По-видимому, обучение музыке приводит к некоторому смещению ее обработки из правого (образного) полушария в левое (логическое), поскольку музыканты учатся говорить — и, возможно, думать — о музыке в лингвистических терминах. И похоже, что при нормальном развитии мозга проявляется еще большая специализация полушарий: дети демонстрируют меньшую латерализацию обработки музыки, чем взрослые, независимо от того, музыканты они или нет.

Лучше всего начать изучать музыкальные ожидания мозга с рассмотрения того, как мы отслеживаем последовательность аккордов. Самое важное отличие музыки от изобразительного искусства в том, что она проявляется во времени. Ноты звучат последовательно и заставляют нас, то есть наш мозг и разум, делать предположения о том, что будет дальше. Эти предположения — существенная часть музыкальных ожиданий. Но как изучить их нейрональную основу?

При активации нейронов возникает слабый электрический ток, и его можно измерить с помощью соответствующего оборудования, которое позволит понять, когда и как часто нейроны активируются. Такое исследование называется электроэнцефалограммой, или ЭЭГ. На коже головы безболезненно закрепляются электроды, подобно тому как к пальцу, запястью или груди прикрепляют монитор сердечного ритма. Электроэнцефалограмма чрезвычайно чувствительна к времени разряда нейронов и может отслеживать их активность с точностью до 1/1000 секунды (одной миллисекунды). Но у нее есть некоторые ограничения. По ЭЭГ нельзя определить, какие нейромедиаторы высвобождаются при активации нейронов — возбуждающие, тормозные или модулирующие (например, серотонин или дофамин, которые влияют на поведение других нейронов). Поскольку электрическая сигнатура разряда одного нейрона относительно слаба, ЭЭГ улавливает активацию не отдельных нейронов, а больших групп, причем происходящую синхронно[12].

У ЭЭГ ограничено и пространственное разрешение, то есть способность сообщать нам местоположение активирующихся нейронов из-за явления, которое можно описать обратной задачей для уравнения Пуассона. Представьте себе, что вы стоите на футбольном стадионе с большим полупрозрачным куполом и светите на его внутреннюю поверхность фонариком. В то же самое время я смотрю на этот купол снаружи, и мне нужно определить, где именно вы находитесь. Вы можете стоять в любой точке футбольного поля и светить в центр купола, но ваше местоположение не повлияет на то, что я увижу, — я буду наблюдать одно и то же. Могут немного различаться угол падения и яркость света, но любое предположение, которое я сделаю о том, где вы находитесь, останется лишь предположением. А если свет фонарика, прежде чем дойти до купола, отразится от нескольких зеркал и других поверхностей, я запутаюсь еще больше. То же касается и электрических сигналов в мозге, которые генерируют различные источники, — они могут располагаться на поверхности или глубоко в бороздах (желобках) мозга и отражаться от борозд, прежде чем достигнуть электрода на поверхности головы. Тем не менее ЭЭГ оказалась полезна для понимания музыкального поведения, потому что музыка развивается во времени, а у ЭЭГ лучшее временнóе разрешение из всех инструментов для изучения человеческого мозга.

Несколько экспериментов, проведенных Стефаном Кёльшем, Анджелой Фридеричи и их коллегами, позволили нам узнать о сетях нейронов, участвующих в понимании музыкальной структуры. Во время эксперимента воспроизводятся последовательности аккордов, которые либо разрешаются стандартным способом, согласно схеме, либо заканчиваются неожиданными сочетаниями нот. После начала звучания аккорда электрическая активность в мозге, связанная с музыкальной структурой, наблюдается в течение 150–400 мс, а активность, связанная с музыкальным смыслом, возникает примерно через 100–150 мс. Структурная обработка, то есть восприятие музыкального синтаксиса, локализована в лобных долях обоих полушарий в областях, близких и частично совпадающих с теми, которые обрабатывают синтаксис речи, таких как зона Брока, и проявляется независимо от наличия музыкального образования у слушателей. Области, участвующие в музыкальной семантике, то есть в ассоциировании последовательности нот с ее значением, по-видимому, находятся в задней части височной доли с обеих сторон, рядом с областью Вернике.

Музыкальная система, по-видимому, функционирует независимо от языковой, о чем свидетельствуют многочисленные исследования пациентов, которые в результате повреждения мозга утрачивают только одну из этих способностей, но не обе сразу. Самый известный случай — история Клайва Уиринга, музыканта и дирижера, у которого повреждения мозга наступили в результате герпетического энцефалита. Как сообщил невролог Оливер Сакс, Клайв утратил большую часть автобиографической памяти, кроме музыкальных воспоминаний. Сообщалось и о других случаях, когда пациент больше не мог обрабатывать музыку, но при этом сохранял языковые способности и воспоминания. Когда у Равеля отказали некоторые части коры левого полушария, он утратил чувство высоты звука, не потеряв, однако, чувства тембра, и этот недостаток вдохновил его на создание «Болеро» — пьесы, где во всей красе предстают именно вариации в тембре. Короче говоря, музыка и речь действительно задействуют некоторые общие нейрональные ресурсы, но при этом идут каждая своим путем. Тесное соседство зон обработки музыки и речи в височных долях, а также их частичное перекрытие позволяют предположить, что сети нейронов, которые задействуются для обработки музыки и языка, скорее всего, изначально нераздельны. Затем получение человеком опыта и нормальное развитие дифференцируют функции этих двух очень похожих популяций нейронов. Достаточно вспомнить о том, что младенцы в самом раннем возрасте считаются синестетами. По-видимому, они неспособны различать сигналы, поступающие от разных органов чувств, и воспринимают мир как своего рода психоделический союз всех чувств. Младенцы могут ощущать цифру 5 как красную, вкус сыра чеддер как ре-бемоль, а запах роз как треугольники.

В процессе развития в связанности нейронов формируются различия, поскольку некоторые связи отсекаются. Кластер нейронов, одинаково реагировавший на зрительные образы, звуки, вкусы, прикосновения и запахи, распадается на специализированные сети. Вероятно, тем же образом у всех нас возникают сети, отвечающие за восприятие музыки и речи, — в одних и тех же областях мозга и с участием одних и тех же систем нейронов. По мере развития ребенка и получения им нового опыта постепенно формируются свои пути для восприятия музыки, свои — для речевой деятельности. Они могут совместно использовать некоторые общие ресурсы, и Ани Патель выдвинул наиболее выдающуюся гипотезу, затрагивающую эту тему, — гипотезу об общих ресурсах синтаксической интеграции (SSIRH).

Как и я, мой коллега и друг Винод Менон, специалист по системной нейронауке из Медицинской школы Стэнфордского университета, заинтересовался возможностью использовать точные данные, полученные в лабораториях Кёльша и Фридеричи, для убедительного доказательства гипотезы Пателя. В исследовании нам пришлось использовать другой метод изучения мозга, поскольку пространственное разрешение ЭЭГ недостаточно для определения области мозга, связанной с музыкальным синтаксисом.

Так как гемоглобин крови обладает слабым магнитным свойством, изменения в кровотоке можно проследить с помощью магнитно-резонансной томографии, или МРТ: гигантский электромагнит показывает