Уже взрослыми мы можем освоить практически любое умение, видоизменяя свой мозг. Одно из самых известных исследований в этой области (с участием лондонских таксистов{124}) выявило, что у водителей, лучше знавших лондонские улицы, гиппокамп был крупнее; эта часть мозга связана с функциями, важными для таксиста, – памятью, умением двигаться по нужному курсу и способностью ориентироваться в пространстве.
Идею, что обучение во взрослом возрасте влияет на структуру мозга, еще убедительнее подтверждают исследования, в ходе которых взрослых учат навыку с нуля и наблюдают, изменится ли мозг со временем и опытом. В ходе еще одного эксперимента участникам показывали новый прием жонглирования. Их мозг рассматривали с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) – и всего через семь дней занятий обнаружили повышение плотности в зрительной и двигательной зонах головного мозга{125}.
До какой степени музыка способна менять вид и деятельность мозга? Пока практически нет данных, что прослушивание большого объема музыки вызывает существенные изменения в строении или работе мозга. Но уже давно изучаются изменения мозга в результате музыкального образования.
Обучение музыке и мозг
В XIX веке ученые предположили, что основные мотивы поведения людей регулируются мозгом; до тех пор мотиваторами считались душа и сердце. К концу XIX века ученые занялись исследованием мозга выдающихся людей, чтобы определить возможные истоки их способностей и профессионализма. В число популярных объектов для посмертного анализа вошли математики, поэты и, конечно, музыканты.
Зигмунд Ауэрбах (1860–1923 гг.) – немецкий хирург, исследовавший строение мозга; его многочисленные работы были посвящены лечению опухолей мозга, повреждению нервов и эпилепсии. В начале XX века он провел посмертное препарирование мозга пяти современных ему знаменитых музыкантов: дирижеров Феликса Мотля и Ганса фон Бюлова, скрипача Иоганна Нарет-Конинга, певца Юлиуса Штокхаузена и виолончелиста Бернхарда Коссмана. Доктор Ауэрбах хотел выяснить, чем их мозг отличался от среднестатистического, которые он каждый день видел на своем операционном столе.
Ауэрбах заключил, что у всех этих людей были увеличены части средней и задней областей верхней височной извилины. Давайте разберемся в терминологии. Мозг покрыт складками серого вещества, а извилина – это верхняя часть складки, или выпуклость, в отличие от углубления, или щели (так называемой борозды). За ушами с обеих сторон находится височная доля; она в первую очередь занимается обработкой звуков. Итак, повторим: верхняя височная извилина – это выпуклость в сером веществе, расположенная в верхней части височной доли. Выпуклость, которую Ауэрбах обнаружил у пяти покойных музыкантов, была гораздо больше, чем он обычно наблюдал.
Изображение мозга человека с указанием расположения верхней височной извилины и ряда избранных структур
Ауэрбах подметил и другие различия, встречавшиеся не у всех: например, увеличение количества серого вещества в задней части лобной доли (за лбом). В целом обнаруженные отличия мозга не были обширными, но не забывайте: речь идет о том, что можно было увидеть человеческим глазом или через лупу.
Выявленные Ауэрбахом результаты были подкреплены более поздними исследованиями, включая работу Доротеи Бехайм-Шварцбах в 1974 году. Она изучила мозг трех музыкально одаренных людей из знаменитых архивов Фогта – коллекции мозга, собранной немецким неврологом Оскаром Фогтом, его женой Сесилией и их сотрудниками за 25 лет (1928–1953 гг.).
К счастью, благодаря развитию в XX веке таких методов нейровизуализации, как магнитно-резонансная томография, стало возможно получать трехмерные и очень четкие изображения живого мозга, не дожидаясь, пока какой-нибудь знаменитый музыкант отправится к праотцам. Эта разработка также позволила впервые рассматривать несколько томограмм одновременно, используя при этом статистические подходы, чтобы получать объективную количественную оценку различий в строении мозга специалистов и не специалистов. И наконец, как и в случае с жонглерами, благодаря таким видам исследования легче определить, что уникальные анатомические особенности, наблюдаемые в мозгу музыкантов, – результат, а не причина приобретения навыков.
Далее мы рассмотрим ряд отличий, обнаруженных в мозгу музыкантов по сравнению с мозгом немузыкантов. В научной литературе можно найти превосходные обширные обзоры этой темы{126}; я приведу некоторые из наиболее значительных и непротиворечивых данных.
Но сначала два кратких, но важных замечания. Во-первых, в литературе нет единообразия в определении «музыкант»: участниками разных исследований становятся люди, различающиеся уровнем образования и опыта. Будем подразумевать под этим понятием людей, которые учились музыке как минимум 10 лет и до сих пор активно и регулярно играют.
Во-вторых, в большинстве случаев невозможно с уверенностью определить, стало ли обучение музыке причиной наблюдаемых изменений. Возможно, еще до начала учебы у человека существовали или были предопределены какие-то различия в мозгу, и это стало одной из причин, по которым из него вышел хороший музыкант.
На момент написания этой книги существовало лишь одно долгосрочное исследование с МРТ мозга детей до и после начала занятий музыкой. По результатам в начале наблюдаемых изменений мозга не было, но они происходили в процессе обучения{127}. Впрочем, ясности по этому вопросу нет до сих пор.
Строение мозга
В мозгу есть два полушария, соединенных рядом нервных волокон в структуре под названием «мозолистое тело». Оно обеспечивает способность передавать информацию между полушариями быстро и эффективно, чтобы координировать всю их деятельность, включая движения левой и правой стороны тела.
В одном из первых исследований на нашу тему с нейровизуализацией (1995 год) использовалась магнитно-резонансная морфометрия. Этот метод позволяет составить карту участка поверхности мозолистого тела, используя изображения, полученные на аппарате МРТ. Готфрид Шлауг и коллеги{128} сообщили, что у 30 профессиональных праворуких музыкантов, игравших на клавишных и струнных инструментах, мозолистое тело было значительно больше, чем у 30 человек того же возраста и пола, не имевших музыкального образования. Более того, это различие определялось в основном людьми, начавшими учиться музыке в возрасте до семи лет. Был сделан вывод, что необходимость сложной координации обеих рук при игре на клавишных и струнных инструментах требует роста в той области мозга, которая обеспечивает обмен информацией между руками.
У некоторых профессиональных музыкантов мозолистое тело не только больше, но и работает иначе: у них передача всех видов информации (включая зрительную) между полушариями происходит быстрее, чем у немузыкантов{129}.
Мозолистое тело не только содействует передаче информации между полушариями, но и поддерживает определенный уровень торможения или блокирования. Здесь важно найти равновесие: если обмен информацией у полушарий слишком интенсивный, может возникнуть путаница между сообщениями с каждой стороны; если недостаточный – координация менее эффективна.
Можно предположить, что у музыкантов торможение мозолистого тела сильнее из-за увеличенного объема информации (от двух рук) и необходимости сохранять независимый контроль над движениями. На самом же деле было обнаружено, что контуры торможения у музыкантов в этой области мозга менее эффективны – то есть передача сигнала слабее блокируется{130}. Одна из гипотез по поводу этой ситуации состоит в том, что, в частности, у профессиональных пианистов независимость сообщений от двух рук достигла таких высоких уровней, что они могут позволить себе свободный обмен информацией между половинами мозга, не боясь путаницы и срыва исполнения.
Мозолистое тело – не единственное место, где обеспечивается связность мозга. Множество проводящих путей белого вещества передают сигналы от одной части мозга к другой. Есть данные, что обучение музыке влияет на структурную целостность некоторых из этих проводящих путей, что, возможно, усиливает их{131}.
В ходе масштабного исследования профессиональных пианистов, проведенного в Университетском колледже Лондона, было обнаружено несколько областей мозга с более плотными волокнами белого вещества (их было больше, они были лучше выровнены, а их миелинизация[6] шла эффективнее); более того: чем больше музыкант практиковался, тем плотнее было белое вещество. Этот результат наводит на мысли об улучшенной связности в ряде важных областей мозга вне мозолистого тела у музыкантов.
В ходе масштабного исследования профессиональных пианистов, проведенного в Университетском колледже Лондона, было обнаружено несколько областей мозга с более плотными волокнами белого вещества (их было больше, они были лучше выровнены, а их миелинизация[6] шла эффективнее); более того: чем больше музыкант практиковался, тем плотнее было белое вещество. Этот результат наводит на мысли об улучшенной связности в ряде важных областей мозга вне мозолистого тела у музыкантов.
Но эффект повышенной связности не ограничивается освоением инструмента. Гас Халвани и коллеги{132} исследовали целостность особенно крупного проводящего пути белого вещества (или «тракта») – дугообразного пучка (ДП). Он связывает височную и лобную доли и очень важен для переноса информации о звуке. У нас есть два тракта ДП: один – в правом полушарии, а другой – в левом. Представьте эту структуру в виде полой трубки, наполненной рисовой лапшой, которая изображает отдельные гибкие волокна пучка.
Халвани применил метод трактографии, чтобы измерить объем (размер трубки) и плотность волокон («лапши») в трактах ДП обоих полушарий у немузыкантов, инструменталистов и вокалистов. У музыкантов тракт ДП оказался крупнее и плотнее, чем у остальных. Что интересно, в левом полушарии части ДП певцов были крупнее, чем у инструменталистов, но менее плотными, то есть волокна в ДП в тех местах, вероятно, больше перекрещивались или разветвлялись.
Чем объясняется это различие в левом и правом ДП у певцов? По одной теории, правый ДП больше участвует в распознавании отношений между звуками и тем, как мы их производим (с помощью кистей рук, стоп или голоса). А левый ДП сильнее реагирует на то, как мы издаем звуки с помощью голосового аппарата. Так что, возможно, левая сторона мозга больше сосредоточена на том, что нужно для произнесения речи, а правую больше интересуют звуки вообще.
В этом исследовании есть замечательный намек: связность мозга улучшается пением, а это всем доступно и инструмент не нужен. Конечно, теперь нужно исследовать, проявляется эффект связности у новичков, обучающихся музыке, или только у музыкантов с длительной подготовкой.
Движения
Если вы играете на музыкальном инструменте или поете, для оптимального исполнения приходится вырабатывать и оттачивать сложные навыки управления движениями. Лучшие профессиональные пианисты способны извлекать до 1800 нот в минуту, при этом регулируя мельчайшие изменения в громкости и давлении; это изумительное достижение для пальцев{133}. Наличие таких невероятных способностей не проходит бесследно для строения мозга.
У людей, выработавших улучшенные двигательные навыки, обычно есть измеримые различия в части мозга, представляющей тело и движения. Она расположена примерно между макушкой и стволом мозга, включает в себя соматосенсорную кору и двигательную кору, находящиеся рядом и тесно сотрудничающие.
Двигательная зона отвечает за планирование и совершение движений, а соматосенсорная реагирует на информацию об осязательных ощущениях, включая боль, а также на проприоцепцию – наше представление о расположении тела в пространстве.
В соматосенсорной и двигательной зонах отражена логическая, вытянутая карта тела: каждая часть тела представлена в разной степени, в зависимости от важности точного управления и регулярности использования. Визуальное воплощение карты выглядит странно: так называемый кортикальный гомункул; представьте человека с массивными кистями рук, стопами, губами и языком, но крошечными животом, спиной, ушами и шеей.
Кортикальный гомункул: наглядное отображение степени представительства различных участков тела в моторной и соматосенсорной коре мозга человека
Конечно, эта карта тела у всех отличается, мы по-разному используем свое тело; к тому же на протяжении жизни в карте происходят значительные изменения в ответ на инсульт или травму мозга или тела. Но, несмотря на это разнообразие, все равно заметны общие различия между картами тела у музыкантов и всех остальных.
У музыкантов-клавишников проявляется повышенная тактильная чувствительность кистей рук{134}; они также лучше выполняют задачи, требующие приобретения новых двигательных навыков, особенно если начали учиться музыке в детстве{135}. Этим качествам соответствуют отличия на мозговой карте их тела.
Относительное расположение представительства различных участков тела на протяжении моторной и соматосенсорной коры мозга
Кэтрин Эмантс и коллеги{136} с помощью МРТ измерили ту часть двигательной коры, где представлены кисти. В ее структуре у немузыкантов оказалось больше асимметрии: слева она заметнее. Такого соотношения стоило ожидать у праворуких, так как тело представлено в мозгу перевернутым: правая рука – с левой стороны мозга, и наоборот. А у клавишников структура была намного симметричнее, что отражает гораздо большее представительство обеих рук в мозгу. Это особенно относилось к людям, с детства начавшим заниматься музыкой.
В более свежих исследованиях также был обнаружен четко выраженный рисунок в виде греческой буквы омега (ω) на моторной коре музыкантов{137}. Поразительно, что аналогичные результаты выявили невооруженным глазом – настолько явными были различия.
Ученые также рассмотрели реакции в представленной карте тела. Кристо Пантев и его коллеги{138} изучили музыкантов-струнников, которые начали учиться музыке в раннем возрасте и до сих пор регулярно практиковались, и сравнили с группой контрольных участников, которые не играли ни на каком инструменте и не выполняли пальцами рук никакой другой ритмичной деятельности (например, печатания). Исследователи стимулировали большой палец и мизинец на обеих руках участников с помощью небольшого давления – безвредного и безболезненного. Затем измерили реакцию коры мозга в соматосенсорных зонах с помощью аппарата для магнитоэнцефалографии (МЭГ). Этот чувствительный прибор измеряет активность мозга, регистрируя вокруг головы магнитные поля, возникающие в ответ на электрические токи.
Пантев обнаружил, что реакции мозга были выше у музыкантов, чем у немузыкантов, но только для левой руки; это значит, что движения пальцев руки были больше представлены в мозгу музыкантов. Бо́льшая выраженность данных для левой руки, вероятно, определялась перевесом скрипачей среди участников исследования, а они левой рукой выполняют гораздо более точные и тонкие движения, чем правой (со смычком){139}.
Эти исследования свидетельствуют, что навыки тонкого двигательного контроля у музыкантов помогают им выполнять в лаборатории двигательные задачи, не связанные с музыкой; а обозначенная разница реакций мозга проявляется в строении и организации карты тела, что порой можно увидеть даже невооруженным глазом.
Навыки слушания
К взрослому возрасту становятся отчетливо видны анатомические и функциональные отличия мозга музыкантов, которые уже мастерски овладевают умением воспринимать небольшие изменения звука и реагировать на них, особенно на своем инструменте или голосом.
Было обнаружено, что уровень активации в первичной слуховой коре у профессиональных музыкантов в ответ на музыкальные звуки на 102 процента выше, чем у немузыкантов, причем всего через 30 миллисекунд после начала звучания. Более того, серого вещества в некоторых частях слуховой зоны оказалось на 130 процентов больше{140}. Музыканты также лучше воспринимают любые мелкие изменения, подобные музыке и речи{141}. Справедливо сказать, что мозг музыкантов велик, способен к быстродействию и имеет широкие возможности в отношении анализа звуков.
Важное свойство музыкального опыта в том, что он не обеспечивает просто «эффекта ручки громкости»{142} – усиления всех реакций. Реакции нервной системы на звуки сбалансированы так, чтобы оставалось больше ресурсов для обработки сложных аспектов звука, что лучше удается профессиональным музыкантам. И в этом смысле усовершенствование обработки звука у музыкантов – процесс оптимизации.
Одно из последствий этого процесса оптимизации – в том, что самые значительные улучшения происходят в обработке знакомых звуков – собственного инструмента или голоса музыканта – по сравнению с другими. Кристо Пантев и его команда продемонстрировали, что у музыкантов реакция мозга на 25 процентов сильнее в первые миллисекунды после восприятия музыкального тона{143}. Подобного повышения не происходило, когда музыканты слышали «чистые тоны» – звуки искусственной высоты, которые не может издать традиционный инструмент. (Эти тоны состоят из всех основных элементов звуковой волны – частоты, длины и амплитуды, так что мы слышим высоту, но без обертонов, возникающих в результате естественных колебаний воздуха, вызываемых струной фортепиано или тростью кларнета).