Музыкальную гармонию слышат нейроны

Российские ученые совместно с итальянским коллегой нашли объяснение тому, почему людям нравятся гармоничные музыкальные аккорды и чем их раздражают звуки диссонирующие. Более того, исследователи открыли, по какому принципу мы различаем дисгармонию и гармонию в музыке, и описали простую модель восприятия. Оказывается, все дело в сенсорных нейронах.

Посвященная восприятию музыкальных звуков работа появилась в журнале Physical Review Letters, а короткое резюме полученных выводов предоставил New Scientist. Сотрудники Нижегородского университета Александр Дубков и Юрий Ушаков вместе с итальянским биофизиком Бернардо Спаньоло представили простую и элегантную модель, объясняющую, почему одни музыкальные интервалы кажутся нам гармонично звучащими, в то время как другие режут слух.

Кстати, ранее было установлено, что эти сочетания звуков нравятся или не нравятся людям независимо от возраста и наличия музыкального образования. То есть дело здесь не в уровне культуры и особенностях личного восприятия. Но в чем же тогда?

Читайте также: В темноте мозг становится креативным

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить поэтапно, как воспринимает звуки наша слуховая система. Итак, звуковая волна достигает барабанной перепонки нашего уха, и та тоже начинает вибрировать. Через систему мельчайших косточек колебания барабанной перепонки передаются жидкости, заполняющей улитку внутреннего уха. Колебания, возникшие в жидкости, в свою очередь передаются улитковой перегородке — как ее еще называют, базилярной мембране.

Причем низкие частоты проникают в мембрану глубже и вызывают колебания частей, расположенных ближе к основанию мембраны, а высокие затрагивают лишь ее края. На основной мембране расположен так называемый кортиев орган — система волосковых клеток, которые в процессе прохождения звука вибрируют вместе с базилярной мембраной. Именно эти клетки ответственны за "перекодировку" звука из колебательной волны в нервные импульсы и дальнейшую передачу звуковой информации к головному мозгу уже в виде нейронных сигналов.

Секрет гармоничных и дисгармоничных звуков раскрывается именно на этом этапе восприятия. Вот почему разным людям терция, квинта или октава кажутся одинаково благозвучными, а резкие секунда или септима кого угодно заставят вздрогнуть — на уровне нейронов система слухового восприятия у всех устроена одинаково. Как мы уже сказали, звуки разной частоты заставляют колебаться разные участки базилярной мембраны и, соответственно, разные волосковые клетки с расположенными в них нейронами слухового нерва. Так вот, говорят ученые, представьте, что звуковой аккорд привел в колебание два "крайних" нейрона (разумеется, схема упрощена).

Читайте также: Подделать память? Проще простого!

Чтобы доставить сигнал к мозгу, они сначала передают сигнал промежуточному нейрону, который в свою очередь передаст сигнал дальше к головному мозгу. Наша система восприятия считает сочетание звуков гармоничным тогда, когда сигналы от двух "крайних" нейронов, расположенных в основании волосковых клеток, передают сигнал "промежуточному" нейрону одновременно. Таким свойством обладают аккорды, частоты в которых соотносятся простыми дробями — 2:1 для октавы, 3:2 для квинты, 5:4 для терции.

Как известно, после проведения импульса нервным клеткам требуется время на "перезарядку" — восстановление разности потенциалов внутри и снаружи мембраны. Так что нервной системе весьма удобно, когда сигналы приходят в нейрон-передатчик одновременно, и, отправив их дальше, он может позволить себе некоторое время на восстановление. Если же два сигнала приходят в "промежуточный" нейрон поочередно, слуховой системе это попросту неудобно! Нейрон не успевает как следует перезарядиться, что может привести к последующему истощению. А все, что неудобно и способно нанести вред организму (боль, слишком яркий свет, резкие звуки), нервная система помечает как "неприятное", чтобы впредь было неповадно. Очень практичный подход.

Выходит, что синонимами "гармонии" и "дисгармонии" в данном случае могут служить "удобство" и "неудобство", или "польза" и "вред".По мнению исследователей, есть и другое свойство, которое наша нервная система приписывает гармоничным звуковым сочетаниям — информативность. Последовательность, состоящая из гармоничных звуков, кажется нам более осмысленной.

Читайте также: Смех — это лучшая анестезия

По-видимому, именно благодаря этому свойству наше сознание способно воспринять последовательность разных звуков как единую мелодию. В данном контексте музыкальные каноны, разработанные несколько веков назад, приобретают глубокое значение. Это не догмы, а правила гармонии, которые облегчают слушателям восприятие музыкального произведения. Композиторы прошлого, по-видимому, чувствовали их интуитивно.

Кстати, музыковеды отмечают: некоторые современные песенки, которые часами крутятся в голове и порой доставляют неприятные ощущения, были написаны с нарушением этих правил. Мозг воспринимает мелодию как неоконченную, и бесконечно "проигрывает" ее заново, пытаясь найти логическое завершение. Является ли эта ошибка следствием необразованности композиторов или коммерческим ходом, остается только догадываться. Но для нервной системы явно полезнее музыка с гармоничными интервалами и проверенными мелодическими ходами.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"