 8, – но сам ген пока еще не идентифицирован. Но дело не только в генах. Чтобы развить абсолютный слух, ребенок должен начать заниматься музыкой на правильно настроенном инструменте до того, как ему исполнится семь лет. Если говорить о нейроанатомическом строении, у людей с абсолютным слухом сильно выражена асимметрия темпоральной плоскости (planum temporale) – слева эта область развита гораздо лучше. Кроме того, для анализа высоты тона музыканты с абсолютным слухом больше пользуются левым полушарием мозга.

Когда мелодию анализирует человек с абсолютным слухом, отделы его мозга, отвечающие за кратковременную и рабочую память, активизируются в меньшей степени, чем у других музыкантов. Большинству приходится помнить взаимосвязь между высотами предыдущих тонов, чтобы соединить их в мелодию, однако людям с абсолютным слухом не нужно сравнивать каждый последующий тон с предыдущими. Они обрабатывают информацию о нем напрямую, независимо от памяти. При написании музыкальных произведений они, разумеется, получают ряд преимуществ. Поэтому многие видят в абсолютном слухе предпосылку для развития большого музыкального таланта. Однако этому нет абсолютно никаких доказательств. Ни Георг Шуман, ни Петр Чайковский, ни Рихард Вагнер не обладали абсолютным слухом, однако у некоторых известных музыкантов, например у Вольфганга Амадея Моцарта и Камиля Сен-Санса, он был.

Абсолютный слух дает не только преимущества. Иногда он приносит и мучения. Например, европейские симфонические оркестры обычно настраивают инструменты чуть выше, чем американские. Это мешает восприятию человека, привыкшего к другому эталону высоты звука: для него музыкальные инструменты будут звучать по-другому или даже покажутся расстроенными. Пианист с абсолютным слухом сталкивается с похожими трудностями, когда играет на инструменте, который настроен чуть выше или чуть ниже, чем он привык. А если человек с абсолютным слухом услышит мелодию в регистре, отличающемся от привычного, она покажется ему странной. Синестезия – еще одно необычное свойство восприятия. Суть явления в следующем: стимуляция одной сенсорной системы (например, слуха) автоматически ведет к отклику в другой (например, зрении). Люди с синестезией приписывают тонам, аккордам и тональностям особые цвета, и, по их ощущениям, музыкальное произведение, сыгранное в необычной тональности, приобретает другой цвет. Синестезия такого типа была у Николая Римского-Корсакова, Яна Сибелиуса и Александра Скрябина. В 1910 году русский композитор Скрябин написал световую симфонию. В партитуру симфонической поэмы «Прометей» (или «Поэмы огня») он включил световую клавиатуру под названием Tastiera per luce. Со световыми эффектами произведение исполняли в Нью-Йорке в 1915 году и на фестивале в Бергене в 2018-м. Наблюдая за исполнением поэмы, слушатель получает возможность представить себе синестезию Скрябина. Сейчас световая клавиатура и деревянный диск с разноцветными лампочками хранятся в доме-музее Скрябина в Москве.

Синестезия не обошла и других известных музыкантов – Ференца Листа, Дюка Эллингтона и Билли Джоэла, а также русского художника Василия Кандинского. Он писал то, что видел во время прослушивания музыки. Можно сказать, что мы все в определенной степени синестетики, во всяком случае в детском возрасте, потому что мозг интерпретирует наши ощущения на более высоком уровне по сравнению с той частью коры, которая анализирует лишь информацию от отдельных органов чувств (например, зрительная или слуховая кора). Интерпретация ощущений почти всегда связана с тем или иным чувством и памятью (зачастую не имеющей отношения к конкретному органу чувств). Потому граница между эмоциями почти всегда условна.

Эффект «буба – кики» – пример связи между визуальным и аудиальным восприятием. Среди людей с абсолютным слухом много синестетиков, но при синестезии активируются все-таки другие участки головного мозга. С точки зрения нейрофизиологии эти два типа нестандартного восприятия музыки являются разными явлениями.

Музыкантов с абсолютным слухом подстерегает еще одна проблема: с возрастом сбивается внутренняя «настройка». Человек стареет, а одновременно с этим съеживается улитка. Базилярная мембрана становится более жесткой, и резонанс для разных частот чуть сдвигается. Нервным клеткам, которые раньше стимулировал тон с частотой 440 Гц, с возрастом для стимуляции требуется уже чуть более высокая частота. Память мозга на тоны, однако, не меняется, а изменения протекают так медленно, что мозг не осознает, что улитка перенастроилась. Частоту, которая раньше воспринималась, например, как ноту «до», с возрастом мозг начинает воспринимать как до-диез или ре, тем самым приписывая ей иные характеристики. Хотя конкретное музыкальное произведение исполняется в той же тональности, что и раньше, слушателю кажется, что оно звучит чуть выше. Для музыканта это может оказаться весьма мучительной проблемой. В пожилом возрасте на нее жаловались пианисты Святослав Рихтер и Алисия де Ларроча.

Тоны Шепарда

Одна из самых известных звуковых иллюзий, связанных с тоном, – тоны Шепарда, названные так в честь открывшего их психолога Роджера Шепарда. Тон Шепарда – это два чистых тона (то есть без обертонов, см. предыдущую главу), расположенные друг от друга на расстоянии октавы и звучащие одновременно. Если один из них будет постепенно опускаться, второй – подниматься, а одновременно каждый из них, соответственно, будет затихать и вновь увеличивать громкость, образуя петлю, возникнет звуковая иллюзия постоянно повышающегося или понижающегося тона, который раз за разом возвращается в исходную точку. Будет тон восприниматься как поднимающийся или опускающийся, зависит от того, какой из двух исходных будет повышаться, а какой – понижаться.

Какая из этих фигур кики, а какая – буба? 95 % опрошенных назвали бубой левую. Это классический пример синестезии. Округлые формы ассоциируются с «круглыми» звуками [б] и [о], а угловатые фигуры – с «острыми», такими как [к] и [и].

Иллюзия связана с интерпретацией мозгом высоты тона, ведь способность мозга верно определить высоту тона полностью зависит от обертонового ряда. В отсутствие обертонов мозг не может определить позицию чистых тонов в октаве, однако четко понимает, поднимаются они или опускаются. Родственная визуальная иллюзия возникает, когда мы видим, что спираль, изображенная на медленно вращающемся шесте, движется вверх или вниз – такие объекты раньше висели у входа в цирюльни.

Дальним родственником тонов Шепарда является так называемый парадокс тритона, демонстрирующий, насколько тесно в нашем мозге связаны язык и музыка. Тритон – это три полноценных тона, то есть шесть полутонов или пол-октавы.

На хроматическом круге все 12 тонов расположены по возрастающей, если двигаться по часовой стрелке. Пройдя полный круг (например, от ноты до до опять же до), мы окажемся в исходной точке, но уже на октаву выше. Если взять расположенные точно друг напротив друга тональности, разница между их основными тонами составит тритон.

Такой интервал в традиционной западной музыке в принципе считается негармоничным и с давних времен зовется diabolus in musica («дьявол в музыке»). Но в эпоху барокко его начали использовать чаще. Для современной музыки он не является редкостью и встречается, например, в септаккордах. Пример тритона – расстояние между нотами фа и си. На хроматическом круге (см. рисунок) тритоны расположены строго друг напротив друга. Если сыграть тоны Шепарда, расположенные друг от друга на расстоянии тритона, интервал между ними не пойдет ни вверх, ни вниз, поскольку в обоих будут представлены две октавы. Значит, парадокс тритона не объясняет повышение или понижение интервала. Однако большинству людей кажется, что тон все же понижается или повышается. Удивительно, но наше восприятие никак не связано ни с уровнем музыкальной подготовки, ни и с наличием абсолютного слуха. Однако оно имеет тесную связь с устной речью. Например, доказано, что люди родом из Калифорнии интерпретируют пары тонов совсем не так, жители Южной Англии или Вьетнама. То, как для них звучат тоны, зависит от языка (английского или вьетнамского) и акцента (калифорнийского или южноанглийского). Это дает ответ на вопрос о том, как восприятие высоты тона мозгом влияет на восприятие и языковой, и музыкальной мелодии. Кроме того, это показывает, как изучение языка тренирует наш пластичный мозг для понимания музыки – и наоборот. Примеры этого мы еще встретим далее.

От тона – к тембру, мелодии и гармонии

Почему нота до на фортепиано звучит не так, как на скрипке или трубе, хотя они имеют одну и ту же базовую частоту и обертоны? Почему же они такие разные? А как быть с нотой, которую играет целый симфонический оркестр? У оркестра есть общая гармония, однако мы можем расслышать и звучание каждого инструмента по отдельности. Как такое возможно? Этот вопрос мы и рассмотрим далее.

Уникальность тембра

Голос каждого из нас уникален. Как и наши отпечатки пальцев, он узнаваем и неповторим и у взрослых редко радикально меняется до конца жизни. Некоторые американские интернет-банки во время звонков уже могут идентифицировать клиента по голосу, и пароли теперь не нужны – настолько голос уникален как маркер. Даже когда вокруг нас шумно, мы с легкостью узнаем другого человека по голосу. Вероятно, эта способность была важна для выживания уже на ранних этапах эволюции.

Если взять одну и ту же ноту на фортепиано и на гитаре, мы услышим заметную разницу в тембре. Как так получается? Ведь струны обоих инструментов вибрируют с одинаковой частотой. Дело в том, что вибрирует не только струна. Тембр также зависит от вибраций резонаторного ящика, в котором струна дает отзвук. Также тембр определяют форма и материал, из которого изготовлен инструмент, потому что резонаторный ящик не одинаково усиливает все тоны обертонового ряда. Следовательно, инструменты звучат по-разному, поскольку сила принадлежащих одному обертоновому ряду тонов тоже разная. К тому же есть еще целый ряд характеристик звука, благодаря которым мы различаем инструменты.

Одна из важнейших характеристик – начало тона (атака). Тон фортепиано зарождается в тот момент, когда молоточек бьет по струне. Тембр отличает его, например, от тона скрипки. Благодаря информации о тембре – о том, как сила ослабевает со временем (спад), сколько длится звучание (задержка) и как оно завершается (затухание), – мы понимаем, что за инструмент слышим. Эти четыре характеристики (атака, спад, задержка и затухание) можно менять с помощью звуковой обработки или блока определенных эффектов – и тем самым менять тембр тона. Например, если изменить начало фортепианного тона, убрав атаку (и тогда мы не услышим удар по клавишам), будет намного сложнее распознать тон как фортепианный. Кроме того, многие инструменты позволяют сознательно менять манеру игры и добиваться особого звучания в зависимости от требуемого эффекта. Примером может служить использование педали сустейна у фортепиано. Скрипачи же играют разными штрихами.

Точно так же уникальным человеческий голос делают различия в строении черепа, полости рта, придаточных пазух носа и гортани, а также в манере речи. Пропойте гласные [а], [э], [о], [у] в одном тоне, глядя на себя в зеркало, – вы увидите, что малейшее изменение формы рта и глотки придает тону совершенно иной тембр. Однако лишь очень немногие из нас способны изменять голос так, что даже близкие не смогут его узнать. Прежде всего потому, что сознательно мы можем повлиять лишь на некоторые «голосовые настройки». Уникальность голосового тембра главным образом обусловлена уникальностью обертонов в регистре – она появляется благодаря анатомическим особенностям черепа, полости рта, придаточных пазух носа и гортани. Чтобы действительно заговорить другим голосом, нам придется каким-то образом повлиять на анатомию – например, набить рот бумагой или поместить микрофон на горло перед гортанью, а не поставить его возле рта. Если проделать это, можно изменить до неузнаваемости любой голос.

Категоризация

Наша удивительная способность распознавать голоса и музыкальные инструменты связана с фундаментальной способностью человеческого мозга – он умеет очень хорошо и быстро сортировать объекты по категориям. Компьютеру необходимо довольно большое количество данных, чтобы понять разницу между табуреткой и животным или между собакой и коровой и научиться точно различать эти объекты. Дети же учатся понимать эту разницу практически мгновенно. Если в человеческом мозге есть ментальное представление о чем-то, он узнает этот объект с любой стороны – зачастую имея минимум данных. Вероятно, это качество было важным для выживания в процессе эволюции. Тот, кто мог быстро отнести предмет к какой-либо категории, имея неполную информацию, получал преимущество в борьбе за выживание и быстрее замечал опасности (хвост тигра в кустах) и возможности (съедобный фрукт в густой листве). При входе на некоторые сайты нас просят подтвердить, что мы не роботы. Вопросы, на которые мы должны при этом ответить, кажутся нам до смешного простыми, однако робот с ними не справится. Схожий механизм позволяет нам распознавать отдельные музыкальные инструменты в сложной тембральной картине, которую создает симфонический оркестр. Уму непостижимо, как это вообще возможно.

Звуковой хаос

Как мы уже говорили, каждый источник звука – не важно, инструмент или голос – создает непрерывный поток звуковых волн с различными частотами. И одновременно наша слуховая система принимает информацию от огромного количества источников. Только вдумайтесь, сколько звуков мы слышим на улице: шум моторов проезжающих автомобилей, обрывки речи проходящих мимо людей, музыку из открытых дверей, наши собственные шаги, шуршание одежды и шаги других пешеходов, гул летящего в небе самолета, лай собак, крики уличных продавцов, велосипедные звонки, плач младенца в коляске на противоположной стороне улицы. Все эти звуки создают какофонию разных частот – и все они долетают до уха одновременно. То же самое происходит, когда мы слушаем симфонический оркестр. Основные тоны и обертоны десятков музыкальных инструментов выстраиваются в длинную стену, состоящую одновременно из тысяч волн с различными частотами. Мозг должен как-то превратить этот акустический хаос в осмысленные отдельные звуковые потоки, чтобы общая картина обрела смысл. Только так мы сможем отличить плач младенца от грохота автомобиля. И только так в общем потоке звучания мы отличим трубу от скрипки – ну и, раз уж мы заговорили об этом, то и от покашливаний в зрительном зале.

От тонов – к мелодии

Чтобы выполнить чудовищно сложную задачу – отделить друг от друга источники звука в звуковом ландшафте, мозг должен уметь различать звуки, которые никак не связаны друг с другом (идут из разных источников), и группировать те, что имеют связь (идут из одного источника). Чтобы было не так сложно, этот процесс можно разделить на вертикальный анализ, выполняемый в тот же момент, и горизонтальный, выполняемый спустя некоторое время.

Вертикальный анализ еще называют «спектральной организацией» всех одновременно звучащих частот, которые улавливает ухо. Во время этого процесса хаос входящих частот упрощается, так как все связанные друг с другом частоты сливаются в один звук. Об этом мы упоминали в главе «От звука – к тону»: мозг воспринимает все частоты, принадлежащие одному гармоническому спектру, как один тон. Например, тон, который мы слышим как ноту ля, на самом деле содержит множество частот, а именно его обертонов (440, 880, 1760 Гц и так далее). Спектр упрощается на бессознательном уровне, и мы слышим только базовую ноту ля. Звуковая картина, возникающая в этот момент в нашем сознании, оказывается значительно проще. Так готовится основа для горизонтального анализа, или секвенциальной организации звука в мозге.

При горизонтальном анализе отдельные звуки преобразуются в единое целое, обладающее смыслом. Лучшие примеры этого явления мы зовем мелодией. Для нашего восприятия мелодия – последовательный ряд отдельных звуков, бессознательно объединяемых нами в одно целое. Будут ли идущие один за другим звуки восприниматься нами именно таким образом (то есть как мелодия), зависит от целого ряда факторов. Самые важные факторы – это временной интервал (то есть темп), разница в высоте тона и степень гармонии (консонанс). Те тоны, которые не сильно отличаются друг от друга по высоте, при анализе по прошествии некоторого времени легче воспринимаются как целое, чем тоны с большой разницей в высоте. Точно так же тоны с одинаковыми (ритмичными) временными промежутками проще воспринимаются как целое, чем тоны с неодинаковыми (неритмичными) промежутками, а тоны, имеющие больше совпадающих обертонов (консонансные интервалы), легче воспринимаются как связные, чем тоны с меньшим количеством совпадающих обертонов (диссонансные интервалы). Исходя из основных критериев, мы автоматически классифицируем последовательно поступающие тоны или как связные, или как несвязные. На этом нейробиологическом явлении строится наше восприятие мелодии как единого целого. Композиторы могут использовать его, чтобы обмануть нас, и мы услышим мелодию, которой на самом деле нет. В ряде фортепианных произведений венгерского композитора Дьёрдя Лигети, например, левой рукой играется одна мелодия, а одновременно с ней правой рукой – еще одна. Когда руки играют вместе, слышна третья мелодия – которую мы никак не можем услышать, если руки играют по отдельности.

Гармония и гаммы

Человеческая способность относить явления окружающего мира к той или иной категории распространяется на данные, поступающие от всех сенсорных систем, в том числе от слуховой. Как мы говорили в предыдущей главе, наш мозг оснащен особым механизмом (в первичной слуховой коре) для анализа высоты тона. Когда мы слушаем музыку, мы категоризируем различные высоты и скачки тона и разделяем их на структурированные интервалы и гаммы. Часть этого процесса обусловлена культурой, то есть мы его усваиваем. В разных культурах можно найти разные гаммы с неодинаковым числом тонов и скачков тона. Однако общие черты наблюдаются во всех известных ладовых системах (за исключением 12-тоновой системы и некоторых искусственно созданных). Самая важная и актуальная для всех известных ладовых систем черта в том, что тон на октаву выше основного считается таким же (расстояние от одной ноты до до другой, на семь тонов правее на фортепианной клавиатуре и далее к следующей ноте до, еще на одну октаву выше). Этот интервал можно получить, удвоив частоту колебаний (например, от ноты ля первой октавы, 440 колебаний в секунду (герц), до ля второй октавы', 880 герц). Это соответствует следующему физическому явлению: первый обертон обертонового ряда находится на октаву выше основного. Все обертоны уже для нового тона будут, в свою очередь, входить в обертоновый ряд исходного.

Так как на этом природном явлении строятся все известные ладовые системы, оно отражает процесс, во время которого мозг относит к одной категории тоны с разницей в октаву: они обрабатываются как одинаковые тоны, так как представляют собой варианты одной частоты колебаний. Если два человека поют хором и при этом один из них – на октаву ниже, оба почувствуют, что поют в одном тоне. В целом для мозга два тона с разницей в октаву означают один и тот же тон. Поэтому октава – это именно тот интервал, который берется за основу музыки во всех известных культурах. Исключением может стать какая-нибудь не известная нам культура, не раскладывающая тональности на октавы. Что любопытно, музыка представителей такой культуры не будет выходить за пределы одной октавы.