Пару лет назад меня попросили навестить подростка с синдромом Вильямса. Кенни оказался дружелюбным и веселым, и ему очень нравилась музыка, но тест на коэффициент интеллекта он проходил менее чем на 50 баллов, а это значит, что в 14 лет он обладал умственными способностями семилетнего ребенка. Кроме того, как и у большинства людей с синдромом Вильямса, он имел очень плохую зрительно-моторную координацию, и ему было трудно застегивать одежду (ему помогала мама), завязывать шнурки (он носил обувь на липучках) и даже подниматься по лестнице и перекладывать еду из тарелки в рот. При этом он играл на кларнете. Он выучил несколько произведений и при игре выполнял множество сложных движений пальцами. Он не знал названий нот и не мог сказать, что именно он делает в любом заданном месте в произведении, — казалось, его пальцы обладали собственным разумом. Он начинал играть — и вдруг проблемы со зрительно-моторной координацией словно исчезали! Но как только он переставал играть, ему нужно было помогать открыть чехол, чтобы убрать инструмент.

Аллан Рейсс из Медицинской школы Стэнфордского университета продемонстрировал, что новый мозжечок — новейшая часть мозжечка — у людей с синдромом Вильямса крупнее, чем у среднестатистического человека. Движение, направляемое музыкой, у людей с синдромом Вильямса чем-то отличается от остальных видов движения. Зная, что морфометрия мозжечка у них отличается от морфометрии у других людей, мы предположили, что этот орган обладает неким «собственным разумом» и может кое-что рассказать нам о том, как он обычно влияет на обработку музыки у здоровых людей. Мозжечок играет важнейшую роль в некоторых эмоциях: испуге, страхе, ярости, спокойствии, общительности. А у людей с синдромом Вильямса он участвует в обработке слуховой информации иначе.

Со стола уже убрали тарелки, а Крик по-прежнему сидел со мной, и тут он упомянул проблему связывания — одну из самых сложных в когнитивной нейробиологии. У большинства объектов есть ряд признаков, которые обрабатываются отдельными нейрональными подсистемами. Например, в случае визуальных объектов в число таких признаков входят цвет, форма, движение, контраст, размер и т. д. Каким-то образом мозг должен связать эти различные компоненты восприятия в единое целое. Я уже говорил о том, что когнитивисты считают восприятие конструктивным процессом. Но что именно делают нейроны, чтобы связать всю информацию воедино? Мы знаем, что проблемы с этим бывают у пациентов с поражениями мозга и особыми невропатическими заболеваниями вроде синдрома Балинта, при котором люди могут распознать только одну или две характеристики объекта, но не способны связать их между собой. Некоторые из них сообщают, где в поле зрения находится объект, но не могут назвать его цвет, или наоборот. Другие слышат тембр и ритм, но не различают мелодию, или наоборот. Изабель Перетц нашла пациента с абсолютным слухом, который не воспринимает высоту звука! Он прекрасно называет ноты, но ни за что на свете не сможет спеть.

Одним из решений проблемы связывания, по мнению Крика, была синхронная активация нейронов по всей коре головного мозга. Часть «удивительной гипотезы» в его книге состоит в том, что сознание возникает в результате синхронной активации нейронов мозга с частотой 40 Гц. Нейробиологи в основном полагали, что деятельность мозжечка осуществляется на «предсознательном» уровне, потому что он координирует процессы вроде бега, ходьбы, хватания предметов и протягивания к ним руки, а сознание их не контролирует. Ничто не мешает нейронам мозжечка активироваться на частоте 40 Гц, чтобы внести свой вклад в сознательную деятельность, утверждает Крик, хоть мы обычно и не приписываем человеческое сознание организмам, у которых есть только мозжечок, например рептилиям. «Посмотри на эти связи», — сказал Крик. Он самостоятельно изучал нейроанатомию во время учебы в Солке и заметил, что многие исследователи когнитивной нейробиологии не придерживаются собственных основополагающих принципов — считать мозг ограничением для выдвижения гипотез. Крик не терпел таких людей и полагал, что настоящего прогресса могут достичь только люди, тщательно изучающие все детали структуры и функций мозга.

В этот момент вернулся коллега Крика по лептонам и напомнил ему о предстоящей встрече. Мы все поднялись, готовясь уходить, и Крик напоследок повернулся ко мне и повторил: «Посмотри на эти связи…» Больше я с ним не встречался. Несколько месяцев спустя он ушел из жизни.

Связь между мозжечком и музыкой увидеть не так уж и трудно. Участники семинара в Колд-Спринг-Харбор говорили о том, что лобная доля — центр наиболее развитых когнитивных способностей человека — напрямую связана с мозжечком, самой примитивной частью мозга. Связи идут в обоих направлениях, причем обе структуры влияют друг на друга. Области лобной коры, которые изучала Пола Таллал, — те, что помогают нам точно различать звуки речи, — тоже связаны с мозжечком. Работа Иври по двигательному контролю продемонстрировала связь между лобными долями, затылочной корой (и моторной корой) и мозжечком. Однако в этой нейронной симфонии есть еще один музыкант — структура, расположенная глубоко внутри коры головного мозга.

В 1999 году Энн Блад, аспирантка Монреальского неврологического института, работавшая с Робертом Заторре, в одном важном исследовании показала, что интенсивные музыкальные эмоции — то, что ее испытуемые описывали как «трепет и мурашки по коже», — связаны с областями мозга, которые, как считалось, участвуют в вознаграждении, мотивации и возбуждении: с вентральным полосатым телом, миндалиной, средним мозгом и некоторыми областями лобной коры. Особенно меня заинтересовало вентральное полосатое тело — структура, в которую входит прилежащее ядро, потому что последнее является центром системы вознаграждения и играет важную роль в удовольствии и зависимости. Прилежащее ядро активируется, когда игроман выигрывает пари или наркоман принимает дозу. Оно также тесно связано с опиоидной системой мозга благодаря своей способности высвобождать нейромедиатор дофамин. В 1980 году Аврам Голдштейн показал, что удовольствие от прослушивания музыки можно заблокировать путем введения препарата «Налоксон», который, как полагают, влияет на дофамин в прилежащем ядре. Однако у позитронно-эмиссионной томографии — того типа сканирования мозга, который использовали Блад и Заторре, — недостаточно высокое пространственное разрешение, чтобы определить, задействуется ли при этом прилежащее ядро. Мы с Винодом Меноном собрали много данных с помощью фМРТ с более высоким разрешением, таким образом получив возможность весьма точно определить, участвует ли прилежащее ядро в прослушивании музыки. Однако для того, чтобы по-настоящему разобраться, как в ответ на музыку в мозге возникает удовольствие, нам предстояло показать, что прилежащее ядро активируется в нужное время в последовательности других структур мозга, задействованных в процессе прослушивания музыки. В этом случае оно должно участвовать в процессе, происходящем после активизации структур в лобной доле, которые обрабатывают музыкальную структуру и смысл. А чтобы доказать, что именно прилежащее ядро играет роль модулятора дофамина, нам нужно найти способ продемонстрировать, что оно активируется одновременно с другими структурами мозга, которые участвуют в передаче дофамина, — иначе мы не сможем утверждать, что участие в этом процессе прилежащего ядра не более чем совпадение. И, наконец, поскольку такое число свидетельств указывает на мозжечок, в котором, как мы знаем, тоже есть дофаминовые рецепторы, он также должен фигурировать в нашем анализе.

Менон тогда как раз прочитал несколько работ Карла Фристона и его коллег о новом математическом методе, называемом анализом функциональных и эффективных связей, — мы возлагали на него надежды в поисках ответов на эти вопросы. Новый анализ связей должен был помочь нам обнаружить ассоциации между областями мозга, участвующими в обработке музыки, которые обычными методами не найти. Мы собирались измерить взаимодействие одной области с другой, знание о котором пока ограничивалось известными анатомическими связями между ними, и этот метод позволил бы нам последовательно изучить работу сетей мозга, активированных музыкой, в каждый момент времени. Крик, конечно, захотел бы это увидеть. Задача была не из легких. Эксперименты по сканированию мозга выдают миллионы единиц данных, и результаты одной такой сессии могут занять целый жесткий диск на обычном компьютере. В отличие от нового метода анализа, который мы собирались использовать, на изучение этих данных привычным способом — визуальной оценкой того, какие области активируются, — могло уйти несколько месяцев. У нас не было готовой статистической программы, которая выполнила бы для нас анализ новым способом. Менон два месяца разрабатывал уравнения, нужные для исследования, и, когда все было готово, мы еще раз проанализировали данные людей, которые слушали классическую музыку.

И мы нашли именно то, что надеялись найти. Прослушивание музыки вызвало каскадную активацию областей мозга, происходящую в определенном порядке: первым делом срабатывает слуховая кора и выполняет первичную обработку компонентов звука. Затем включаются области в лобной доле, такие как поля Бродмана 44 и 47, которые, как мы ранее определили, участвуют в обработке музыкальной структуры и ожиданий. И, наконец, целая сеть областей — мезолимбическая система — участвует в возбуждении, удовольствии, передаче опиоидов и выработке дофамина, а завершается процесс активацией прилежащего ядра. Мозжечок и базальные ганглии оказались активны в течение всего процесса — предположительно, они помогали в обработке ритма и метра. Таким образом, аспекты вознаграждения и усиления в прослушивании музыки, похоже, опосредованы повышением уровня дофамина в прилежащем ядре и участием мозжечка в регуляции эмоций через его связи с лобной долей и лимбической системой. Современные теории в нейропсихологии связывают позитивное настроение и волнение с повышением уровня дофамина — это одна из причин, почему многие антидепрессанты нового поколения воздействуют на дофаминэргическую систему. Музыка, безусловно, тоже относится к средствам для улучшения настроения. И теперь мы, похоже, знаем почему.

По-видимому, она имитирует некоторые особенности языка и передает некоторые эмоции из тех, что задействует и голосовая коммуникация, только нереферентно и неспецифически. Она также активирует часть областей мозга, которые задействуют и язык, но в гораздо большей степени, чем язык, музыка вовлекает примитивные структуры, связанные с мотивацией, вознаграждением и эмоциями. Будь то первые несколько ударов колокольчика в «Honky Tonk Women» («Распутные женщины») или первые несколько нот сюиты «Шехерезада», вычислительные системы в мозге синхронизируют нейронные генераторы колебаний с музыкальным ритмом и начинают предсказывать, где будет следующая сильная доля. По мере развития музыкального произведения мозг постоянно обновляет свою оценку того, когда прозвучат новые сильные доли, и испытывает удовлетворение, когда его предсказания сбываются, и удовольствие, когда умелый музыкант нарушает ожидание каким-нибудь интересным способом, в каком-то смысле разыгрывая слушателей. Музыка дышит, ускоряется и замедляется, подобно реальному миру, и наш мозжечок находит удовольствие в том, чтобы постоянно с ней синхронизироваться.

Эффектная музыка — грув — предполагает легкие нарушения ритма. Подобно тому как крыса эмоционально реагирует на нарушение ритма ветки, стучащей по ее домику, мы эмоционально реагируем на нарушение ритма в музыке, и это и есть грув. Крысе не хватает контекста нарушения ритма, и она переживает его как страх. Благодаря культуре и опыту мы знаем, что музыка не представляет угрозы, и наша когнитивная система интерпретирует нарушения ритма как источник удовольствия и развлечения. Путь эмоциональной реакции на грув проходит через ухо, мозжечок, прилежащее ядро и лимбическую сеть, а не через ухо и сеть слуховой коры. Наша реакция на грув в значительной степени предсознательна или бессознательна, поскольку проходит через мозжечок, а не через лобные доли. Примечательно то, что все эти пути интегрируются у нас в единое восприятие песни.

Мозг под воздействием музыки проходит через процесс тонкой оркестровки различных его областей, включая и старейшие, и новейшие части, а также области, расположенные очень далеко друг от друга, как, например, мозжечок (в затылочной части головы) и части лобных долей (в районе глаз). Здесь наблюдается и безупречная хореография нейрохимического высвобождения и поглощения веществ, которую исполняют системы логического предсказания и эмоционального вознаграждения. Когда нам очень нравится какое-то музыкальное произведение, оно напоминает нам о другой музыке, которую мы слышали, и активирует воспоминания об эмоциональных моментах в нашей жизни. Чтобы понять воздействие музыки на мозг, как повторил Фрэнсис Крик, выходя из обеденного зала, нужно смотреть на связи.