Мозжечок — часть мозга, тесно связанная с измерением времени и координацией движений. Слово «мозжечок» буквально значит «маленький мозг», он даже выглядит как маленький мозг, расположенный под большим, основным мозгом, как раз под затылочной долей. У мозжечка две половины, как и у всего головного мозга, и каждая из них делится на области. Из филогенетических исследований — изучения мозга различных животных, находящихся выше или ниже на генетической лестнице, — мы узнали, что мозжечок — одна из старейших частей мозга с точки зрения эволюции. Его еще иногда называют рептильным мозгом. Несмотря на то что его вес составляет всего 10 % от общего веса мозга, в нем расположено от 50 до 80 % всех нейронов. Одна из функций этой старейшей части — измерение времени — имеет решающее значение и для восприятия музыки.
Мозжечок традиционно считается частью мозга, которая управляет движением. У большинства движений, совершаемых большинством животных, повторяющийся, колебательный характер. Когда мы идем или бежим, мы делаем это в более или менее постоянном темпе. Наше тело приспосабливается к нему, и мы его поддерживаем. Когда рыбы плавают, а птицы летают, они машут плавниками или крыльями с более или менее постоянной скоростью. Мозжечок участвует в поддержании темпа. Один из признаков болезни Паркинсона — затруднения при ходьбе, и теперь мы знаем, что это заболевание сопровождается дегенерацией мозжечка.
А какая связь у мозжечка и музыки? У себя в лаборатории мы обнаружили сильную активацию нейронов в мозжечке, когда просили людей слушать музыку, но при этом активации не было, когда звучал обычный шум. По-видимому, мозжечок участвует в отслеживании ритма. Мозжечок фигурирует в наших исследованиях и в другом контексте — когда мы просим людей слушать музыку, которая им нравится, а потом ту, которая им не нравится, или сначала знакомую музыку, а потом незнакомую.
Многие, и мы в том числе, задавались вопросом, не является ли простой случайностью активация мозжечка при реакции на приятное и знакомое. Летом 2003 года Винод Менон рассказал мне о работе гарвардского профессора Джереми Шмахмана. Этот ученый сумел опровергнуть устоявшееся мнение, что мозжечок отвечает только за измерение времени и движение. С помощью аутопсии, нейровизуализации, изучения конкретных случаев и исследований других видов животных Шмахман и его последователи собрали убедительные доказательства того, что мозжечок также причастен к возникновению эмоций. Это объясняет его активацию во время прослушивания музыки, которая нам нравится. Шмахман отмечает, что у мозжечка множество связей с эмоциональными центрами мозга: миндалиной, которая участвует в запоминании эмоциональных событий, и лобной долей, задействованной в планировании и контроле импульсов. Какова связь между эмоциями и движением и почему и то и другое обрабатывается в одной и той же области мозга, которая есть даже у змей и ящериц? Точно мы этого не знаем, но некоторые обоснованные предположения поступают из лучших источников — от первооткрывателей структуры ДНК, Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика.
Лаборатория в Колд-Спринг-Харбор — современное высокотехнологичное предприятие на Лонг-Айленде, специализирующееся на исследованиях в области неврологии, нейробиологии, рака и, как и подобает учреждению, директором которого является нобелевский лауреат Джеймс Уотсон[18], генетики. Лаборатория сотрудничает с Университетом штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук и предлагает ученые степени и повышение квалификации в этих областях. Моя коллега Амандина Пенел несколько лет работала там постдоком (позиция после получения степени PhD, аналог кандидатской диссертации). Она получила докторскую степень за исследование музыкального восприятия, как раз когда я занимался своей докторской диссертацией в Орегонском университете. Мы знали друг о друге благодаря ежегодным конференциям, посвященным музыкальному восприятию. Время от времени лаборатория спонсирует семинары ученых, специализирующихся на определенной теме. Такие семинары длятся по несколько дней, и все едят и спят в лаборатории, проводя вместе целый день за решением выбранной научной задачи. Идея такого собрания состоит в том, что эксперты в определенной теме, признанные мировым научным сообществом, часто придерживаются противоположных взглядов, а здесь они могут прийти к некоторому согласию по определенным вопросам, и так наука движется вперед гораздо быстрее. Семинары Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор широко известны в области геномики, генетики растений и нейробиологии.
Однажды меня застигло врасплох письмо, чуть не затерявшееся в груде довольно обыденных электронных сообщений о комитете по учебной программе бакалавриата и расписании выпускных экзаменов в Университете Макгилла, — приглашение на четырехдневный семинар в Колд-Спринг-Харбор. Вот что я прочитал:
Как мозг представляет время? Как воспринимаются или создаются сложные временны́е структуры? Обработка временны́х паттернов — фундаментальный компонент сенсорной и моторной функций. Учитывая, что наше взаимодействие с окружающей средой имеет временнýю природу, понимание того, как мозг обрабатывает время, служит необходимым шагом к пониманию мозга. Мы стремимся объединить ведущих психологов, нейробиологов и теоретиков со всего мира, работающих над этими проблемами. У нас две цели: во-первых, мы хотим собрать вместе исследователей из разных областей, занимающихся вопросом измерения времени, которые получат большую пользу от взаимного обмена идеями. Во-вторых, на сегодняшний день проделана значительная работа по изучению обработки единичных временны́х интервалов. В будущем мы хотим извлечь пользу из этих исследований и расширить их до изучения временны́х структур, состоящих из множественных временны́х интервалов. Восприятие временны́х паттернов — развивающаяся междисциплинарная область. Мы ожидаем, что на этой встрече сможем обсудить и определить повестку дальнейших междисциплинарных исследований.
Сначала я подумал, что организаторы просто ошиблись, когда включили меня в число участников. Я знал имена всех приглашенных, список которых прилагался к письму. Они были гигантами в моей области — настоящие Джорджи Мартины и Полы Маккартни, Сэйдзи Одзавы и Йо-Йо Ма в области измерения времени. Пола Таллал и ее коллега Майкл Мерцених из Калифорнийского университета в Сан-Франциско обнаружили, что дислексия связана с проблемами восприятия времени в слуховой системе детей. Пола также опубликовала некоторые из наиболее важных фМРТ исследований речи и мозга, показав, где в мозге происходит фонетическая обработка. Рич Иври был мне как старший брат по науке — один из ярчайших когнитивных нейробиологов моего поколения. Он получил докторскую степень у Стива Кила в Университете Орегона и провел новаторскую работу по исследованию мозжечка и когнитивных аспектов двигательного контроля. Рич очень сдержанный и простой человек, и при этом он может проникнуть в суть научной проблемы с точностью бритвенного лезвия.
Рэнди Галлистел — выдающийся математический психолог, который моделировал процессы памяти и обучения у людей и мышей. Я изучил его статьи вдоль и поперек. Бруно Репп — первый научный консультант Амандины Пенел после получения ею докторской степени и рецензент моих первых двух опубликованных работ (экспериментов с людьми, которые пели популярные песни очень близко к оригинальным нотам и темпу). Пригласили и еще одного эксперта по измерению времени в музыке — Мари Рейсс Джонс. Она проделала самую важную работу, посвященную роли внимания в музыкальном восприятии, и построила выдающуюся модель того, как музыкальные акценты, метр, ритм и ожидания соединяются вместе в нашем знании музыкальной структуры. И Джон Хопфилд, изобретатель сетей Хопфилда, одного из самых важных классов моделей PDP, тоже должен был присутствовать! Приехав в Колд-Спринг-Харбор, я почувствовал себя фанаткой, которая попала за кулисы на концерте Элвиса в 1957 году.
Конференция была напряженной. Исследователи не могли прийти к согласию по основным вопросам: например, как отличить генератор колебаний от хронометра и вовлечены ли одни и те же нейрональные процессы в оценку длительности паузы и временного интервала, заполненного регулярными импульсами.
Поработав вместе, мы поняли — как и надеялись организаторы, — что настоящему прогрессу в этой области во многом препятствует то, что мы используем разные термины для обозначения одних и тех же явлений, а нередко одним и тем же словом (например, термином «измерение времени») обозначаем сразу несколько вещей и опираемся на разные базовые предположения.
Когда слышишь, как кто-то другой использует термин вроде planum temporale (обозначающий нейрональную систему), предполагаешь, что он употреблен в том же значении, в каком его используешь ты. Но в науке, как и в музыке, предположения могут свести на нет все усилия. Один участник считал, что planum temporale нужно определять анатомически, а другой — что его нужно определять функционально. Мы спорили о важности серого вещества по сравнению с белым, о том, что значит синхронность двух событий, — то есть должны ли они фактически произойти строго в одно и то же время или достаточно того, что они кажутся нам одновременными в восприятии.
По вечерам мы заказывали ужин, пили много пива и красного вина и продолжали вести дискуссии за едой. Мой аспирант Брэдли Винс приехал в качестве наблюдателя и исполнял нам мелодии на саксофоне. Я играл на гитаре с несколькими музыкантами из группы, а Амандина пела.
Поскольку встреча была посвящена измерению времени, большинство присутствующих не обратили особого внимания на работу Шмахмана или на возможную связь между эмоциями и мозжечком. А Иври обратил: он знал о работе Шмахмана, и она его заинтриговала. В ходе наших бесед он пролил свет на сходство между восприятием музыки и планированием двигательной активности, которого я не увидел в своем собственном эксперименте. Он согласился со мной в том, что тайна музыки в самой своей сути должна быть связана с мозжечком. Когда я познакомился с Уотсоном, он признался мне, что тоже видит связь между мозжечком, восприятием времени, музыкой и эмоциями. Но что это может быть за связь? Какова ее эволюционная основа?
Несколько месяцев спустя в Калифорнии я навестил свою коллегу Урсулу Беллуджи в Институте Солка в Ла-Хойе. Институт Солка расположен на нетронутом участке земли с видом на Тихий океан. Беллуджи, которая была студенткой великого Роджера Брауна в Гарварде в 1960-х годах, руководит там лабораторией когнитивной нейробиологии. В числе множества прорывов и знаковых открытий в ее карьере можно назвать открытие того, что язык жестов — настоящий язык (у него есть синтаксическая структура, и он не является неорганизованным набором специальных жестов), и эта находка показала, что лингвистический модуль Ноама Хомского распространяется не только на разговорные языки. Она также провела новаторскую работу по восприятию пространства, жестам, нарушениям нейробиологического развития и способности нейронов менять свою функцию, или нейропластичности.
Мы с Урсулой уже десять лет работаем вместе над изучением генетической основы музыкальности. Чего еще желать исследователю, как не работы в институте под управлением Фрэнсиса Крика, человека, который вместе с Уотсоном открыл структуру ДНК? Я ездил туда каждый год, чтобы вместе с Урсулой проанализировать данные своих исследований и подготовить статьи к публикации. Нам нравится сидеть вместе в кабинете за одним экраном, изучать диаграммы хромосом, наблюдать активации нейронов и обсуждать, что значат эти данные для наших гипотез.
Раз в неделю в Институте Солка устраивался «профессорский обед», на котором почтенные ученые рассаживались за большим квадратным столом вместе с Фрэнсисом Криком, директором института. Посетителей туда пускали редко — это был закрытый форум, на котором ученые могли свободно высказывать свои предположения. Я слышал об этой земле обетованной и мечтал ее посетить.
В книге «Удивительная гипотеза» (The Astonishing Hypothesis) Крик утверждал, что сознание возникает в мозге, что совокупность наших мыслей, убеждений, желаний и чувств — это результат деятельности нейронов, глиальных клеток и тех молекул и атомов, из которых они состоят. Читать было любопытно, но, как я уже говорил, у меня есть некоторые предубеждения против составления карт разума ради самого процесса и некоторая предвзятость в понимании того, как этот механизм порождает человеческий опыт.
По-настоящему интересным общение с Криком для меня делала не его блестящая работа по ДНК или руководящий пост в Институте Солка и даже не «Удивительная гипотеза». Большое впечатление на меня произвела его книга «До чего же дикая погоня» (What Mad Pursuit), посвященная началу его научной карьеры. Если точнее, то следующий отрывок, потому что я тоже начал научную карьеру довольно поздно:
Когда война наконец завершилась, я совершенно не знал, чем заниматься… Я оценил свою квалификацию. У меня было не очень хорошее образование, что отчасти компенсировалось успехами в Адмиралтействе. Знание узких областей магнетизма и гидродинамики, которые не вызывали у меня ни малейшего энтузиазма… Ни одной опубликованной работы… Не сразу я понял, что недостаточная квалификация может стать преимуществом. К тому времени, когда большинство ученых достигают тридцатилетнего возраста, они оказываются в ловушке собственных знаний. Они уже вложили столько усилий в одну конкретную область, что зачастую им бывает чрезвычайно трудно радикально изменить карьеру. Я же, наоборот, не имел никаких знаний, кроме элементарного образования в несколько старомодной физике и математике, зато осталась способность воспринимать новое… Поскольку я толком ничего не знал, у меня был практически неограниченный выбор…