Музыка и мозг
Есть ли у музыки собственное оборудование и каким контрастом это можно показать
Показать у музыки собственное оборудование труднее, чем у лиц. Музыка это звук с определённой высотой и ритмической сеткой, и любой участок слуховой коры, отвечающий на высоту, откликнется на неё сильнее, чем на прочие звуки. Норман-Эньер, Канвишер и Макдермотт (2015) обошли это разложением откликов: испытуемым дали 165 естественных звуков и искали не различия между назначенными заранее группами, а повторяющиеся профили отклика вокселей.
MIT 9.13, раздел о музыке · Norman-Haignere, Kanwisher, McDermott, 2015 · Norman-Haignere и др., 2022 · Ayotte, Peretz, Hyde, 2002 · 45 мин · обновлено 01.10.2026
После урока вы сможете
- Объяснять, почему контраст «музыка против тишины» не даёт вывода о музыке
- Реконструировать логику разложения откликов и назвать её слабое место
- Разбирать диссоциацию музыки и речи с обеих сторон
- Отличать эволюционную гипотезу о музыке от установленного факта
В коридоре кто-то напевает три ноты, и вы узнаёте песню. Тех же трёх нот хватает, чтобы понять, что мелодия оборвана на середине, что следующая нота должна быть ниже и что поющий в неё не попал. Ни одно из этих суждений вы не выводили: они пришли готовыми, как приходит готовым узнавание лица.
Вопрос урока формулируется так же, как в модуле о лицах: есть ли у музыки собственное оборудование и чем это показано. Решается он той же логикой. Нужен контраст, после которого никакого другого объяснения не остаётся. Здесь эта задача заметно труднее, и стоит понять почему.
Почему контраст здесь трудный
Лицо противопоставляют предмету. Оба картинки, оба сложно устроены, оба знакомы. Различие ровно одно. Контраст получается почти чистым, и потому находка Канвишер, Макдермотта и Чана (1997) читается однозначно.
С музыкой так не выходит. Музыка это звук, и притом звук с очень характерными физическими свойствами: определённая высота, повторяющаяся ритмическая сетка, устойчивый и богатый спектр. Любой участок слуховой коры, отвечающий на высоту или на медленную модуляцию громкости, будет отвечать на музыку сильнее, чем на большинство прочих звуков. И вовсе не потому, что он занят музыкой.
Есть и вторая трудность, которой у лиц нет. Лицо можно показать за долю секунды, а музыка существует только развёрнутой во времени. Мелодия это отношения между нотами, а отношения возникают лишь тогда, когда прозвучало несколько. Значит, любое условие с музыкой длится секунды, и вместе с музыкой в него неизбежно входят внимание, память на только что услышанное и ожидание продолжения. Их приходится либо уравнивать с контрольным условием, либо честно называть в числе оставшихся объяснений.
Отсюда правило чтения. Сравнение «музыка против тишины» не показывает ничего: между условиями различается всё сразу, включая сам факт наличия звука. Сравнение «музыка против шума» показывает чувствительность к высоте и к регулярности, но не к музыке. Единственный контраст, после которого разговор становится содержательным, это музыка против речи: речь тоже звук, тоже сложно устроенный, тоже знакомый и тоже несущий структуру. И даже он, как выяснилось позже, оказался не последним.
Разложение вместо гипотезы
Норман-Эньер, Канвишер и Макдермотт (2015) подошли к задаче непривычным способом. Обычно исследователь заранее решает, какое противопоставление проверяет, и рискует не увидеть того, о чём не подумал. Здесь испытуемым дали 165 естественных звуков: речь, музыку, шаги, воду, животных, технику. И стали искать не различия между назначенными заранее группами, а повторяющиеся профили отклика.
Приём такой. Отклик одного вокселя на все 165 звуков это набор из 165 чисел, его профиль. Профили тысяч вокселей раскладывают на небольшое число базовых профилей так, чтобы каждый воксель приближённо описывался их смесью. Сколько базовых профилей понадобится и как они будут выглядеть, заранее не задаётся, в этом и смысл приёма.
Понадобилось шесть. Четыре соответствуют акустическим признакам: частоте, спектрально-временной модуляции, высоте. Пятый даёт выраженную избирательность к речи, а шестой к музыке, и ни тот ни другой стандартными акустическими признаками не объясняются. Музыкальная и речевая избирательность к тому же сосредоточены в разных участках непервичной слуховой коры.
Здесь авторы делают оговорку, которую при пересказе обычно теряют, а терять её нельзя: в сырых откликах отдельных вокселей избирательность к музыке слабая и проявляется только после разложения. Это ставит серьёзный вопрос. Компонента не кусок ткани, а результат вычисления. Она могла бы оказаться удобной математической выжимкой, которой в мозге не соответствует ничего.
Возражение к методу методом не снимается: сколько ни повторяй то же разложение, оно даст ту же компоненту. Ответ должен приходить извне, другим прибором, на других людях, с разрешением, при котором усреднение по кубику ткани уже не мешает. Годная проверка формулируется заранее: если компонента отвечает чему-то настоящему, отдельный электрод должен показать ту же избирательность в одиночку.
Что показала запись электродами
Ответ пришёл через семь лет. Норман-Эньер с коллегами (2022) повторили разложение на данных другого рода, на записях с электродов, установленных на поверхность коры пятнадцати пациентов с эпилепсией по клиническим показаниям. Такая запись видит активность малых участков ткани напрямую, а не через кровоток.
Прежние компоненты воспроизвелись, включая раздельные отклики на речь и на музыку. Но обнаружилась и новая, которой в разложении по фМРТ не было: группа, отвечающая почти исключительно на музыку с пением. На речь она не отвечала, ни на родную, ни на незнакомую. На инструментальную музыку не отвечала тоже. Не отвечала и на синтезированный звук, подобранный так, чтобы иметь ту же модуляционную статистику, что и пение: значит, дело не в акустике. Избирательность видна не только в разложении, но и в отдельных электродах.
Отсюда следует вывод, к которому урок и вёл: «музыка» не одна задача. Самая чистая избирательность нашлась не у музыки вообще, а у её частного вида. Похоже, что представление музыки раздроблено на подгруппы, занятые разными её разновидностями, и одна из границ проходит между музыкой с голосом и музыкой без голоса. Заодно это объясняет, почему в фМРТ музыкальная компонента выглядела слабой: в один воксель попадают вперемешку клетки разных подгрупп, и усреднение съедает избирательность каждой.
У этой линии доказательства есть своя цена, и назвать её надо. Электроды ставят там, где требует лечение, а не там, где интересно исследователю: покрытие коры выходит неполным и у каждого пациента своё. Отсюда ограничение на выводы. Найденное в электроде надёжно, ведь сигнал измерен напрямую. А ненайденное не значит ничего: возможно, до нужного места просто не дотянулись. Правило общее для всей внутричерепной регистрации, и держать его наготове стоит всякий раз, когда сообщают, что чего-то «не обнаружено».
Когда блок сломан
Вторая линия идёт от нарушений. Айотт, Перец и Хайд (2002) обследовали одиннадцать взрослых, отобранных по строгим критериям музыкальной несостоятельности. Картина: тяжёлое нарушение обработки перепадов высоты, памяти на музыку и её узнавания, пения и попадания в такт. При этом речь, включая речевую просодию, обычные звуки среды и узнавание голосов остаются на уровне контрольной группы.
Стоит заметить, как устроена сама эта работа. Отбор шёл не по жалобе «мне медведь на ухо наступил», а по объективным тестам. И проверялась не одна музыка: каждому давали задания на речь, на интонацию, на бытовые звуки и на голоса. Это нужно, чтобы можно было утверждать не «музыка плоха», а «плоха только музыка». Половина доказательной силы такой работы лежит в перечне того, что оказалось сохранным.
Это половина диссоциации: музыку задело, речь нет. Сама по себе такая картина ещё допускает, что музыка требует всего того же, что и речь, плюс чего-то сверх. Вторую половину даёт случай, описанный Лурией, Цветковой и Футером (1965). У композитора Шебалина после сосудистого поражения левой височной и височно-теменной области развилась выраженная сенсорная афазия. А сочинение музыки сохранилось, и он продолжал работать. Авторский вывод ради этого случай и стоит помнить: фонематическая и музыкальная организация слуха входят в разные системы и опираются на разные структуры. Это учебный материал, а не медицинское описание.
Третью линию даёт прямая проверка на языковой сети, разобранной в этом курсе отдельно. Чен, Федоренко и коллеги (2023) поставили вопрос ребром: разбирает ли структуру музыки тот же аппарат, что и структуру языка? Отклик языковых областей на музыку оказался низким, часто ниже базовой линии, и никогда не превышал отклика на неречевые звуки. Целую и перемешанную музыку языковые области не различали, а именно на этом различии и держалось предположение о едином разборщике структуры. Больные же с тяжёлой афазией, не отличавшие грамматичное предложение от неграмматичного, успешно судили о правильности мелодии.
Попутно амузия даёт хороший пример того, как поправляются числа. Ходовая цифра распространённости врождённой амузии, четыре процента, восходит к единственной оценке 1980 года по одному тесту. Перец и Вуван (2017) перемерили её тремя объективными тестами и опросником и получили полтора процента. Заодно выяснилось, что музыкальное обучение дефицит не снимает, а среди родственников первой степени затронута почти половина.
Осторожно с эволюционными объяснениями
Дальше начинается область, где красивых утверждений много, а проверенных мало. Вопрос ставится так: если у музыки есть выделенное оборудование, откуда оно взялось?
Одна позиция принадлежит Пинкеру (1997): музыка есть побочный продукт, «слуховой чизкейк». Способности, на которых она держится, возникли ради другого. Это слух, различение высоты, чувство ритма, отклик на голос. Музыка попадает в них так же, как десерт попадает во вкусовые предпочтения, отобранные вовсе не ради десертов.
Другая позиция гласит, что музыка отобрана сама по себе: как средство скрепления группы, как ухаживание, как способ успокоить младенца. В пользу неё обычно приводят работу Мера, Сингха и коллег (2019). На выборке обществ, представляющих мировое разнообразие, песня обнаружилась везде, где смотрели. И оказалась привязана к определённым контекстам, к уходу за младенцем, к лечению, к танцу, к любви.
Что тут важно для нас: универсальность приспособленности не доказывает. Побочный продукт повсеместных способностей будет повсеместен ровно так же, как приспособление. Различить эти объяснения могли бы данные другого рода, о наследуемости, о вкладе в выживание и размножение, о родственных видах. Таких данных пока недостаточно. Поэтому обе позиции идут в реестр как спор, а не как знание, и в собственном тексте эволюционное объяснение музыки полагается помечать словом «гипотеза».
Оно объясняет наблюдаемое и не запрещает ничего. Проверьте себя вопросом: какое наблюдение это объяснение опровергло бы? Если музыка сплачивает группу, что мы увидели бы в обществе, где она не сплачивает? Если музыка побочный продукт, какое устройство музыкального аппарата было бы с этим несовместимо? Пока ответа нет, перед вами пересказ факта в эволюционных словах, а не объяснение.
Что установлено
Свод получается такой. Отклики, избирательные к музыке и не объяснимые акустикой, найдены двумя разными приборами на двух разных наборах данных, и это прочно. Избирательность к пению как отдельная от музыки вообще остаётся находкой более новой и с меньшим числом подтверждений, но полученной прямой записью, а не только разложением. Диссоциация с речью держится с обеих сторон: врождённая амузия при сохранной речи и сохранная работа композитора при тяжёлой афазии. Предположение о том, что музыкальную структуру разбирает языковая сеть, при прямой проверке не подтвердилось.
Чего нет. Объяснения происхождения. Ответа на вопрос, почему музыка приятна. И права заключать по активации участка, что человек слушал музыку. Обратный вывод запрещён здесь ровно так же, как везде, и с музыкой соблазн особенно велик, слишком уж хочется прочитать в картинке то, что и так чувствуешь.
Ключевые работы
| Norman-Haignere, Kanwisher, McDermott, «Distinct Cortical Pathways for Music and Speech Revealed by Hypothesis-Free Voxel Decomposition», Neuron 88(6) | 2015 | Отклики на 165 естественных звуков разложены на шесть компонент: четыре акустические, одна избирательная к речи, одна к музыке. В сырых откликах вокселей музыкальная избирательность слабая. |
| Norman-Haignere, Feather, Boebinger и др., «A neural population selective for song in human auditory cortex», Current Biology 32(7) | 2022 | Внутричерепные записи у 15 пациентов: группа, отвечающая почти только на музыку с пением и не отвечающая ни на речь, ни на инструментальную музыку, ни на синтетический звук с той же модуляционной статистикой. |
| Ayotte, Peretz, Hyde, «Congenital amusia: a group study of adults afflicted with a music-specific disorder», Brain 125(2) | 2002 | Одиннадцать взрослых: тяжёлое нарушение обработки высоты, узнавания мелодий, пения и ритма при сохранной речи, просодии, узнавании голосов и обычных звуков. |
| Луриа, Цветкова, Футер, «Aphasia in a composer (V. G. Shebalin)», Journal of the Neurological Sciences 2(3) | 1965 | Композитор с выраженной сенсорной афазией после левостороннего поражения продолжал сочинять: обратная половина диссоциации музыки и речи. |
| Chen, Affourtit, Ryskin, Regev, Norman-Haignere и др., «The human language system … does not support music perception», Cerebral Cortex 33(12) | 2023 | Языковые области слабо отвечают на музыку и не различают целую и перемешанную. Больные с тяжёлой афазией судят о правильности мелодии успешно. |
Что подтвердилось, а что нет
Предположение возникло из сходства: и там и там есть допустимые и недопустимые продолжения. Прямая проверка (Чен, Федоренко и коллеги, 2023) его не поддержала: языковые области отвечают на музыку слабо, часто ниже базовой линии, и одинаково на целую и на перемешанную, а больные с тяжёлой афазией судят о правильности мелодии успешно. В узкой форме, где музыка и язык делят какие-то ресурсы внимания и рабочей памяти, утверждение остаётся возможным. В ходовой широкой форме «музыка это язык» оно не держится.
Врождённая амузия отбирается по объективным тестам, а не по самооценке, и музыкальным обучением не снимается (Перец, Вуван, 2017). При этом речь, интонация говорящего, узнавание голосов и обычные звуки среды у таких людей в норме (Айотт, Перец, Хайд, 2002), то есть дело не в слухе и не в общей невнимательности. Заодно поправлена и распространённость: ходовые четыре процента идут от единственной оценки 1980 года по одному тесту, а по трём тестам получается полтора.
Противоположная позиция принадлежит Пинкеру (1997): музыка есть побочный продукт способностей, отобранных ради другого. Работа Мера, Сингха и коллег (2019) показала, что песня встречается во всех обследованных обществах и привязана к определённым контекстам, но универсальность совместима с обеими позициями, потому что побочный продукт повсеместных способностей тоже будет повсеместен. Данных, различающих эти объяснения, пока недостаточно, и оба следует называть гипотезами.
Термины
- амузияamusia
- Нарушение восприятия и воспроизведения музыки при сохранном слухе и сохранной речи. Бывает приобретённой при повреждении мозга и врождённой.
- врождённая амузияcongenital amusia
- Пожизненная неспособность различать тонкие перепады высоты и удерживать мелодию, не связанная ни с тугоухостью, ни с отсутствием обучения и не снимаемая занятиями.
- непервичная слуховая кораnon-primary auditory cortex
- Участки слуховой коры за пределами первичного поля. Именно в них сосредоточены отклики, не сводимые к простым акустическим признакам.
- разложение откликов вокселейvoxel decomposition
- Приём, в котором отклики множества вокселей на большой набор звуков раскладываются на несколько повторяющихся профилей без заранее заданной гипотезы о том, какими они будут.
- избирательность к пениюsong selectivity
- Свойство группы клеток отвечать на музыку с голосом и не отвечать ни на речь, ни на инструментальную музыку, ни на звук с той же модуляционной статистикой.
- просодияprosody
- Мелодический и ритмический рисунок речи: высота, длительность, ударение. При врождённой амузии сохраняется.
- музыкальный синтаксисmusical syntax
- Правила, по которым звуки складываются в допустимую последовательность: тональные отношения, разрешение, метр. Название дано по аналогии с языком, и сама аналогия спорна.
- побочный продуктby-product, spandrel
- Признак, возникший как следствие других приспособлений и сам по себе отбором не закреплённый. Объяснение через побочный продукт остаётся такой же гипотезой, требующей проверки, как и объяснение через приспособление.
Практикум · От новости о музыке и мозге до первоисточника
Задача в том, чтобы довести одно публичное утверждение до работы, на которую оно опирается, и назвать, что в этой работе сравнивалось с чем. Годится любой материал: заметка, пост, ролик. Тридцать-сорок минут.
- Найдите публикацию с утверждением вида «музыка делает X с мозгом»: улучшает память, снимает боль, развивает речь у детей, включает центр удовольствия. Выпишите утверждение дословно.
- Найдите работу, на которую публикация ссылается. Если ссылки нет, ищите по фамилиям и учреждению, названным в тексте. Отсутствие первоисточника уже и есть результат: запишите его и переходите к другой публикации.
- Выпишите из работы контраст: что предъявлялось в основном условии и что в контрольном. Если контрольным условием была тишина, отдых или «обычные звуки», отметьте это отдельно, ведь вывод о музыке из такого сравнения не следует.
- Проверьте, отделена ли музыка от речи и от общей акустической сложности. Сформулируйте одним предложением, какое ещё объяснение наблюдаемого различия остаётся незакрытым.
- Сравните исходное утверждение с тем, что в работе действительно измерялось, и запишите расхождение. Отдельно отметьте, есть ли в публикации обратный вывод, переход от «участок активировался» к «человек испытывал X».
Вопросы для самопроверки
Исследователь сравнивает отклик слуховой коры на музыку и на тишину и находит участки, отвечающие на музыку сильнее. Что он показал?
- Что эти участки заняты музыкой
- Что эти участки отвечают на звук, а про музыку отсюда не следует ничего
- Что музыка обрабатывается отдельно от речи
- Ничего, потому что фМРТ не годится для изучения слуха
Компонента, избирательная к музыке, получена разложением откликов на 165 звуков, а в сырых откликах отдельных вокселей избирательность слабая. Какое возражение это порождает и чем на него ответили?
- Возражение о малой выборке. Ответили увеличением числа испытуемых в повторной съёмке
- Возражение о слабом сканере. Ответили съёмкой на более сильном поле и получили ту же компоненту
- Возражение об усреднении по группе. Ответили разбором каждого участника в отдельности, и музыкальная компонента нашлась у каждого из них по одиночке
- Возражение о том, что компонента есть изделие анализа. Ответили записью электродами, где избирательность видна в отдельных каналах
Человек с врождённой амузией не узнаёт знакомых мелодий и не попадает в такт, но нормально понимает речь, различает интонацию говорящего и узнаёт голоса. Что даёт эта картина?
- Половину диссоциации: музыка страдает при сохранной обработке речи и голоса
- Полную двойную диссоциацию музыки и речи, показанную на одном и том же человеке
- Доказательство, что музыка обрабатывается правым полушарием, а речь левым полушарием
- Ничего: возможно, человека просто не учили музыке и он не различает мелодии по неопытности
Что означал бы результат, при котором языковые области отвечают на осмысленную музыку сильнее, чем на перемешанную?
- Что музыка и есть разновидность языка
- Что музыкальный слух зависит от владения языком
- Что языковая сеть чувствительна к музыкальной структуре
- Что перемешивание разрушает мелодию
Песня обнаружена во всех обследованных обществах и привязана к определённым контекстам. Что из этого следует об эволюционном происхождении музыки?
- Что объяснение обязано учитывать универсальность, но приспособленность отсюда не следует
- Что музыка и есть приспособление, закреплённое отбором ради сплочения группы и согласования усилий
- Что музыка стала побочным продуктом языка, надстроенным над уже готовыми речевыми способностями и ничего к ним не добавившим
- Что музыка возникла раньше языка и была первой формой согласованного поведения в человеческой группе
Ответы и разбор открываются в самопроверке урока: она считает результат и отмечает урок пройденным. Пройти самопроверку.
Что читать
- Sam Norman-Haignere, Nancy Kanwisher, Josh McDermott, «Distinct Cortical Pathways for Music and Speech Revealed by Hypothesis-Free Voxel Decomposition», Neuron, 2015: Образец анализа без заранее заданной гипотезы. Читать вместе с оговоркой авторов о слабости эффекта в сырых вокселях: она в тексте, а не в пресс-релизе.
- Sam Norman-Haignere и др., «A neural population selective for song in human auditory cortex», Current Biology, 2022: Проверка предыдущей работы другим прибором. Полезно посмотреть, какие контрольные стимулы понадобились, чтобы отсечь акустическое объяснение.
- Julie Ayotte, Isabelle Peretz, Krista Hyde, «Congenital amusia: a group study of adults afflicted with a music-specific disorder», Brain, 2002: Как строится доказательство избирательности нарушения: половина статьи про то, что у этих людей сохранно.