Обзор зарубежных и отечественных психофизиологических исследований музыкальных способностей новорожденных

Проблеме развития музыкальных способностей детей посвящено много работ как в нашей стране, так и за рубежом. В основном они посвящены педагогическим приемам развития исполнительских способностей, развитию звуковысотного слуха и чувства ритма детей от трех лет и старше. Собственно психологических исследований, рассматривающих самые ранние этапы развития музыкальных способностей, почти нет. Появившиеся в последние годы новейшие методы исследования, такие как магнитоэнцефалография и оптическая томография, вносят новый вклад в выявление возрастных закономерностей когнитивного развития детей младшего возраста, в том числе дают возможность проследить, как формируются музыкальные способности с рождения.

Предметом рассмотрения в данной статье станут слуховые умения новорожденных, которые являются задатками последующих формирующихся музыкальных способностей, таких как музыкальный слух (мелодический, тембровый, динамический и гармонический) и чувство ритма.

Финскими учеными М. Хуотилайнен (М. Huotilainen) и коллегами [Huotilainen, 2008] в результате многочисленных исследований новорожденных детей были выделены : 1) способность обнаружения и угасания звука; 2) способность к автоматическому выявлению повторяющихся звуковых последовательностей; 3) категоризация звукового окружения; 4) семантические аспекты музыкального восприятия. Слуховая система новорожденного представляет собой адаптивную систему, которая привыкает со временем к новым стимулам и прекращает реагировать на незначимый, не несущий новой информации стимул [Huotilainen, 2008]. Эта психологическая закономерность привыкания или непривыкания к звуковым стимулам получила в научных исследованиях название «габитуация»/«дисгабитуация» [Кушнеренко, 2009]. Регистрируется эта ориентировочная реакция новорожденных с первых дней жизни и может проявляться в следующих поведенческих реакциях ребенка: поворот головы, движения глаз, изменение ритма сердца и кожно-гальванические реакции. Электроэнцефалограммы показывают десинхронизацию и увеличение амплитуды некоторых вызванных потенциалов мозга [Кушнеренко, 2009].

Способность новорожденных реагировать на звуковые стимулы в значительной степени зависит от таких физических характеристик, как интенсивность, частота и продолжительность звучания. Например, в исследовании финских ученых Тимо Руусювирта (T. Ruusuvirta) и коллег было показано, что мозг новорожденных реагирует на повторяющиеся звуковые стимулы при изменении физических параметров звука [Ruusuvirta, 2004]. Новорожденным предъявлялись звуковые последовательности из 1000 звуков на частотах 750, 1000 и 1250 Гц. Менялись такие физические параметры, как громкость (50 дБ и 70 дБ) и длительность звука (50 мс и 80 мс). Схема звуковых стимулов приведена в трехмерном пространстве на рис.1.

Рис. 1. Схема комбинаций физических характеристик (частота, интенсивность и длительность) звука в трехмерном пространстве: S — стандарты-последовательности, в которых два физических параметра не меняются; D — девианты-последовательности, в которых одна физическая характеристика звука остается неизменной, а две другие изменяются

Эксперимент проходил по методике «cddball»: звуки-стандарты (standards) с частотой встречаемости в последовательности, равной 0,15 каждый, сменялись звуками с измененными физическими параметрами (deviants) с частотой встречаемости 0,017. Различные значения вызванных потенциалов регистрировались на электроэнцефалограмме при звучании звуков-девиантов. Исследование подтвердило, что мозг новорожденного способен идентифицировать повторяющиеся звуковые последовательности и реагировать на изменяющиеся физические параметры, такие как частота, интенсивность и длительность, с первых дней рождения. Также венгерскими учеными было доказано, что мозг новорожденных реагирует на изменение спектрального состава звука [Háden, 2009]. Двух- и трехдневным от роду малышам ставились звуковые последовательности семи тембровых вариантов звучания валторны на частотах 139 Гц и 175 Гц (звуки до# (С#3) и фа третьей октавы (F3)). Тембровые варианты двух тонов созданы по резонансной шкале валторны со значениями: 0,82; 0,88; 0,94; 1,00; 1.07, 1,14; 1,22. В течение первых 60 мс в наушниках звучал основной тон, после 10 мс по нарастающей звучания подавался следующий тембр звука. Общая продолжительность звучания обоих тонов составила 545 мс. Звуки представлялись для слушания по методике «oddball»: 87,5 % звуковой последовательности составляли звуки -стандарты (С#3) и 12,5 % отклоняющиеся звуки (deviants F3). Тембровые варианты были равномерно распределены в последовательности из 600 звуков отдельно от стандартных и девиантных стимулов для каждого из двух тонов.

Результаты показали, что значимые различия вызванных потенциалов (ВП) были получены между стандартными и девиантными стимулами одного тона при его тембровых вариантах. Исследование показало, что, несмотря на изменения тембра, слуховая система новорожденных выделяет инвариантность основного тона и реагирует на звуки-девианты [Huotilainen, 2008] .

Способность к обнаружению повторяющихся звуковых комплексов у новорожденных была показана в исследовании венгерских ученых И. Винклера (I. Winkler) и коллег [Winkler, 2009]. Сравнивалось восприятие звуковой регулярной пульсации новорожденными и подростками. В эксперименте принимали участие 14 абсолютно здоровых только что родившихся малышей и 14 подростков и молодых людей в возрасте 14-26 лет, которым предъявлялись пять блоков последовательностей двухдольного рока, исполняемого синтезатором в оркестровке трех инструментов: тарелок, малого барабана и баса. Каждый блок последовательностей состоял из 276 чередующихся с С1 по С4 метрических последовательностей и синкопированного варианта рока.

Рис. 2. Схематические диаграммы звуковых метрических стимулов: сюда нужно перенести с рисунка обозначения в следующей форме: после двоеточия поставить цветное обозначение, после него тире, далее текст с маленькой буквы, потом точку запятой и далее следующее обозначение, тире, текст с маленькой буквы. На самом рисунке текст в рамке нужно снять

«Синкопированный рок» предъявлялся в случайном (рис. 2) чередующемся порядке. Продолжительность звучания каждого блока последовательностей составляла 150 с, интервал - 75 с. Результаты восприятия фиксировались электроэнцефалограммой (ЭЭГ), записанной от электродов, расположенных на носу у спящих малышей и голове у подростков. Полученные результаты показывают, что мозг новорожденного отличает «синкопированный рок» от обычного. Результаты восприятия звуковых стимулов С2-С4 не выявили их «разность», несмотря на то, что пропуск долей менялся в такте. Был сделан вывод о том, что отличающиеся показания потенциалов в «синкопированном роке» были вызваны только пропуском сильной доли такта, а не пропуском звучания инструментов. Результаты восприятия новорожденных и подростков не различались между собой. Это свидетельствует о том, что способность к ощущению метрической пульсации формируется еще в период внутриутробного развития [Winkler, 2009].

Среди исследований, посвященных особенностям музыкального восприятия детей раннего возраста, следует отметить работы, выявляющие слушательские предпочтения среди двух звуковых стимулов.

В экспериментах, проведенных Л. Трейнор и Б. Хейнмиллером (L.J. Trainor, B.M. Heinmiller) на примере восприятия последовательностей из консонантных и диссонантных интервалов (рис. 3), было доказано, что полугодовалые дети с большим вниманием и дольше слушают консонантные интервалы (чистые квинты и октавы), чем диссонантные (тритоны и септимы). В эксперименте принимали участие 12 детей [Trainor, 1998].

Рис. 3. Примеры звуковых последовательностей консонантных и диссонантных интервалов

Интервальные последовательности были записаны на синтезаторе в звучании пианино и предъявлялись детям через аудиоколонки. Показателем предпочтений ребенка было время, в течение которого ребенок смотрел на мигающую игрушку. Экспериментатор включал одновременно освещение игрушки и звуковую интервальную последовательность, состоящую из диссонантных или консонантных интервалов. Для каждого ребенка проводилось 20 проб прослушиваний. На диаграмме (рис. 4) представлены результаты среднего значения времени удерживания внимания ребенком в 10 пробах. Длительность удерживания внимания при прослушивании консонантных интервалов составила 9,2 с в среднем в одной пробе, а при прослушивании диссонантных интервалов - 5,4 с.

Для подтверждения вывода о предпочтении детьми консонантной музыки была проведена вторая часть эксперимента. В качестве стимульного материала при прослушивании детям предъявлялась в течение 30 с версия менуэта В.А. Моцарта, включающая в себя звучание в неизмененном виде, и вариант звучания этого же менуэта с заменой звуков. Измененный вариант менуэта в результате «преобразований» стал диссонантным.

Учитывалось время удержания внимания детьми при прослушивании.

Рис. 4. Средние значения времени удерживания внимания детьми при прослушивании интервальных последовательностей: сюда перенести обозначения, а на рисунке их снять. После двоеточия - цветной квадратик, тире, обозначение, точка с запятой и т.д.

Были получены следующие средние значения: 9,7 с и 7,4 с соответственно для консонантного варианта (подлинный текст А. Моцарта) и «измененного» менуэта (рис. 4). Авторы сделали выводы, что предпочтения детей связаны с положительной эмоциональной окрашенностью при прослушивании консонантных произведений и звучаний; эмоциональное реагирование на звучания является не результатом научения, а врожденной реакцией [Trainor, 1998].

Современные методы диагностики, такие как функциональная магнитно­резонансная томография (МРТ), вносят новый вклад в выявление закономерностей музыкального развития детей. Данный метод позволяет получить динамическую картину мозговой активности при восприятии музыки. Д. Перани (D. Perani) и коллегами был проведен эксперимент по восприятию музыки новорожденными с использованием этого метода и метода БОЛД-сигналов. Спящим детям были установлены наушники, через которые передавались музыкальные стимулы. 10 музыкальных отрывков были взяты из западной классической музыки XVIII-XIX столетий: продолжительность звучания 21 с каждый, средний темп исполнения 124 удара в минуту, инструмент исполнения - пианино. Интервал между отрывками составлял также 21 с [Perani, 2010]. Целью эксперимента было выявить функциональную специализацию мозговой коры у новорожденных при восприятии альтерированных, диссонантных и обычных музыкальных произведений.

Альтерированные музыкальные стимулы представляли собой изменение некоторых тактов звучания за счет тонального сдвига на % тона вверх или вниз, а в диссонантных отрывках тональный сдвиг на % тона был только в верхнем голосе (рис. 5).

Рис. 5. Примеры музыкальных стимулов в эксперименте Д. Перани и др.: А- исходный музыкальный стимул (оригинал); Б - альтерированный музыкальный стимул (тональный сдвиг на % тона вверх в Cis-Dur; альтерированные такты обведены рамкой); В - альтерированный «диссонантный» музыкальный стимул (тональный сдвиг только верхнего голоса на % тона вверх в Cis-Dur); Г- временная последовательность предъявления стимульного материала

По результатам МРТ было установлено, что полушарная функциональная асимметрия при восприятии музыки присутствует с рождения. Активация слуховой коры у новорожденных наблюдалась в первичной, вторичной и высших ее отделах в правом полушарии при восприятии альтерированных и диссонантных музыкальных стимулов по сравнению с паузами без музыки. Подобные результаты были получены в ранее проведенных исследованиях у подростков-немузыкантов. Активация слуховой коры в правом полушарии показывает, что мозг новорожденных вполне конкретно отвечает на музыкальную информацию, так как правая первичная слуховая кора в частности участвует в звуковысотном анализе (например, в декодировании высоты тона, направлении движения и в восприятии хроматизмов). При восприятии альтерированных и диссонантных отрывков территориально активация слуховой коры выходит за границы извилины Гешля к правой полюсной проекции, а также к височной проекции и задней теменной доле.

Ранее проведенные функциональные нейротомографические исследования восприятия музыки подростками показали, что правая верхняя височная извилины (включая полюсную часть) становится все больше вовлеченной по мере усложнения мелодической линии и что правополушарные области слуховой корковой поверхности первичной зоны специализируются в процессе восприятия на звуковысотном анализе, декодируя и узнавая мелодии, и на слухо-моторной трансформации.

Результаты, полученные Д. Перани и коллегами [Perani, 2010], доказывают, что эти же области также имеют правополушарное доминирование у новорожденных в процессе восприятия музыкальной информации.

Преобладание правополушарной активации слуховой коры, наблюдаемое в настоящем исследовании, имеет параллели с активацией левополушарной слуховой коры у детей, воспринимающих речь. Предположительно, активация слуховой коры при слушании детьми звуковых последовательностей имеет такую же сложную иерархическую организацию, как при восприятии речи.

Кроме того исследование показало, что БОЛД-сигналы были вызваны только альтерированными музыкальными отрывками. В частности, БОЛД-сигнал изменялся в ответ на альтерированную музыку (по сравнению с оригиналом). Он был меньше в правой первичной и вторичной слуховой коре, но шире в левополушарной верхней височной и нижней лобной коре. Эти результаты доказывают, что вызванные потенциалы на музыкальный стимул у новорожденных могут быть промодулированы в результате структурных вариантов этого стимула. Важно то, что значительное расхождение в активности правой и левой слуховой коры наблюдалось, когда непосредственно сравнивались оригинал с альтерированной музыкой. Таким образом, активация правой слуховой коры связана со специфическими чертами оригинала и не может быть вызвана любым звуком. Эти результаты подтверждают, что новорожденный мозг чувствителен к тональным изменениям и диссонантам. Такие структурные изменения музыкального стимула, как альтерация и изменение тональности, вызывают активность мозговых структур в нижней фронтально-латеральной поверхности. Также в исследовании было показано, что изменения активности в лимбических структурах подтверждают, что новорожденные вовлекают нейронные ресурсы в эмоциональное реагирование в процессе восприятия музыки.

Выясняется, что слуховая система ребенка способна различать полутоновые звуковысотные изменения основного тона. В исследовании Н. Новитского (N. Novitski) и др. [Novitski, 2007] малышам в наушниках подавались блоки трех тонов на частоте 250 Гц с уровнем громкости 80 Дц, 75 Дц для 1000 Гц и 65 Дц для частоты 4000 Гц. Звуки-девианты отличались от основного тона на 20 % и 5 %. Результаты статистического анализа показали, что значимые данные были получены, когда малыши спали, зарегистрированы в 20 % изменений основного тона во временном промежутке от 200 до 300 мс от начала прослушивания [Novitski, 2007].

Таким образом, анализ проведенных исследований подтверждает, что к моменту рождения слуховая система ребенка готова к дальнейшему развитию сенсорных музыкальных способностей, таких как музыкальный слух (в разных его видах: мелодический, тембровый, динамический) и чувство ритма. До сих пор остается нерешенным вопрос о том, в какой степени внутриутробное развитие сформировало нервную и сенсорную систему к рождению. Плод воспринимает слуховую информацию в последние недели беременности, а основные результаты этого процесса могут быть познаны только после рождения.