Когнитивное музыковедение — это раздел когнитивной науки , занимающийся компьютерным моделированием музыкальных знаний с целью понимания как музыки, так и познания. [1]
Когнитивное музыковедение можно отличить от других разделов музыкальной психологии своим методологическим акцентом, используя компьютерное моделирование для изучения представления связанных с музыкой знаний , уходящих корнями в искусственный интеллект и когнитивную науку . Использование компьютерных моделей обеспечивает точную интерактивную среду для формулирования и проверки теорий. [2]
Эта междисциплинарная область исследует такие темы, как параллели между языком и музыкой в мозгу. В исследования часто включаются биологически вдохновленные модели вычислений , такие как нейронные сети и эволюционные программы. [3] Целью этой области является моделирование того, как музыкальные знания представляются, хранятся, воспринимаются, исполняются и генерируются. Используя хорошо структурированную компьютерную среду, можно исследовать систематические структуры этих когнитивных явлений. [4]
Даже когда вы наслаждаетесь простейшей мелодией, в мозгу синхронизируется множество процессов, позволяющих понять, что происходит. После того, как раздражитель попадает и проходит процессы уха, он попадает в слуховую кору, часть височной доли, которая начинает обработку звука, оценивая его высоту и громкость. Отсюда следует, что функционирование мозга при анализе различных аспектов музыки различается. Например, ритм стандартно обрабатывается и регулируется левой лобной корой, левой теменной корой и правым мозжечком. Тональность, построение музыкальной структуры вокруг центрального аккорда, оценивается префронтальной корой и мозжечком (Абрам, 2015). Музыка способна воздействовать на множество различных функций мозга, которые играют важную роль в других высших функциях мозга, таких как контроль моторики, память, речь, чтение и эмоции. Исследования показали, что музыку можно использовать в качестве альтернативного метода доступа к этим функциям, которые могут быть недоступны из-за немузыкального стимула из-за расстройства. Музыковедение исследует использование музыки и то, как она может обеспечить альтернативные пути передачи информации в мозге при таких заболеваниях, как болезнь Паркинсона и дислексия .
Эрудит Кристофер Лонге-Хиггинс , придумавший термин «когнитивная наука», является одним из пионеров когнитивного музыкознания. Среди прочего, он известен вычислительной реализацией одного из первых алгоритмов поиска ключей. [5] Поиск тональности является важным элементом тональной музыки, и проблема поиска тональности привлекла значительное внимание в психологии музыки за последние несколько десятилетий. Кэрол Крумхансл и Марк Шмуклер предложили эмпирически обоснованный алгоритм поиска ключей, носящий их имена. [6] Их подход основан на ключевых профилях, которые были тщательно определены с помощью так называемой техники пробного тона. [7] Этот алгоритм успешно смог смоделировать восприятие музыкальной тональности в коротких отрывках музыки, а также отследить изменение ощущения слушателей от движения тональности на протяжении всего музыкального произведения. [8] Дэвид Темперли, чьи ранние работы в области когнитивного музыковедения применяли динамическое программирование к аспектам музыкального познания, предложил ряд усовершенствований алгоритма поиска ключей Крумхансла-Шмуклера. [9]
Отто Ласке был поборником когнитивного музыкознания. [10] Сборник статей, которые он редактировал, способствовал повышению известности когнитивного музыкознания и укреплению его связи с искусственным интеллектом и музыкой. [11] В предисловии этой книги перепечатано свободное интервью с Марвином Мински , одним из отцов-основателей искусственного интеллекта, в котором он обсуждает некоторые из своих ранних работ о музыке и разуме. [12] Исследователь искусственного интеллекта, ставший ученым-когнитивистом, Дуглас Хофштадтер также внес ряд идей, касающихся музыки с точки зрения искусственного интеллекта. [13] Музыкант Стив Ларсон, некоторое время работавший в лаборатории Хофштадтера, сформулировал теорию «музыкальных сил», выведенную по аналогии с физическими силами. [14] Хофштадтер [15] также высказал мнение об экспериментах Дэвида Коупа в области музыкального интеллекта, [16] которые принимают форму компьютерной программы под названием EMI, которая создает музыку в форме, скажем, Баха, Шопена или Коупа.
Программы Коупа написаны на Лиспе , который оказался популярным языком для исследований в области когнитивного музыкознания. Десен и Хонинг использовали Lisp в своих попытках раскрыть потенциал методологии микромира в исследованиях когнитивного музыкознания. [17] Также работая в Lisp, Генрих Таубе исследовал компьютерную композицию с самых разных точек зрения. [18] Конечно, есть исследователи, которые решили использовать другие языки, кроме Lisp, для своих исследований по компьютерному моделированию музыкальных процессов. Роберт Роу, например, исследует «машинную музыкальность» посредством программирования на C++. [19] Совершенно иной вычислительной методологией исследования музыкальных явлений является подход, предложенный Дэвидом Гуроном. [20] На более высоком уровне абстракции Герайнт Виггинс исследовал общие свойства представлений музыкальных знаний, такие как структурная общность и выразительная полнота. [21]
Хотя значительная часть исследований в области когнитивного музыковедения связана с символическими вычислениями, заметный вклад внесли биологически вдохновленные вычислительные парадигмы. Например, Джамшед Бхаруча и Питер Тодд смоделировали восприятие музыки в тональной музыке с помощью нейронных сетей. [22] Эл Байлз применил генетические алгоритмы к написанию джазовых соло. [23] Многочисленные исследователи исследовали алгоритмическую композицию, основанную на широком спектре математических формализмов. [24] [25]
В рамках когнитивной психологии одним из наиболее выдающихся исследователей является Диана Дойч , которая участвовала в самых разных работах, начиная от исследований абсолютного слуха и музыкальных иллюзий и заканчивая формулированием представлений музыкальных знаний и отношениями между музыкой и языком. [26] [27] [28] Не менее важным является Анируддх Д. Патель , чья работа сочетает в себе традиционные методологии когнитивной психологии с нейробиологией . Патель также является автором комплексного обзора когнитивных исследований музыки. [29]
Подход искусственного интеллекта к восприятию и познанию музыки, основанный на поиске структур в данных без знания структур — аналогично разделению объектов в абстрактной живописи без присвоения им значимых ярлыков — был впервые предложен Андраником Тангианом . Идея состоит в том, чтобы найти наименее сложные представления данных в смысле Колмогорова , т.е. требующие наименьшего объема памяти, что можно рассматривать как экономию энергии мозга. Иллюстрацией того, что восприятие является представлением данных, а не «физическим» распознаванием, является эффект полифонических голосов, воспроизводимых громкоговорителем — одним физическим телом, и эффект одного тона, производимого несколькими физическими телами — трубами органного регистра, настроенными как аккорд и активируется одним ключом. Такой подход к представлению данных позволяет распознавать интервальные отношения в аккордах и отслеживать полифонические голоса без привязки к высоте звука (что объясняет преобладание интервального слуха над абсолютным слухом), а также разорвать ритмо-темповый порочный круг при распознавании ритма в переменном темпе. [30] [31] [32] [33]
Возможно, наиболее значительным вкладом в рассмотрение музыки с лингвистической точки зрения является Генеративная теория тональной музыки (GTTM), предложенная Фредом Лердалом и Рэем Джекендоффом . [34] Хотя GTTM представлена на алгоритмическом уровне абстракции, а не на уровне реализации, их идеи нашли вычислительное проявление в ряде вычислительных проектов, [35] [36] в частности, для структуризации музыкального исполнения и корректировки значимого исполнения. время. [37]
Для немецкоязычного региона концепция когнитивного музыкознания Ласке была развита Уве Зейфертом в его книге Systematische Musiktheorie und Kognitionswissenschaft. Zur Grundlegung der kognitiven Musikwissenschaft («Систематическая теория музыки и когнитивная наука. Основы когнитивного музыкознания») [38] и последующие публикации.
И музыка, и речь зависят от обработки звука и требуют интерпретации нескольких характеристик звука, таких как тембр, высота звука, продолжительность и их взаимодействие (Эльжбета, 2015). Исследование с помощью фМРТ показало, что зоны Брока и Вернике, две области, которые, как известно, активируются во время обработки речи и языка, активировались, когда субъект слушал неожиданные музыкальные аккорды (Elzbieta, 2015). Эта связь между языком и музыкой может объяснить, почему было обнаружено, что воздействие музыки приводит к ускорению развития поведения, связанного с овладением языком. Музыкальное образование Сузуки, которое очень широко известно, делает упор на изучение музыки на слух, а не на чтение нотной грамоты, и предпочтительно начинается с формальных уроков в возрасте от 3 до 5 лет. Одно из фундаментальных доводов в пользу такого образования указывает на параллелизм между естественным овладением речью и чисто слуховым музыкальным обучением, в отличие от музыкального обучения с помощью визуальных сигналов. Есть свидетельства того, что дети, посещающие уроки музыки, приобрели навыки, которые помогут им в освоении и изучении языка (Oechslin, 2015), способность, которая в значительной степени зависит от дорсального пути. Другие исследования показывают общее улучшение вербального интеллекта у детей, посещающих уроки музыки. Поскольку оба вида деятельности задействуют несколько интегрированных функций мозга и имеют общие мозговые пути, понятно, почему сила в овладении музыкой может также коррелировать с силой в овладении языком.
Было показано, что обширное пренатальное воздействие мелодии вызывает нейронные представления, которые сохраняются в течение нескольких месяцев. В исследовании, проведенном Партаненом в 2013 году, матери в обучающей группе слушали мелодию «Мерцай, мерцай, маленькая звездочка» 5 раз в неделю в течение последнего триместра. После рождения и снова в возрасте 4 месяцев они проигрывали младенцам контрольной и обучающей группы модифицированную мелодию, в которой были изменены некоторые ноты. Как при рождении, так и в возрасте 4 месяцев младенцы в обучающей группе имели более сильные потенциалы, связанные с событиями, к неизмененным нотам, чем в контрольной группе . Поскольку прослушивание музыки в молодом возрасте уже может сформировать устойчивые нейронные представления, воздействие музыки может помочь укрепить пластичность мозга в тех областях мозга, которые участвуют в обработке речи и речи. [39] [40]
Если нервные пути можно стимулировать развлечениями, вероятность того, что они станут более доступными, выше. Это иллюстрирует, почему музыка так сильна и ее можно использовать во множестве различных методов лечения. Музыка, которая доставляет человеку удовольствие, вызывает интересную реакцию, о которой мы все знаем. Прослушивание музыки не воспринимается как рутинная работа, потому что это доставляет удовольствие, однако наш мозг все еще учится и использует те же функции мозга, что и при разговоре или освоении языка. Музыка способна стать очень продуктивной формой терапии главным образом потому, что она стимулирует, развлекает и приносит пользу. С помощью фМРТ Менон и Левитин впервые обнаружили, что прослушивание музыки сильно модулирует активность сети мезолимбических структур, участвующих в обработке вознаграждения. Сюда входят прилежащее ядро и вентральная покрышка (VTA), а также гипоталамус и островковая доля, которые, как считается, участвуют в регуляции вегетативных и физиологических реакций на вознаграждение и эмоциональные стимулы (Gold, 2013).
Восприятие высоты звука положительно коррелировало с фонематической осведомленностью и способностями к чтению у детей (Flaugnacco, 2014). Аналогично, способность отстукивать ритмичный ритм коррелировала с результатами тестов на чтение и внимание (Flaugnacco, 2014). Это лишь часть исследований, которые связали навыки чтения с ритмическим восприятием, что показано в метаанализе 25 перекрестных исследований, которые обнаружили значительную связь между музыкальной подготовкой и навыками чтения (Butzlaff, 2000). Поскольку корреляция настолько обширна, вполне естественно, что исследователи попытались выяснить, может ли музыка служить альтернативным способом улучшения способностей к чтению у людей с нарушениями развития, такими как дислексия. Дислексия — это расстройство, характеризующееся длительными трудностями в освоении чтения, особенно декодирования текста. Результаты чтения оказались медленными и неточными, несмотря на адекватный интеллект и обучение. Было показано, что трудности возникают из-за дефицита фонологического ядра, который влияет на понимание прочитанного, память и способности к прогнозированию (Flaugnacco, 2014). Было показано, что обучение музыке изменяет способности к чтению и фонологии, даже если эти навыки серьезно нарушены. Благодаря улучшению способности к временной обработке и ритму посредством обучения были улучшены фонологическая осведомленность и навыки чтения у детей с дислексией. Гипотеза OPERA, предложенная Пателем (2011), утверждает, что, поскольку музыка предъявляет более высокие требования к процессу, чем речь, она обеспечивает адаптивную пластичность мозга той же нейронной сети, участвующей в обработке речи.
Болезнь Паркинсона — сложное неврологическое заболевание, которое отрицательно влияет как на двигательные, так и на немоторные функции, вызванное дегенерацией дофаминергических (DA) нейронов черной субстанции (Ashoori, 2015). Это, в свою очередь, приводит к дефициту DA в базальных ганглиях. Было показано, что дефицит дофамина в этих областях мозга вызывает такие симптомы, как тремор в покое, ригидность, акинезия и постуральная нестабильность. Они также связаны с нарушениями внутреннего времени человека (Ашури, 2015). Ритм — это мощный сенсорный сигнал, который, как было доказано, помогает регулировать синхронизацию движений и координацию при недостаточной внутренней системе синхронизации в мозге. Некоторые исследования показали, что тренировка походки под музыку значительно улучшает множественные недостатки при болезни Паркинсона, в том числе в походке, моторном времени и времени восприятия. В исследовании Ашури приняли участие 15 пациентов, не страдающих деменцией, с идиопатической болезнью Паркинсона, которые не имели предварительной музыкальной подготовки и продолжали принимать дофаминовую терапию во время испытаний. Было проведено три 30-минутных тренировки в неделю в течение 1 месяца, на которых участники шли в такт немецкой народной музыки без четких указаний синхронизировать свои шаги с ритмом. По сравнению с показателями походки до тренировки у пациентов с болезнью Паркинсона во время тренировок наблюдалось значительное улучшение скорости походки и длины шага. Улучшение походки сохранялось в течение 1 месяца после тренировки, что свидетельствует о стойком терапевтическом эффекте. Несмотря на то, что это было без звука, это показывает, как походка пациентов с болезнью Паркинсона автоматически синхронизировалась с ритмом музыки. Длительный терапевтический эффект также показывает, что это могло повлиять на внутренний ритм человека таким образом, что невозможно было бы достичь другими способами.
