ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2013, том 63, № 5, с. 571-578
ФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ (ПСИХИЧЕСКОЙ) ^^^^^^ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
УДК 612.821.8
ОСОБЕННОСТИ ВЫЗВАННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ И ВЫЗВАННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ ЭЭГ ПРИ ВОСПРИЯТИИ МУЗЫКАЛЬНОЙ ГАРМОНИИ У МУЗЫКАНТОВ И НЕМУЗЫКАНТОВ
© 2013 г. А. В. Масленникова, А. А. Варламов, В. Б. Стрелец
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и
нейрофизиологии Российской академии наук, Москва, e-mail: alexm2004@list.ru Поступила в редакцию 07.07.2011 г. Принята в печать 19.10.2012 г.
В работе исследовали изменения вызванной активности мозга при восприятии консонансных и диссонансных аккордов и их зависимость от музыкального образования и опыта занятий музыкой. Показано, что при восприятии аккордов наблюдается значительное увеличение мощности тета-ритма во фронто-медиальных отведениях, более выраженное для консонансных аккордов по сравнению с диссонансными. Установлено, что восприятие консонансных аккордов у немузыкантов сопровождается большей активацией левой лобной доли по сравнению с правой, тогда как у музыкантов подобной асимметрии не выявлено. Кроме того, у музыкантов значимо выше амплитуда ранних компонентов (Р100, N200) вызванного потенциала на оба типа аккордов. Полученные результаты могут свидетельствовать о более эффективных стратегиях восприятия музыкальной гармонии и менее эмоциональном восприятии аккордов у музыкантов.
Ключевые слова: музыкальная гармония, вызванные изменения спектральной мощности, тета-ритм, вызванные потенциалы.
Event-Related Brain Activity Changes to Consonant and Dissonant Chords
in Musicans and Non-Musicans
A. Maslennikova, A. V&rlamov, V. Strelets
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow,
e-mail: alexm2004@list.ru
The present study assessed brain activity changes related to perception of consonant and dissonant chords by musicians and non-musicians. Perception of dissonant chords in non-musicians was accompanied by increase of lower theta activity over right anterior regions, while consonant chords induced greater theta activity over left anterior regions; this pattern of asymmetrical activation was not observed in musicians. ERP analysis revealed that musicians had greater amplitude of early components (Р100, N200) than non-musicians irrespective of chord type. The obtained results reflect more efficient musical harmony processing and, possibly, less emotional perception of chords in musicians.
Keywords: music harmony, theta rhythm, evoked response power evoked potentials. DOI: 10.7868/S0044467713050080
В основе гармонического строя музыки лежат соотношения частот музыкальных звуков, или музыкальные интервалы. В музыкальной акустике и теории музыки интервалы делят на консонансные (гармоничные) и диссонансные (дисгармоничные) по соотно-
шению частот тонов, входящих в интервал, в соответствии с теорией биений Гельмгольца. Два и более интервалов составляют аккорд, причем в аккорде могут сочетаться как кон-сонансные, так и диссонансные интервалы. Отмечается, что консонансы звучат мягко,
571
5*
спокойно, благозвучно, диссонансы — резко, жестко, напряженно [3]. Консонансные интервалы с одними и теми же соотношениями частот входящих в них тонов есть абсолютно во всех культурах с глубокой древности. Показано, что восприятие гармоничности аккорда, т.е. биения при сложении двух звуков, имеет нейрофизиологическую основу уже на уровне стволовых потенциалов, т.е. первичного сенсорного восприятия [11]. Это может свидетельствовать в пользу гипотезы о врожденности этого свойства слухового восприятия. В пользу такого предположения можно также привести результаты исследований восприятия созвучий у младенцев и животных [4, 16, 21].
На данный момент существуют единичные исследования психофизиологии восприятия вертикальной гармонической структуры музыки человеком. Нейронные корреляты иерархии музыкальных тонов и их соотношений на корковом уровне у людей чаще всего исследуются посредством методов вызванных потенциалов [19] и функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) [24]. Эти и другие исследования показали, что активность мозга особенно чувствительна к звуковысотным отношениям, являющимся основой музыки. Более того, если эти отношения консонансны, активация увеличивается по сравнению с диссонансами. Исследования на животных подтверждают эти данные: магнитуда фазосвязанной активности в слуховом нерве [30], нижних буграх четверохолмия и первичной слуховой коре [11] коррелирует с восприятием консонансных и диссонансных интервалов. Авторы работы [10], посвященной исследованию стволовых потенциалов, показали, что восприятие музыкальной гармонии происходит в том числе еще на низких уровнях сенсорного анализа, причем существующая схема кодирования облегчает восприятие консонансных аккордов. Это может объяснить тот факт, что консонансы воспринимаются как более приятные [3, 12]. Имеются также данные, что восприятие дисгармонии также имеет свои корреляты на первичном сенсорном уровне и сопровождается большей активацией зоны А1 первичной звуковой коры, что проявляется в синхронизации осцилляций нейронов на частоте, соответствующей разнице акустических частот [13]. Кроме того, показано, что консонансные аккорды стимулируют более высокую гамма-активность по сравнению с
диссонансными [25]. Исследования когерентности выявили, что при прослушивании консонансных аккордов наблюдалось увеличение внутриполушарной когерентности в правом полушарии в эмоциональном диапазоне тета-ритма в отличие от диссонансных [26].
В настоящей работе была поставлена задача изучить изменения спектральной мощности и вызванные потенциалы ЭЭГ при предъявлении консонансных и диссонансных аккордов в зависимости от опыта занятий музыкой.
МЕТОДИКА
Испытуемые. В эксперименте приняли участие 48 человек от 18 до 35 лет (средний возраст 24.5; SD = 5.13), 10 мужчин и 38 женщин, поделенных на две группы: немузыканты — не имеющие опыта занятий музыкой (23 человека, из них 4 мужчины, средний возраст — 23; SD = 5.1) и музыканты — студенты РАМ им. Гнесиных и МГК (25 человек, из них 6 мужчин, средний возраст — 22.6, SD = 5.01).
Стимулы. В качестве стимулов мы взяли консонансные и диссонансные аккорды, состоящие из четырех интервалов и построенные на разных тонах 12-ступенного равномерно-темперированного строя, но одинаковые по длительности, тембру и громкости. Стимулы были выровнены по тембру (классическое пианино) и громкости (70 дБ). Всего было 84 стимула: 42 консонансных (из них 21 мажорный и 21 минорный аккорд) и 42 диссонансных. Консонансные аккорды строили на основе мажорного (или минорного) трезвучия от семи основных ступеней с дополнительными интервалами для основного тона (на октаву выше и ниже основного тона). Диссонансные аккорды строились на основе жестких диссонансных интервалов (малая секунда, большая септима). Все стимулы были созданы с помощью программы Cakewalk Music Creator 4 (рис. 1).
Условия предъявления стимулов. Консо-нансные аккорды (КА) и диссонансные аккорды (ДА) длительностью 1.5 с предъявлялись испытуемым через наушники в случайном порядке с равной вероятностью во время записи ЭЭГ. Испытуемые располагались с открытыми глазами в удобном кресле в затемненной комнате. После прослушивания каждого аккорда через 500 мс испытуемые должны были оценить свои эмоциональные ощущения с ис-
пользованием девятибалльной шкалы ("приятный—неприятный"), а также гармоничность аккордов по девятибалльной шкале ("гармоничный—дисгармоничный"). После оценки стимулов, по истечении случайно определяемого интервала 1—1.5 с, предъявляли следующий стимул. Инструкции и фиксационный символ "+" предъявляли на стимулирующем мониторе размером 19" (Acer 1719), установленном на расстоянии 90 см от испытуемого. Запись ЭЭГ осуществляли при предъявлении двух блоков по 40 стимулов.
Запись вызванных потенциалов. ЭЭГ регистрировали с использованием 32-канального усилителя "Neuroscan Synamps" (США) и 32-канальной шапочки (модифицированная схема постановки электродов 10—20) с встроенными Ag/AgCl электродами. В качестве референтного отведения использовали объединенный ушной электрод, заземляющий электрод располагался в центре лба.
Анализ данных. После удаления окулогра-фических артефактов и исключения эпох с миографическими, двигательными и иными артефактами производили полосовую фильтрацию в следующих частотных диапазонах: те-та1 (4-6 Гц), тета2 (6-8 Гц), альфа1 (8-10 Гц), альфа2 (10-13 Гц) и гамма (30-45 Гц). Согласно классическому методу вычисления вызванной синхронизации/десинхронизации [10, 20, 28] вызванные изменения спектральной мощности (ВИСМ) в тестовом интервале (0-1200 мс от начала предъявления стимула) определяли как процент увеличения (ВС -вызванная синхронизация) или уменьшения (ВД - вызванная десинхронизация) мощности в данном частотном диапазоне по сравнению с референтным интервалом (от -500 до 0 мс относительно момента предъявления стимула). Для статистического анализа экспортировались значения пиков увеличения или уменьшения спектральной мощности во временном интервале 100-500 мс, определенном по результатам предварительного анализа усредненных кривых вызванных изменений спектральной мощности. Субъективные оценки испытуемых анализировали с использованием t-критерия Стьюдента для зависимых выборок. Для анализа вызванной синхронизации по каждому частотному диапазону использовались следующие схемы дисперсионного анализа с повторными измерениями для каждой из двух групп испытуемых: а) AN OVA для отведений центральной линии: Отведения (Fz, Cz, Pz и Oz) х Экспери-
Рис. 1. Примеры стимулов. Консонанс (слева) на основе до-мажорного трезвучия. Диссонанс (справа) на основе двух наиболее диссо-нансных интервалов: малой секунды и тритона. Fig. 1. Stimuli example.
ментальное условие (2 ЭУ: консонансные, диссонансные аккорды) для выявления общих топографических закономерностей ВИСМ; б) отдельные двухфакторные ANOVA для пар отведений F3—F4 и Р3—Р4, Полушарие 2 (левое, пр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.