Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние консонансных и диссонансных аккордов на биопотенциалы мозга

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние консонансных и диссонансных аккордов на биопотенциалы мозга"

На правах рукописи

МАСЛЕННИКОВА АЛЕКСАНДРА ВАЛЕРЬЕВНА

ВЛИЯНИЕ КОНСОНАНСНЫХ И ДИССОНАНСНЫХ АККОРДОВ НА БИОПОТЕНЦИАЛЫ МОЗГА

Специальность 03.03.01 - физиология и 19.00.02 - психофизиология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 8 ДПР 2013 005052115

Москва-2013

005052115

Диссертация выполнена в лаборатории психофизиологии (заведующая — доктор медицинских наук, профессор В.Б. Стрелец) Федерального Государственного Бюджетного Учреждения Науки Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (директор — член-корреспондент, профессор П.М. Балабан) Научный руководитель: доктор биологических наук, Стрелец Валерия Борисовна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Коставдов Эдуард Арутюнович доктор биологических наук, профессор Морозов Владимир Петрович

Ведущая организации: ФГБУ Научный Центр Психического Здоровья РАМН

Защита состоится «26» апреля 2013 года в 15 часов 30 минут на заседании Диссертационного совета Д.002.044.01 при Учреждении Российской Академии Наук Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН по адресу: 117485, г. Москва, ул. Бутлерова, д.5а. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИВНД и НФ РАН.

--»7 /О Л

Автореферат разослан «-» 2013 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

доктор биологических наук Иерусалимский В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования

В основе гармонического строя музыки лежат соотношения частот музыкальных звуков, или музыкальные интервалы. В музыкальной акустике и теории музыки интервалы делят на консонансы и диссонансы по соотношению частот тонов, входящих в интервал. Отмечается, что консонансы звучат мягко, спокойно, благозвучно, диссонансы - резко, жестко, напряженно (Budge, 1943; Vos and Troost, 1989; Huron, 1991, Готсдинер A.Jl., 1993). Согласно теории Гельмгольца (акустическая теория) консонантность и диссонансность интервалов определяются отсутствием или наличием биений между основными и частичными тонами, входящими в интервал. Два и более интервалов составляют аккорд, причем в аккорде могут сочетаться как консонансные, так и диссонансные интервалы. Предпочтение консонансов выявлено также у младенцев (Trainor et al., 2002; Hannon and Trainor, 2007, Winkler, Haden, He, 2009) и животных (В.П. Морозов, 1967, Fishman et al., 2001).

На данный момент существует немало исследований психофизиологии восприятия гармонической структуры аккорда человеком. Исследования когерентности (Passynkova, 2005, 2006) дают основание считать, что более сильная внутриполушарная связь в правом полушарии для консонансов по сравнению с диссонансами в диапазоне тета-ритма связана с оценкой данных аккордов как приятных. Некоторые исследователи приводят данные о том, что обработка гармонической структуры базируется на низких уровнях сенсорного анализа и поэтому может быть причиной того, что консонансы более предпочитаемы (Bindelman, Ananthanarayan, 2009). В тоже время показано, что консонансные аккорды стимулируют более высокую гамма-активность по сравнению с диссонансными (Park, 2011).

Выявленные межполушарные асимметрии подтверждают гипотезу В. Хелер и Р. Дэвидсона об участии передних отделов коры в определении знака эмоции, согласно которой положительные переживания связываются с деятельностью передних отделов левого, а отрицательные - передних отделов правого полушария. Согласно информационной теории П.В. Симонова, повышение активации правой лобной области связано с переживаниями отрицательных эмоций, например при дисбалансе между имеющейся информацией и информацией, необходимой для решения данной задачи. Также как и в работах В. Хелер и Р. Дэвидсона, в исследованиях В.Б. Стрелец показано, что активация правой лобной области связана с регуляцией отрицательных эмоций. Наблюдаемая активация фронтомедиальных областей соответствует хорошо описанному феномену фронтомедиального тета-ритма, ассоциируемого с активацией передней части поясной извилины и связанному в том числе с интернализацией внимания и субъективной выраженностью переживания гармонии. Эти результаты подтверждаются тем, что на субъективном уровне консонансные аккорды были оценены и как более приятные, и как более гармоничные. Данные, полученные в ходе нашей работы, согласуются с результатами Н. Пасынковой с соавт., также показавшими связь тета-ритма с восприятием гармоничности в музыке.

Однако мы впервые применили метод вызванных изменений спектральной мощности для анализа влияния консонансных и диссонансных аккордов на биопотенциалы мозга и получили увеличение мощности в диапазоне тета-ритма на консонансные интервалы по сравнению с диссонансными (увеличение мощности в постстимульном интервале по сравнению с предстимульным) во фронто-медиальных областях коры симметрично для обоих полушарий у музыкантов и фронто-медиальных областях коры левого полушария у немузыкантов. Таким образом, разделение на группы по наличию/отсутствию музыкального опыта выявило

4

большую межполушарную интегрированность, а также' большую величину ранних компонентов вызванного потенциала, что по-видимому связано с опытом занятий музыкой.

Поскольку на настоящий момент опубликованы лишь единичные работы, рассматривающие психофизиологические корреляты восприятия гармонии в музыке, следует также отметить важность полученных результатов для понимания особенностей восприятия музыки и формирования связанных с ней эмоциональных ощущений. В настоящей работе впервые рассмотрена динамика восприятия гармонии в музыкальном звуке; временной отрезок, на котором наблюдавшиеся различия были выражены максимально (100-300 мс), соответствует относительно ранним, скорее автоматизированным, нежели когнитивным этапам восприятия музыки. Кроме того, получено дополнительное подтверждение важности для эмоционального восприятия не столько альфа-ритма, как тета-ритма, что согласуется с данными ряда других исследований эмоционального восприятия.

Цель исследования состояла в психофизиологическом анализе особенностей центральных механизмов восприятия музыкальной гармонии.

Задачи исследования

1. Выявить субъективные особенности восприятия эмоциональной информации и переживания музыкальной гармонии.

2. Оценить особенности вызванных изменений спектральной мощности ритмов мозга испытуемых при восприятии консонансных и диссонансных аккордов.

3. Исследовать различия вызванных потенциалов на две категории стимулов (консонансы и диссонансы).

4. Провести аналю вызванных изменений спектральной мощности при восприятии аккордов музыкантами и людьми без музыкального образования, а также изучить особенности вызванных потенциалов на консонансные и диссонансные аккорды в зависимости от музыкального образования.

5. Сопоставить показатели межполушарной асимметрии в зависимости от наличия или отсутствия музыкального образования.

Научная новизна

• Впервые применена методика вызванных изменений спектральной мощности для анализа влияния консонансных и диссонансных аккордов на биопотенциалы мозга.

• Впервые обнаружено увеличение вызванных изменений спектральной мощности в тета-диапазоне ритмов на консонансные аккорды вне зависимости от обучения.

• Впервые выявлено увеличение вызванных изменений спектральной мощности в зависимости от музыкального навыка.

• Впервые показаны топографические изменения при восприятии аккордов в тета-диапазоне и их зависимость от музыкального навыка.

• Показано впервые отсутствие различий по амплитуде и латенгаости в ранних компонентах вызванного потенциала на консонансы и диссонансы.

Теоретическая и практическая значимость

Полученные результаты вносят вклад в изучение психофизиологического механизма восприятия музыкальной гармонии.

В работе было изучено влияние аккордов, построенных на консонансных и диссонансных музыкальных интервалах, на биопотенциалы

мозга человека. Обнаружено, что приятно звучащие консонансные аккорды вызывают увеличение активности в диапазоне тета-ритма по сравнению с диссонансными. Причем у людей без музыкального образования активируются преимущественно фронто-медиальные области со смещением в левое полушарие, что говорит об обработке данных стимулов с вовлечением зон коры, ответственных за положительные эмоции. У музыкантов подобной асимметрии не наблюдается, так как обработка аккордов в силу музыкального опыта у этой группы испытуемых достаточно автоматизированная, свернутая. Однако, необходимо отметить, что наличие музыкального образования на предпочтение консонансов и увеличение тета-активности на консонансные аккорды не влияет.

Выявленные различия в обработке консонансных и диссонансных аккордов у музыкантов и немузыкантов, дают возможность говорить об общих, универсальных механизмах обработки музыкальных аккордов, и, в то же время, различиях, связанных с обучением.

Поскольку на настоящий момент опубликованы лишь единичные работы, рассматривающие психофизиологические корреляты восприятия гармоничности/дисгармоничности в музыке, следует также отметить важность полученных результатов для понимания особенностей восприятия музыки и формирования связанных с ней эмоциональных ощущений.

Настоящая работа имеет определенную практическую значимость для музыкантов-теоретиков, специалистов по психоакустике и врачей-психотерапевтов как теоретическая база и обоснование музыкотерапевтической практики.

Положения, выносимые на защиту

1. Различия в вызванных .изменениях мощности ритмов обусловлены

разными типами аккордов (консонансными и диссонансными).

2. Вызванные изменения мощности ритмов на разные типы аккордов у -профессиональных музыкантов и немузыкантов различны.

3. При восприятии аккордов у немузыкантов наблюдается межполушарная асимметрия, и она отсутствует у музыкантов.

4. Амплитуда компонентов N100 и Р200 вызванного потенциала на консонансные и диссонансные аккорды зависит от опыта занятий музыкой.

Публикации: По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них 1 статья в журнале, рекомендуемом ВАК.

Апробация диссертации

Результаты работы в качестве доклада были представлены на конференции молодых ученых ИВНД и НФ РАН (Москва, 2011, 2012), международной конференции (Салоники, 2011 и Калининград, 2012), а также апробированы на годовой отчетной конференции ИВНД и НФ РАН 21 ноября 2011 года. Кроме того, используются в материалах лекций по психологии искусства в Московском институте психоанализа, психофизиологии в МГУ ТУ. Полученные данные дали возможность разработать курс музыкотерапии в рамках арт-терапевтической работы с пациентами в практической работе в коммерческих психоневрологических клиниках г. Москвы (клиники «Роса» и «Преображение») и г. Перми (Центр реабилитации инвалидов).

Структура работы

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, результатов, обсуждения результатов, выводов, указателя библиографических источников и приложения. Работа изложена на

115 машинописных страницах, включая 13 таблиц и 37 рисунков. Список цитируемой литературы состоит из 130 работ.

МЕТОДИКА

Испытуемые: в эксперименте приняли участие 48 человек от 18 до 35 лет (средний возраст 24,5 ± 5.13), 38 женщин и 10 мужчин не имеющие психических отклонений и имеющие неоконченное высшее и высшее образование. Испытуемые составили две группы: не имеющие музыкального образования (23 человека) и имеющие среднее специальное или высшее музыкальное образование (25 человек).

Стимулы: В качестве стимулов мы взяли консонансные и диссонансные аккорды, состоявшие 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 стимулов было 84: 42 консонансных и 42 диссонансных. Консонансные аккорды строились 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 диссонансных интервалов. Все стимулы были созданы с помощью программы Cakewalk Music Creator 4.

Рисунок 1. Примеры стимулов. Консонанс (слева) на основе до-мажорного трезвучия. Диссонанс (справа) на основе двух наиболее диссонансных интервалов: малой секунды и тритона.

9

Условия предъявления стимулов: Во время записи ЭЭГ испытуемым в случайном порядке с равной вероятностью через наушники предъявлялись консонансные аккорды и диссонансные аккорды длительностью 1,5 с. 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 использованием девятибалльной шкалы «приятный - неприятный», а также оценить гармоничность аккордов по девятибалльной шкале «гармоничный -дисгармоничный». После оценки стимулов, по истечении случайно определяемого интервала в 1 - 1,5 с, предъявлялся следующий стимул. Инструкции и фиксационный символ «+» предъявлялись на стимулирующем мониторе размером 19" (Acer 1719), установленном на расстоянии 90 см от испытуемого. Запись ЭЭГ осуществлялась при предъявлении двух блоков по 40 стимулов.

Запись вызванных потенциалов: ЭЭГ регистрировалась с использованием 32-канального усилителя Neuroscan Synamps и 32-канальной шапочки (модифицированная схема постановки электродов 10-20%) с встроенными Ag/AgCl электродами. В качестве референтного отведения использовался объединенный ушной референт, заземляющий электрод располагался в центре лба.

Анализ данных: После удаления окулографических артефактов и исключения эпох с миографическими, двигательными и иными артефактами производилась полосовая фильтрация в следующих частотных диапазонах: дельта (2-4 Гц), тета1 (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 вызванные изменения спектральной мощности (ВИСМ) в постстимульном интервале (0-1200 мс от начала предъявления стимула) определялись как процент увеличения

(вызванная синхронизация) или уменьшения (вызванная десинхронизация) мощности в данном частотном диапазоне по сравнению с предстимульным интервалом (от -500 до 0 мс относительно момента предъявления стимула). Этот метод (evoked synchronization/desinchronization) предложен Pfurtscheller, Lopes da Silva, 1999. 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 анализировались 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) дисперсионный анализ ANOVA для отведений центральной линии: отведения (Fz, Cz, Pz и Oz) на экспериментальное условие (консонансные, диссонансные аккорды) для выявления общих топографических закономерностей ВИСМ; б) отдельный двухфакторный анализ ANOVA для пар отведений F3 - F4 и РЗ - Р4, полушарие (левое, правое) на экспериментальное условие, для проверки специфической экспериментальной гипотезы. Кроме того, были проведены межгрупповые сравнения по вышеуказанным схемам. При необходимости для коррекции значений р использовалась поправка Гринхауза-Гейссера. Для уточнения характера эффектов при наличии достоверных взаимодействий проводились one-way ANOVA по отдельным отведениям.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Анализ субъективных оценок аккордов. Субъективные оценки по шкале

«гармоничный - дисгармоничный» для консоиансных аккордов были

11

значимо выше, чем для диссонансных (р<0,001) у немузыкантов, музыканты также оценивали консонансы как более гармоничные (р<0,02). Для шкалы «приятный - неприятный» как музыканты, так и немузыканты оценивали консонансы, как более приятные (р<0,01), однако различия между категориями у музыкантов были несколько меньше. Различия между группами выявлены на уровне тенденций (р<0,1).

з.о

7.0 6.0 5.0 ¿.О .1.(1 Л" 1,0 п.о

Рисунок 2. Различия субъективных оценок для консонансов и диссонансов в группах музыкантов и немузыкантов.

средний балл по шкале "валентность" средний балл по шкале "гармоничность"

консонансы диссонансы консонансы диссонансы

немузыканты 6,6 4,4 6,0 3,5

музыканты 6,9 4,7 7,4 3,2

Таблица 1. Средние баллы по шкалам субъективной оценки в зависимости от музыкального опыта.

1>1

I

I музыканты

консонанс диг.сонлнг конконлнг ДИС" гон лиг

ва Л е г 1Тг ЮСТ= Го рмс 11И • I - ЮС г э

Анализ вызванных изменений спектральной мощности показал, что зависимость вызванных изменений спектральной мощности от типа стимула наблюдалась в тета1, тета2 и альфа1 диапазонах и была наиболее выражена во фронто-центральных областях коры. Для других частотных диапазонов (дельта, альфа2, гамма) достоверной зависимости ВИСМ от экспериментального условия выявлено не было.

Temal (4-6 Гц). Различия в восприятии двух типов аккордов наиболее ярко выражены в тета1 диапазоне ритмов. Достоверность различий довольно высока - р=0,0003. При этом разница между группами выражена еще и топографически: различия между консонансными и диссонансными аккордами у немузыкантов выражены как во фронтомедиальных, так и в левых префронтальных отделах, а у музыкантов лишь во фронтомедиальных отделах коры головного мозга (рис. 2). Это подтверждается статистически: уровень значимости различий по отведениям СЗ-С4 составил р=0,002. Кроме того, амплитуда вызванной синхронизации в диапазоне тета1 для немузыкантов значимо ниже симметрично для обоих полушарий.

Тета2 (6-8 Гц). По результатам дисперсионного анализа уровень значимости взаимодействия факторов «Отведение» на «Музыкальное образование» составил р=0,0016, что свидетельствует о более выраженном увеличении мощности тета2 ритма во центрально-медиальных отведениях при восприятии аккордов у музыкантов по сравнению с немузыкантами (см. рис.3). Кроме того, высока степень асимметрии у немузыкантов при восприятии консонансов, в то время как у музыкантов подобной тенденции не наблюдается.

Альфа1 (8-10 Гц). Различия между экспериментальными условиями, выявленные в альфа1 диапазоне, сходны с различиями, полученными для тета-диапазонов, но менее выражены (р<0,05).

Общая тенденция такова: в тета1 максимальные различия как обусловленные фактором условия, так и фактором группы сменяются в тета2 снижением уровня значимости и доходят до невысокого в альфа 1 диапазоне ритмов.

Результаты анализа вызванных потенциалов.

Рисунок 3. Вызванный потенциал на консонансные и диссонансные аккорды, (черный = немузыканты/консонансы, красный = немузыканты/диссонансы, зеленый = музыканты/консонансы, синий = музыканты/диссонансы).

N100. Ранний отрицательный компонент N100 топографически был наиболее выражен в орбитофронтальных и фронтомедиальных отведениях, при этом разницы между экспериментальными условиями выявлено не было. Межгрупповой анализ показал, что музыканты демонстрируют большую амплитуду этого компонента для медиофронтальных отведений вне зависимости от типа аккордов (р-0,032).

N100

Р200

немузыканты

музыканты

немузыканты

музыканты

Рис. 4. Карты амплитуд компонентов N100 и Р200 вызванных потенциалов на консонансы и диссонансы у музыкантов и немузыкантов.

Р200. Топография среднелатентного позитивного компонента Р200 совпадаете топографией компонентаN100; для него также не были выявлены различия между экспериментальными условиями. Для данного компонента были выявлены наиболее достоверные межгрупповые различия: как и для N100, амплитуда Р200 была существенно выше для музыкантов (р<0,000001).

Статистически значимых различий в латентности компонентов N100 и Р200 обнаружено не было. Поздние компоненты (N600) значимых различий не показали.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Как показывают полученные данные, при восприятии аккордов наблюдается значительное увеличение спектральной мощности в нижнем и верхнем тета-диапазонах, с локальным максимумом в лобных областях коры; это увеличение более выражено при восприятии консонансных аккордов по сравнению с диссонансными. Поскольку в современной литературе вызванное увеличение спектральной мощности (вызванная синхронизация) в тета-диапазоне достаточно однозначно интерпретируется как увеличение активности соответствующих зон коры, наблюдаемый эффект свидетельствует о большей активности фронтомедиальной коры при восприятии консонансных аккордов.

Тета-1 Тета-2 Альфа-1

(4-6 Гц) (6-8 Гц) (8-10 Гц)

Музыканты

Немузыканты

]Д4, т..

MS 50%

Рис. 5. Карты разницы ВИСМ между консонансными и диссонансными аккордами для музыкантов и немузыкантов.

Наблюдаемая активация фронтомедиальных областей соответствует

хорошо описанному феномену фронтомедиального тета-ритма («FM thêta»),

16

ассоциируемого с активацией передней части поясной извилины и связанному в том числе с интернализацией внимания и субъективной выраженностью переживания ощущения внутренней гармонии (Aftanas, 2001; Sammler, 2007). Эти результаты подтверждаются тем, что на субъективном уровне консонансные аккорды были оценены и как более приятные, и как более гармоничные. Полученные результаты хорошо согласуются с результатами многочисленных работ, посвященных связи фронто-медиальному тета-ритма и эмоциональных переживаний. Данные по увеличению мощности в тета1 и тета2 диапазонах, полученные в ходе нашей работы, дополняются результатами Н. Пасынковой с соавт., показавшими связь когерентности в тета и альфа 1 диапазонах ритмов с восприятием гармоничности в музыке на материале консонансных и диссонансных аккордов. Большая амплитуда и более выраженный топографический градиент тета-синхронизации, наблюдающийся у музыкантов, отражает, по-видимому, эффект обучения, связанный с большей привычностью восприятия музыкальных стимулов у лиц с музыкальным образованием.

Таким образом, можно предположить, что консонансы и диссонансы воспринимаются немузыкантами эмоционально, в то время как музыканты в большей мере абстрагированы от эмоций, а восприятие гармонических различий опирается в большей степени на автоматизированные процессы. Так, исследование финских ученых из университета Хельсинки показало, что музыкальное образование увеличивает быструю (в течение десятков минут) нейронную пластичность кодирования звука (Seppaanen, 2012).

Консонансные аккорды не только субъективно интерпретируются как приятные, гармоничные, но и вызывают изменение биопотенциалов мозга в виде усиления тета-активности, характерное для положительного эмоционального фона, переживанием внутренней гармонии, а также

смещение описанного выше «центра тяжести» тета-ритма в левое полушарие у испытуемых, не имеющих музыкального образования.

Изменения, выявленные в альфа1 диапазоне, т.е., более выраженный топографический градиент, наблюдаемый у музыкантов, можно связать с эффектом обучения, в результате которого у музыкантов больше выражена способность к самоконтролю и слухомоторной координации и интернализации внимания при совершении когнитивной деятельности (см. обзор). Эти выводы подтверждаются исследованиями сочетанной регистрации ЭЭГ и фМРТ, где показано, что эпизоды спонтанного снижения альфа-мощности ЭЭГ в состоянии физиологического покоя ассоциируются с усилением мозговой активности (Laufs et al., 2006). Авторы этого и других аналогичных исследований предполагают, что картина мозговой активированности во время снижения альфа-мощности зависит от фонового уровня мозговой активности, наблюдаемой в более широком (не только в стандартном альфа) спектральном диапазоне ЭЭГ (Jones et al., 2000; Kaiser, 2005). Усиление пика альфа-частоты при выполнении когнитивного задания некоторые исследователи интерпретируют как индивидуальный показатель сосредоточения (Efthymios Angelakis et al., 2004). Снижение альфа-активности во всех корковых областях у больных шизофренией (негативная симптоматика) на тестовые задания было описано в работах Стрелец В.Б (2011). Результатами исследований коллег из Сибирского отделения СО РАМН (Базанова, 2007) также продемонстрировано, что индивидуальная ширина альфа-диапазона варьирует на меж- и внутрииндивидуальном уровне и зависит от многих факторов: возраста, нейрогуморального статуса, уровня профессионального мастерства и пр. В частности, исследования, проведенные на профессиональных исполнителях показали значимо большую мощность альфа-ритма во всех диапазонах у музыкантов в сравнении с немузыкантами. Таким образом, результаты, полученные для

обеих групп испытуемых, показали, что когнитивная деятельность по восприятию и обработке музыкальных стимулов сопровождается эмоциональной оценкой.

Амплитуды компонентов N100 и Р200 вызванных потенциалов у музыкантов на аккорды были существенно выше, чем у немузыкантов, что хорошо согласуется с данными других авторов (Берраапеп М. е! а1., 2012; КоексЬ й а1., 1999), которые получили схожий эффект. По всей видимости, это также связано с эффектом обучения, проявляющемся в более высокой приобретенной скорости восприятия на слух, и в более развитой слуховой памяти.

ВЫВОДЫ

1. Выявлена более высокая вызванная спектральная мощность в верхнем (6-8 Гц) и нижнем (4-6 Гц) тета-диапазонах ритмов у профессиональных музыкантов, чем у немузыкантов, независимо от типа стимула.

2. При восприятии консонансных аккордов как более приятных происходит увеличение спектральной мощности по сравнению с диссонансными аккордами в указанных тета-диапазонах в префронтальных областях коры с пиком во фронтомедиальных отведениях для обеих экспериментальных групп.

3. Более высокая мощность тета-ритма у немузыкантов на консонансные аккорды по сравнению с диссонансами во фронтальных и центральных отделах коры левого полушария может указывать на более эмоциональное восприятие гармонии людьми, не имеющими музыкального образования или на большую ингегрированность полушарий у профессионалов.

4. Амплитуда компонента N100 вызванного потенциала у музыкантов профессионалов значимо выше, чем у немузыкантов независимо от типа стимула, то есть у них имеет место более полная обработка свойств аудиальных стимулов и концентрация внимания, обусловленные опытом.

5. Амплитуда компонента Р200 вызванного потенциала у музыкантов значимо выше, чем у немузыкантов на оба типа стимулов, что позволяет говорить о большей эффективности обработки у музыкантов.

6. Различий в поздних компонентах (N600) вызванного потенциала не было выявлено.

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ

1. Масленникова A.B. Физиологические основы музыкотерапии. Психологические и психоаналитические исследования 2010-2011. М., 2011: 192-198.

2. Масленникова A.B., Варламов A.A., Стрелец В.Б. Вызванные изменения спектральной мощности ЭЭГ при восприятии консонансных и диссонансных аккордов. Журн. высш. нерв. деят. М., 2012. Т.62, №3, 286-291.

3. Масленникова A.B., Варламов A.A., Стрелец В.Б. Особенности вызванных изменений спектральной мощности при восприятии музыкальной гармонии у музыкантов и немузыкантов. V Международная конференция по когнитивной науке. Калининград, 2012. Т.2.

4. Maslennikova A., Varlamov A., Strelets V. Differences in perception of music harmony in schizophrenia. 16th World congress of the international organization of psychophysiology. Pisa (Italy), 2012:452.

Главы в коллективных монографиях:

1. Нагибина H.JL, Масленникова A.B. Психология искусства: музыка. М., 2011.

Подписано в печать 22 марта 2013 г.

Формат 60x90/16

Объём 1,25 п.л.

Тираж 100 экз.

Заказ №220313463

Оттиражировано на ризографе в ООО «УниверПринт»

ИНН/КПП 7728572912У772801001

Адрес: г. Москва, улица Ивана Бабушкина, д. 19/1.

Тел. 740-76-47,989-15-83.

http://www.univerprint.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Масленникова, Александра Валерьевна, Москва

Учреждение Российской академии наук Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

На правах рукописи

Масленникова A.B.

Влияние консонансных и диссонансных аккордов на биопотенциалы

мозга.

Специальность 03.03.01 (физиология)

и 19.00.02 (психофизиология) ,

диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор Стрелец В.Б.

Москва, 2013

Содержание

Введение....................................................................................4

Глава 1. Современные представления о восприятии музыкальной гармонии н ее корковой организации

1. Общие представления о восприятии музыкальной гармонии

1.1 Общие определения понятий музыкальной гармонии..................10

1.2 Поведенческие данные о восприятии консонансов и диссонансов..........................................................................13

1.3 Теории восприятия консонансов и диссонансов и их физиологических причин.........................................................16

1.4 Современные исследования психофизиологии восприятия консонансов и диссонансов.......................................................19

1.5 Вызванная активность. Ранние компоненты вызванных потенциалов (N1, Р2) на музыкальные стимулы..............................................22

1.6 Гипотезы обработки музыкальных интервалов головным мозгом человека...............................................................................24

1.7 Данные нейровизуальных исследований восприятия музыкальной гармонии.............................................................................26

2 Особенности психофизиологии восприятия консонансов и

диссонансов в зависимости от музыкального опыта...................27

Глава 2. Методы исследования.........................................................32

Глава 3. Результаты субъективных оценок консонансных и

диссонансных аккордов музыкантами н немузыкантами.................39

Глава 4. Результаты, полученные для вызванных изменений спектральной мощности (ВИСМ)

4.1. Вызванные изменения спектральной мощности (ВИСМ) на консонансы и диссонансы у немузыкантов.......................................45

4.2. ВИСМ на консонансы и диссонансы у музыкантов........................53

2

4.3. Сравнение результатов ВИСМ, полученных для двух групп

испытуемых...............................................................................60

Глава 5. Вызванные потенциалы при прослушивании консонансных и

диссонансных аккордов

5.1. Вызванные потенциалы на консонансы и диссонансы у немузыкантов............................................................................72

5.2. Вызванные потенциалы на консонансы и диссонансы у музыкантов................................................................................78

5.3. Сравнение вызванных потенциалов у двух групп испытуемых.........83

Глава 6. Обсуждение результатов

6.1. Соотношение субъективного восприятия музыкальной гармонии и данных биопотенциалов мозга.......................................................86

6.2. Вызванные изменения спектральной мощности медленных ритмов при восприятии музыкальной гармонии................................................90

6.3. Особенности обработки консонансов и диссонансов у музыкантов и испытуемых без музыкального образования......................................93

6.4. Связь обработки лингвистической и музыкальной стимуляции

Выводы.................................................................................102

Библиографический указатель...................................................103

Приложение...........................................................................118

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы.

На данный момент существует немало исследований психофизиологии восприятия гармонической структуры музыки человеком. Исследования когерентности (Passynkova, 2005, 2006) дают основание считать, что более сильная внутриполушарная связь в правом полушарии для консонансов по сравнению с диссонансами в диапазоне тета-ритма связана с оценкой данных аккордов как приятных. Некоторые исследователи приводят данные о том, что обработка гармонической структуры базируется на низких уровнях сенсорного анализа и поэтому может быть причиной того, что консонансы более предпочитаемы (Bindelman, Ananthanarayan, 2009). В тоже время показано, что консонантные аккорды стимулируют более высокую гамма-активность по сравнению с диссонансными (Park, 2011). В основе гармонического строя музыки лежат соотношения частот музыкальных звуков, или музыкальные интервалы. В музыкальной акустике и теории музыки интервалы делят на консонансы и диссонансы по соотношению частот тонов, входящих в интервал. Отмечается, что консонансы звучат мягко, спокойно, благозвучно, диссонансы - резко, жестко, напряженно (Budge, 1943; Vos and Troost, 1989; Huron, 1991, Готсдинер A.JI., 1993). Согласно теории Гельмгольца (акустическая теория) консонантность и диссонансность интервалов определяются отсутствием или наличием биений между основными и частичными тонами, входящими в интервал. Два и более интервалов составляют аккорд, причем в аккорде могут сочетаться как консонантные, так и диссонансные интервалы. Предпочтение консонансов выявлено также у младенцев (Trainor et al., 2002; Hannon and Trainor, 2007,

Winkler, Haden, He, 2009) и животных (В.П. Морозов, 1967, Fishman et al., 2001).

В настоящей работе была поставлена задача исследовать вызванные изменения спектральной мощности и вызванные потенциалы ЭЭГ при предъявлении консонансных и диссонансных аккордов, а также субъективное восприятие этих аккордов.

Таким образом, исключительно актуальным представляется изучение обработки музыкальной гармонии мозгом человека, понять механизм влияния созвучий и их субъективной оценки, а также влияние музыкального обучения на биопотенциалы мозга. Результаты исследования дают возможность понять влияние музыки на физиологическое и психическое состояние человека, в том числе при музыкотерапии.

Объект исследования: психофизиологические механизмы переработки музыкальной гармонии у музыкантов и немузыкантов.

Предмет исследования: особенности потенциалов, связанных с событиями (ПСС), при восприятии информации, предъявляемой на слух и влияние на этот процесс обучения.

Цели исследования: состояла в психофизиологическом анализе особенностей центральных механизмов восприятия музыкальной гармонии.

Задачи исследования:

В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи:

1. Выявить субъективные особенности восприятия эмоциональной информации и переживания музыкальной гармонии.

2. Оценить особенности вызванных изменений спектральной мощности ритмов мозга испытуемых при восприятии консонансных и диссонансных аккордов.

3. Исследовать различия вызванных потенциалов на две категории стимулов (консонансы и диссонансы).

4. Провести анализ вызванных изменений спектральной мощности при восприятии аккордов музыкантами и людьми без музыкального образования, а также изучить особенности вызванных потенциалов на консонансные и диссонансные аккорды в зависимости от музыкального образования.

5. Сопоставить показатели межполушарной асимметрии в зависимости от наличия или отсутствия музыкального образования.

Научная новизна работы

Впервые применена методика вызванных изменений спектральной мощности для анализа влияния консонансных и диссонансных аккордов на биопотенциалы мозга. Впервые обнаружено увеличение вызванных изменений спектральной мощности в тета-диапазоне ритмов на консонансные аккорды вне зависимости от обучения.

Впервые выявлено увеличение вызванных изменений спектральной мощности в зависимости от музыкального навыка.

• Впервые показаны топографические изменения при восприятии аккордов в тета-диапазоне и их зависимость от музыкального навыка.

• Показано впервые отсутствие различий по амплитуде и латентности в ранних компонентах вызванного потенциала на консонансы и диссонансы.

Теоретическая и практическая значимость

Полученные результаты вносят вклад в изучение психофизиологического механизма восприятия музыкальной гармонии.

В работе было изучено влияние аккордов, построенных на консонансных и диссонансных музыкальных интервалах, на биопотенциалы мозга человека. Обнаружено, что приятно звучащие консонансные аккорды вызывают увеличение активности в диапазоне тета-ритма по сравнению с диссонансными. Причем у людей без музыкального образования активируются преимущественно фронто-медиальные области со смещением в левое полушарие, что говорит об обработке данных стимулов с вовлечением зон коры, ответственных за положительные эмоции. У музыкантов подобной асимметрии не наблюдается, так как обработка аккордов в силу музыкального опыта у этой группы испытуемых достаточно автоматизированная, свернутая. Однако, необходимо отметить, что наличие музыкального образования на предпочтение консонансов и увеличение тета-активности на консонансные аккорды не влияет.

Выявленные различия в обработке консонансных и диссонансных аккордов у музыкантов и немузыкантов, дают возможность говорить об

общих, универсальных механизмах обработки музыкальных аккордов, и, в то же время, различиях, связанных с обучением.

Поскольку на настоящий момент опубликованы лишь единичные работы, рассматривающие психофизиологические корреляты восприятия гармоничности/дисгармоничности в музыке, следует также отметить важность полученных результатов для понимания особенностей восприятия музыки и формирования связанных с ней эмоциональных ощущений.

Настоящая работа имеет определенную практическую значимость для музыкантов-теоретиков, специалистов по психоакустике и врачей-психотерапевтов как теоретическая база и обоснование музыкотерапевтической практики.

Представленные в диссертационной работе результаты включены в лекционные курсы по психофизиологии искусства Московского Института Психоанализа и используются в психотерапевтической работе в клинике РВНД Роса (Москва).

Положения, выносимые на защиту:

1. Различия в вызванных изменениях мощности ритмов обусловлены разными типами аккордов (консонансными и диссонансными).

2. Вызванные изменения мощности ритмов на разные типы аккордов у профессиональных музыкантов и немузыкантов различны.

3. При восприятии аккордов у немузыкантов наблюдается межполушарная асимметрия, и она отсутствует у музыкантов.

4. Амплитуда компонентов N100 и Р200 вызванного потенциала на консонансные и диссонансные аккорды зависит от опыта занятий музыкой.

Апробация работы

Результаты работы в качестве доклада были представлены на конференции молодых ученых ИВНД и НФ РАН (Москва, 2011, 2012), международной конференции (Салоники, 2011 и Калининград, 2012), а также апробированы на годовой отчетной конференции ИВНД и НФ РАН 21 ноября 2011 года. Кроме того, используются в материалах лекций по психологии искусства в Московском институте психоанализа, психофизиологии в МГУ ТУ. Полученные данные дали возможность разработать курс музыкотерапии в рамках арт-терапевтической работы с пациентами в практической работе в коммерческих психоневрологических клиниках г. Москвы (клиники «Роса» и «Преображение») и г. Перми (Центр реабилитации инвалидов).

Результаты работы опубликованы в 5 печатных трудах, из них 1 в журнале, рекомендуемом ВАК.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ВОСПРИЯТИИ МУЗЫКАЛЬНОЙ ГАРМОНИИ И ЕЕ КОРКОВОЙ ОРГАНИЗАЦИИ.

1. Общие представления о восприятии музыкальной гармонии

1.1. Общие определения понятий музыкальной гармонии

В основе гармонического строя музыки лежат соотношения частот музыкальных звуков, или музыкальные интервалы. Интервалом называют соотношение между двумя звуковыми тонами определенной высоты. Под гармонией подразумевается область выразительных средств музыки, основанная на закономерном объединении тонов в созвучия и на закономерной связи созвучий. Созвучие - это любое сочетание тонов в одновременности. В нашей работе мы использовали созвучия в виде аккордов - то есть таких созвучий, которые имеют определенное строение, подчиняющееся ладовым и акустическим закономерностям (Тюлин Ю.Н„ Привано Н.Г., 1986). «Согласное» звучание звуков, входящих в интервал, даёт первую категорию гармонии— консонанс, противопоставляемый диссонансу. В музыкальной акустике и теории музыки интервалы делят на консонансы и диссонансы по соотношению частот тонов, входящих в интервал. Отмечается, что консонансы звучат мягко, спокойно, благозвучно, диссонансы - резко, жестко, напряженно (Budge, 1943; Vos and Troost, 1989; Huron, 1991, Готсдинер А.Л., 1993). Гельмгольц разделил интервалы в следующем порядке (см. табл.1):

• Абсолютные: октава, прима

• Совершенные: кварта, квинта

• Средние: большая терция и большая секста

• Несовершенные: малая терция и малая секста

• Диссонансы: малая и большая секунды, малые и большие септимы и тритон.

Рис. 1. Нотация музыкальных интервалов (обозначения расшифрованы ниже).

" Ь ...................... I

>-1-т- >о 1о л> ос» 1?о ¡:о 4> 1

1 чэен С|чэО Р1 ш2 М2 л О » * * м ........... ■ -о- -о- -о- -о- -о- шЗ МЗ Р4 А4 ё5 Р5 ш6 Мб т7 М7 Р8

Табл. 1. Соотношение частот в музыкальных интервалах (даны для равномерно темперированного строя).

Музыкальный интервал Обозначение Консонанс или диссонанс Соотношение частот

Прима Р1 Консонанс 1:1

Малая секунда т2 Диссонанс 16:15

Большая секунда М2 Диссонанс 9:8

Малая терция тЗ Консонанс 6:5

Большая терция МЗ Консонанс 5:4

Кварта Р4 Консонанс 4:3

Тритон А4, (15 Диссонанс 42:32, 64:45

Квинта Р5 Консонанс 3:2

Малая секста тб Диссонанс 8:5

Большая секста Мб Консонанс 5:3

Малая септима т7 Диссонанс 9:5

Большая септима М7 Диссонанс 15:8

Октава Р8 Консонанс 2:1

Два и более интервалов составляют аккорд, причем в аккорде могут сочетаться как консонансные, так и диссонансные интервалы. Для того, чтобы понять закономерности восприятия музыкальной гармонии и их электрофизиологические корреляты, нам показалось целесообразно взять аккорды, построенные на основе диссонансных и консонансных интервалах. В структуре аккордов проявляются основные свойства музыкальной системы, такие как соотношение звуков по высоте и одновременное их сочетание. Звуки в аккорде отражают основные категории гармонии: порядок расположения по высоте (свойства звукоряда) и ладовую систему (лад - система взаимоотношений ступеней звукоряда, определяемая главенством основного опорного тона и зависимостью от него остальных ступеней (Тюлин Ю.Н., Привано Н.Г., 1986).

1.2. Поведенческие данные о восприятии консонансов и диссонансов.

Тот факт, что консонансные интервалы с одними и теми же соотношениями частот входящих в них тонов есть абсолютно во всех культурах с глубокой древности, может свидетельствовать в пользу гипотезы о врожденности этого свойства слухового восприятия. В пользу этого предположения можно привести результаты исследований восприятия созвучий у младенцев (Trainor et al., 2002; Hannon and Trainor, 2007) и животных (В.П. Морозов, 1967).

Предпочтение консонансов было подтверждено экспериментально. К. Штумпф подошел к исследованию вопроса предпочтения одних созвучий перед другими с психологической стороны. Свои выводы Штумпф сделал на основании изучения ответов 100 испытуемых, критерием оценки которых служило впечатление слияния или расщепления звуков: чем больше звуки сливаются в один, тем более этот интервал консонирует, чем больше раздваивается - тем более диссонируют. В зависимости от степени слияния Штумпф разделил интервалы на пять групп по степени этого впечатления: октава, квинта, кварта, большая и малая терции, большая и малая секста (Штумпф, 1936).

Другой исследователь, Ю.Н. Тюлин (Тюлин, 1990) взял за основу разделения интервалов качественную, то есть красочную (по его терминологии - фоническую) характеристику звучания. Испытуемые должны были оценивать интервалы по степени «гладкости-шероховатости». Плавно меняя высоту одного из звуков интервала, получали «интонационный сдвиг». Пользуясь таким, тембровым критерием, можно установить консонансность или диссонансность интервала. Для обобщенного восприятия музыкальной гармонии как общей окраски звучания тембровый критерий достаточен. Более того, красочный характер звучания аккорда или то, что Тюлин называет

фонизмом, зависит от интервального его состава. Фонизм гармонии основан на тембровой ее оценке, а отсутствие слухового анализа входящих в аккорд звуков превращает его восприятие в тембровое.

Связь между характеристиками интонации голоса человека и восприятием музыкальной гармонии показал в своих исследованиях В.П. Морозов. Известно, что важнейшая особенность кодирования невербальной информации передается, как правило, не каким-либо одним акустическим средством, а одновременно несколькими. Например, информация о разном эмоциональном состоянии говорящего найдет выражение не только в изменении тембра (т.е. спектра) голоса, но и в характерных для каждой эмоции изменениях высоты, силы, темпоритмических характеристик речевой фразы. Однако, новые данные о психоакустических механизмах передачи слушателю информации об эмоциональном состоянии говорящего получены в ряде совместны работ Морозова с Ю.М. Кузнецовым. С помощью специально разработанных компьютерных программ (В.Р. Женило) показано, что помимо указанных выше характ�