Нейрофизиологические корреляты творческой деятельности при сочинении музыки у подростков

НЕЙРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ КОРРЕЛЯТЫ ТВОРЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ СОЧИНЕНИИ МУЗЫКИ У ПОДРОСТКОВ

Приведены результаты экспериментального исследования специфичных паттернов ЭЭГ - активности у учащихся старших классов музыкальных школ в процессе мысленного сочинения мелодий с различной эмоциональной окраской. Сопоставлены ЭЭГ-корреляты сочинения музыки и других видов музыкальной деятельности - восприятия, мысленного воспроизведения мелодий. Обсуждается связь нейрофизиологических механизмов музыкального творчества и других видов невербального творчества.

Ключевые слова: творческая деятельность, сочинение музыки, спектральная мощность ЭЭГ.

Results of an experimental research of specific patterns EEG-activity at the pupils of the senior classes of musical schools in the course of the mental composition of melodies with various emotional colouring are presented. EEG-correlates of music composing and other kinds of musical activity - perception, mental reproduction of melodies are compared. The correlation of neurophysiological mechanisms of musical creativity and other kinds of nonverbal creativity is discussed.

Key words: creative activity, music composing, EEG spectral power.

Активное изучение мозговых механизмов творчества начинается на рубеже ХХ-ХХ1 веков, когда объективные неинвазивные методы изучения мозговой активности с помощью профессиональных компьютерных программ обработки данных, стали доступны широкому кругу исследователей.

В современных работах описаны результаты исследования особенностей мозговой активности в ходе творческого процесса в отличие от нетворческого, при решении творческих задач в зависимости от пола испытуемых, избранной ими стратегии решения задачи, степени сложности задач, уровня мотивации к нахождению решения [3; 4; 5; 7; 8; 14]. При этом важно изучение мозговых механизмов истинного, внутренне мотивированного творческого процесса. Таким спонтанным творческим актом является сочинение музыки. Исследования нейрофизиологии музыкального творчества носят пока фрагментарный характер [2; 6; 8], в то время как научный интерес к этой сфере продолжает расти. Наименее изучены особенности электрической активности мозга непосредственно в процессе сочинения музыки.

Целью проведённого исследования стало изучение специфичных паттернов ЭЭГ-активности у подростков в процессе интериоризированнной когнитивной

Контакты: 1 Л.А. Дикая: E-mail: dikaya@sfedu.ru

Л.А. Дикая1

Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия

О

Є

19

е

деятельности (мысленного сочинения музыки), и сопоставление этих паттернов ЭЭГ-активности, проявляющихся в реализации других видов музыкальной деятельности (восприятия, воспроизведения музыки).

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследовании приняли участие 17 испытуемых - учащихся старших классов музыкальных школ и училищ в возрасте 14-16 лет, имеющих опыт сочинения музыки.

Для изучения функциональной организации мозга испытуемых во время выполнения музыкальной деятельности регистрировали ЭЭГ в 21 отведениях, расположенных по стандартной системе 10-20, использован многоканальный компъютерный электроэнцефалограф ЭЭГА-21/26 «Энцефалан» версия «Элитная - М» 5.4-10-2.0 с частотой опроса 100 Гц, полосой пропускания от 0,5 до 35 Гц. Использована монополярная схема с ипсилатеральными ушными референтными электродами.

Регистрировалась фоновая ЭЭГ с закрытыми глазами, а также ЭЭГ в функциональных пробах (восприятие, воспроизведение и сочинение музыкального произведения). В первой экспериментальной функциональной пробе подросткам предлагалось в течение 1 минуты слушать отрывки классической музыки фиксированной мощности (20 дБ) с мажорной (фрагмент из оперетты Штрауса «Летучая мышь») и минорной (музыкальный отрывок из балета «Пер Гюнт» Э.Грига) эмоциональной окраской. Во второй экспериментальной пробе испытуемым предлагалось воспроизвести про себя услышанный музыкальный отрывок с мажорной и минорной эмоциональной окраской. В третьей пробе перед испытуемыми ставилась задача сочинить собственные мелодии с такой же эмоциональной окраской, как и ранее прослушанные, а после исследования воспроизвести сочиненную мелодию.

Анализировались отрезки ЭЭГ длительностью 10 секунд, не имеющие артефактов. Рассматривались значения уровней спектральной мощности потенциалов мозга в диапазонах частот: дельта 1 (0,5-2 Гц), дельта 2 (2-4 Гц), тета (4-8Гц), альфа (8-13 Гц), бета 1(13-24Гц) и бета 2 (24-35 Гц), а также когерентные связи биопотенциалов коры мозга между отведениями по каждому диапазону.

Сравнительный анализ различий средних значений показателей спектральной мощности ЭЭГ у испытуемых в различных пробах проводился при помощи 1-критерия Стъюдента. Обработка осуществлялась при помощи пакета компьютерных программ «ЭТАТ^ТЮА 6.0».

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В результате сравнительного анализа спектральной мощности ЭЭГ между фоновыми показателями и показателями каждой из функциональных проб (восприятия, воспроизведения и сочинения мелодий) выявлено, что для всех исследуемых видов музыкальной деятельности характерно повышение мощности дельта1- ритма во фронтальных зонах левого полушария ^7, F3), бета1- и бета2-ритма в префронтальной ^р2, Fpz) и фронтальной зонах ^8) правого полушария и в окципитальных зонах коры левого полушария (01).

Для процесса сочинения музыки, независимо от характера её эмоциональной окраски, характерно повышение мощности дельта1- ритма по отношению к фону в задней темпоральной зоне левого полушария (Т5), в области стриарной коры и средней височной извилины, где расположены слуховые ассоциативные зоны, связанные с механизмом восприятия ритма и переработки сложных музыкальных характеристик (гармонии, мелодии, ритма) [6].

Сочинение музыки с мажорной эмоциональной окраской (рис.1) сопровождается повышением активности тета- и бета1-ритма относительно фоновых показателей во фронтальных зонах левого полушария ^7, F3), а музыки с минорной эмоциональной окраской (рис.2) повышением активности тета-ритма во фронтальной ^4) и нижней темпоральной зоне (Т6) правого полушария (предкли-нье), что отражает активацию корково-подкорковых механизмов восприятия звуковых мотивационных раздражителей по типу слуховой подкорковой доминанты, формирующейся в результате мысленного сочинения музыки, активизацию процессов доступа и извлечения из памяти информации, связанной с предыдущим эмоциональным опытом, а также анализ эмоциональной значимости перерабатываемой информации в процессе сочинения музыки. Это подтверждается и данными ЭЭГ исследования эмоций, где передние области коры левого и правого полушарий связываются с валентной размерностью эмоций [9] а задние (особенно правого полушария) - с процессами эмоциональной активации [1].

В результате сравнительного анализа когерентных связей между фоновыми показателями и показателями функциональных проб «сочинение музыки» выявлено, что в процессе сочинения музыки, независимо от характера её эмоциональной окраски наблюдается увеличение значений когерентности между префрон-тальными (Fpz-Fp2) и центральными (Cz-C4) зонами коры правого полушария в дельта1-, дельта2- и тета-диапазонах, а также между париетальными (P3-Pz) зонами правого полушария в дельта2- диапазоне.

Следует также отметить, что при воспроизведении и сочинении мелодий с минорным эмоциональным оттенком обнаружено повышение мощности низкочастотных дельта 1 - колебаний в темпоральных зонах левого полушария (Т3, Т5), а также альфа-колебаний в фронтальных и темпоральных зон правого полушария ^4, Т6) (рис.2).

Для процесса сочинения музыки с мажорной эмоциональной окраской характерно возникновение значимых когерентных связей в дельта1- и дельта 2 диапазонах между фронтальными, темпоральными и центральными зонами коры левого полушария (Fp1-Fpz, F7-F3, Т3-С3); в тета-диапазоне - между фронтальными и темпоральными зонами ^7^3, F3-Fz, F7-T3) левого полушария и в альфа-диапазоне между фронтальными зонами обоих полушарий ^7^3, F3-Fz, Fp2-F4,) и темпоральными зонами левого полушария (Т3-Т5). При этом число значимых когерентных связей в левом полушарии значительно больше, чем в правом, что отражает паттерн ЭЭГ- активации, характерный для переживания положительных эмоций, которые присутствуют в процессе создания мелодий с мажорной эмоциональной окраской (рис. 1).

В процессе сочинения музыки с минорной эмоциональной окраской выявлены значимые когерентные связи в дельта1, тета-, альфа- и бета 1- диапазонах во

фронтальных (F3-Fz ), а в тета-, альфа- и бета1- диапазонах в темпорально -париетальных (Т5-Р3) зонах левого полушария, а также во всех исследованных частотных диапазонах в префронтальных (Fpz-Fp2) и во всех диапазонах, кроме бета 2, в центральных (Cz-C4) зонах правого полушария. Кроме того, зафиксировано появление высокой когерентности между отдалёнными участками фронтально-центральных и темпорально-окципитальных зон коры правого полушария в бета2-диапазоне (Fp2-Cz, Т4-02, Oz-O2) правого полушария (рис. 2).

Рассматривая результаты сравнения паттернов ЭЭГ-активации, полученные в фоновых и экспериментальных пробах, мы исходим из современных представлений о дельта-колебаниях не только как коррелятах сниженного функционального состояния (сон, патология), но и как сопутствующих компонентов активного состояния [1]. Дельта-ритм отражает деятельность фронто-лимбической системы мозга. При извлечение из памяти эмоциональных образов в процессе генерации эмоций наблюдается усиление мощности в дельта-диапазоне. Констатируется факт вовлечения нейронных сетей, осциллирующих на частоте дельта-активности, в процессы обнаружения аффективной значимости сигнала [1]. Усиление низкочастотной активности в темено-височных-затылочных областях коры отражает механизмы восприятия ритма, а также переработку сложных музыкальных

61

62

0

а

Р2

Рис.1 Статистически достоверные различия спектральной мощности и когерентности ЭЭГ, полученные при сравнении функциональных проб «фон» -«сочинение мажорной музыки». Стрелка вверх на месте соответствующего отведения указывает на большее значение мощности по сравнению с фоном, стрелка вниз - на меньшее значение мощности. Достоверность различий р<0,05. Оценка достоверности различий проводилась по 1-критерию Стъюдента для

зависимых выборок.

характеристик (гармонии, мелодии, ритма) в этих слуховых ассоциативных зонах [6]. У профессиональных музыкантов и у людей, постоянно слушающих музыку, активность и объём височных отделов слуховой ассоциативной коры значительно больше, чем у других людей [8]. Согласно клиническим данным, повреждение височной и лобной доли левого полушария способно нарушить распознавание и воспроизведение ритмических структур, привести к утрате способности различать ритмический рисунок мелодии [11; 12].

Различные аспекты переработки музыкальной информации связаны с деятельностью многочисленных мозговых структур, одни из которых обеспечивают восприятие музыки (например, височные доли мозга функционально связаны с пониманием мелодии), а другие опосредуют развитие эмоциональных реакций (подкорковые структуры и лобные доли коры) [8].

В нашем исследовании повышение активности и значительной когерентности тета-ритма в теменно-затылочной области мы рассматриваем как отражение процесса активизации доступа и извлечения из памяти эмоциональной информации, процесс поиска новых, оригинальных решений. Как отмечает О.М. Разумни-кова, выполнение креативных заданий связано с повышением когерентности в темпорально-париетальных отделах коры в тета-1 диапазоне [7].

Активность альфа-ритма ассоциируется с текущим функциональным состояние человека, на которое оказывает воздействие характер музыки (её мощность,

61

Рис. 2. Статистически достоверные различия спектральной мощности и когерентности ЭЭГ, полученные при сравнении функциональных проб «фон» -«сочинение минорной музыки». Стрелка вверх на месте соответствующего отведения указывает на большее значение мощности по сравнению с фоном. Достоверность различий р<0,05. Оценка достоверности различий проводилась по 1-критерию Стъюдента для зависимых выборок.

стиль). Так выявлено, что при восприятии классической музыки средней мощности (около 30-60 дБ) в альфа1-диапазоне частот наблюдается узко локализованное повышение спектральной мощности во фронтальных, темпоральных и окципитальных областях коры в правом полушарии и снижение значений спектральной мощности в дельта- и гамма-диапазонах частот преимущественно в левом [2]. В нашем исследовании наблюдались подобные паттрены ЭЭГ-активации в альфа - диапазоне. При сочинении музыки с минорной эмоциональной окраской возрастала мощность во фронтальных ^4) и нижних темпоральных (Т6) зонах правого полушария.

Известно, что выраженность бета-ритма возрастает при умственном напряжении, эмоциональном возбуждении. В нашем исследовании повышение активности в бета1- и бета2-частотных диапазонах в префронтальной области правого полушария и окципитальной области левого полушария можно рассматривать как отражение активации творческого процесса при создании музыкального рисунка мелодии. Это подтверждается исследованиями, в которых выявлено, что правильную конструкцию языкового и музыкального синтаксиса (набора правил, определяющего надлежащее соединение элементов - нот и слов, соответственно) обеспечивает участок фронтальной коры, а другие участки отвечают за переработку связанных с ним компонентов языка и музыки [13]. Н.П. Бехтерева также указывает, что при решении творческих дивергентных заданий в правой лобной доле (ПБ 10, 11, 44, 45, 46, 47), а также в теменно-затылочных областях слева (ПБ 37, 7, 19) прослеживалось локальное повышение кровотока [4].

В исследовании О.М. Разумниковой значительное увеличение бета 2 ритма как коррелята успешного дивергентного мышления наблюдалось во фронтальных и теменных зонах (Рр1, Т3 и Т6) [7]. При этом наблюдается мозаичный характер организации нейронных ансамблей с диффузно-представленной синхронизацией в бета2-диапазоне, которая представляет собой коррелят «дифференцированного внимания», обеспечивающего широко распределённые по разным участкам коры процессы селекции информации, необходимые для решения проблем открытого типа - в нашем случае создания музыкального произведения [7; 14].

Отмечается, что правое полушарие, участвующее в симультанной обработке информации, обеспечивает восприятие целостной мелодии [15].

В исследовании эмоционального воздействия на мозг музыкальных аккордов отмечается, что ответная реакция при восприятии минорных аккордов по сравнению с мажорными проявлялась в повышенной активности миндалины, ретро-спинальной коры, ствола мозга и мозжечка [10]. На важности ретроспинальной области в процессе обеспечения эмоций указывала и Н.П. Бехтерева [4].

ВЫВОДЫ

1. В результате проведённого исследования изучена специфика частотнопространственной организации ЭЭГ у подростков - композиторов при мысленном создании музыкальных произведений и выявлены её особенности в зависимости от характера эмоциональной окраски.

2. Эмоционально-ритмический характер мысленно создаваемого музыкального произведения отражается в активности низкочастотного дельта-ритма во фронтально-темпоральных зонах левого полушария.

3. Повышение активности и когерентности тета-ритма в париетально-окципитальной зоне в процессе сочинения музыки может рассматриваться как отражение активизации процессов доступа и извлечения из памяти эмоциональных образов, процесс поиска новых, оригинальных решений, связанных с прошлым эмоциональным опытом.

4. Повышение активности бета1- и бета 2-ритма во фронтальной зоне правого и окципитальной зоне левого полушарий может рассматриваться как коррелят «дифференцированного внимания», обеспечивающего широко распределённые по разным участкам коры процессы селекции информации и активацию творческого процесса создания музыкального рисунка мелодии в соответствии с правилами музыкального синтаксиса и в контексте возникающих эмоционально-переживаемых образов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анализ вызванной синхронизации и десинхронизации ЭЭГ при эмоциональной активации у человека: временные и топографические характеристики / Л.И. Афтанас, Н.В. Рева, А.А. Варламов, С.В. Павлов, В.П. Махиев // Журнал высшей нервной деятельности. 2003. Т.53, № 4. C.485-494.

2. Анализ когерентности ЭЭГ при прослушивании музыки / Р.А. Павлыгина,

B.И. Давыдов, А.В. Сулимов, Ю.В. Любимова, Д.С. Сахаров // Журнал высшей нервной деятельности. 2003. Т.53, № 4. C.402-409.

3. Бехтерева Н.П., Медведев С.В., Данько С.Г. Методология исследования нейрофизиологических механизмов творчества: условия, перспективы и внутренние сложности // Физиология человека. 2000. Т. 26, № 5. C. 12-18.

4. Бехтерева Н.П. Магия творчества и психофизиология. Факты, соображения, гипотезы // Когнитивные исследования: Сборник научных трудов: Вып. 2 / под ред. В.Д. Соловьева, Т.В. Черниговской. - М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 2008. С. 9-31.

5. Карлсон И. Креативность: личностный, нейробиологический и когнитивный аспекты // Психология. Журнал Высшей школы экономики. 2005. Т. 2. № 4.

C. 122-131.

6. Панюшева Т.Д. Музыкальный мозг: обзор отечественных и зарубежных исследований// Асимметрия (резенцируемый научно-практический журнал). -Том 2. №3. Ноябрь, 2008.

7. Разумникова О.М. Мышление и функциональная асимметрия мозга. -Новосибирск: Издательство СО РАМН, 2004. 272 с.

8. Уэйнбергер Н. Музыка и мозг / В мире науки, № 2, февраль 2005.

9. Davidson R. J. Affective style and affective disordes: perspectives from affective neuroscience// Cognit. Emot. 1998. V.12 P.307-330.

10. Emotion processing of major, minor, and dissonant chords: a functional magnetic resonance imaging study/ Pallsen K.J., Brattico E., Bailey C., Korvenoja A., Koivi-sto J. Gjedee A., Carlson S. Ann. N. // Y. Acad. Sci. 2005 Dec.;1060:450-3.

-25-

11.Malvov L. Amusia due to rhythm agnosia in musician with left hemisphere damage: a non-auditory supramodel defect. Cortex 1989; 16: 2: 331-338.

12. Midorikawa A., Kawamura M., Kezuka M. Musical alexia from rhythm notata-tion: a discrepancy between pitch and rhythm // Neurocase. 2003. Vol. 9. № .3. P. 232-238.

13. Patel A.D. Music, Language and the Brain / Oxford: Oxford University Press. 2008. 520 p.

14. Petsche H. Approaches to verbal, visual and musical creativity by EEG coherence analysis // Int. J.Psyhophysiol. 1996. Vol.24, N1-2. P. 145-159.

15. Semmes J. Hemispheric specialization. A possible clue to mechanism. Neuro-psyhologia 1968; № 6. P. 11-26.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Рособразования в рамках ФНТП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 г.г.)», проект РОСТ-НИЧ-734.