мини|320px|десно|„Аполон и музе”,Балдасаре Перуци (1514—1523). Неуронаука музике је научно проучавање механизама заснованих на мозгу који су укључени у когнитивне процесе који су у основи музике. Ова понашања укључују слушање музике, опажање, извођење, компоновање, читање, писање и друге сродне активности. Такође се све више бави можданом основом за музичку естетику и музичку емоцију. Научници који раде у овој области могу бити обучени у областима као што су когнитивна неуронаука, неурологија, неуроанатомија, психологија, теорија музике, рачунарство и друге релевантне области.

Когнитивна неуронаука музике представља значајну грану психологије музике, и разликује се од сродних области као што је когнитивна музикологија по свом ослањању на директна посматрања мозга и коришћењу техника снимања мозга као што су функционална магнетна резонанца (fMRI) и позитронска емисиона томографија (PET).

Елементи музике

Висина тона

Звуци се састоје од таласа молекула ваздуха који вибрирају на различитим фреквенцијама. Ови таласи путују до базиларне мембране у пужу унутрашњег уха. Различите фреквенције звука изазивају вибрације на различитим местима базиларне мембране. У стању смо да чујемо различите висине тона јер је сваки звучни талас са јединственом фреквенцијом повезан са различитим местом дуж базиларне мембране. Овај просторни распоред звукова и њихових одговарајућих фреквенција које се обрађују у базиларној мембрани познат је као тонотопија. Када се ћелије са длачицама на базиларној мембрани померају напред-назад услед вибрирајућих звучних таласа, оне ослобађају неуротрансмитере и изазивају акционе потенцијале који путују низ слушни живац. Слушни живац затим води до неколико слојева синапси на бројним скупинама неурона, или једрима, у слушном можданом стаблу. Ова једра су такође тонотопски организована, а процес постизања ове тонотопије након пужа још увек није добро схваћен. Ова тонотопија се генерално одржава све до примарног слушног кортекса код сисара.

Широко постављени механизам за обраду висине тона у раном централном слушном систему је фазно закључавање и модно закључавање акционих потенцијала на фреквенције у стимулусу. Фазно закључавање на фреквенције стимулуса је приказано у слушном живцу, кохлеарном једру, доњем коликулусу и слушном таламусу. Помоћу фазног и модног закључавања на овај начин, познато је да слушно мождано стабло чува велики део временских и нискофреквентних информација из оригиналног звука; ово је очигледно мерењем аудитивног одговора можданог стабла коришћењем ЕЕГ-а. Ово очување времена је један од начина да се директно аргументује временска теорија перцепције висине тона, и да се индиректно аргументује против теорије места перцепције висине тона.

десно|250px|мини|Примарни слушни кортекс је једна од главних области повезаних са супериорном резолуцијом висине тона.

Десни секундарни слушни кортекс има финију резолуцију висине тона од левог. Хајд, Перец и Заторе (2008) су у својој студији користили функционалну магнетну резонанцу (fMRI) како би тестирали укљученост десних и левих слушних кортикалних региона у обраду фреквенције мелодијских секвенци. Поред откривања супериорне резолуције висине тона у десном секундарном слушном кортексу, пронађене су специфичне области које су укључене, а то су планум темпорале (PT) у секундарном слушном кортексу, и примарни слушни кортекс у медијалном делу Хешловог гируса (HG).

Многе студије неуроимиџинга пронашле су доказе о важности десних секундарних слушних региона у аспектима обраде висине музичког тона, као што је мелодија. Многе од ових студија, попут оне коју су спровели Патерсон, Упенкамп, Џонсруд и Грифитс (2002), такође проналазе доказе о хијерархији обраде висине тона. Патерсон и сар. (2002) су користили спектрално усклађене звукове који су производили: без висине тона, фиксну висину тона или мелодију у fMRI студији и открили су да су сви услови активирали HG и PT. Звукови са висином тона активирали су више ових региона него звукови без њих. Када је мелодија произведена, активација се проширила на горњи темпорални гирус (STG) и планум поларе (PP). Ови резултати подржавају постојање хијерархије обраде висине тона.

Апсолутни слух десно|150px|мини|Музичари који поседују апсолутни слух могу да идентификују висину музичких тонова без спољне референце.

Апсолутни слух (енгл. ) дефинише се као способност идентификације висине музичког тона или производње музичког тона на датој висини без употребе спољне референтне висине тона. PDF Document Неуронаучна истраживања нису открила јасан образац активације заједнички за оне који поседују апсолутни слух. Заторе, Пери, Бекет, Вестбери и Еванс (1998) испитивали су неуронске основе апсолутног слуха користећи функционалне и структурне технике снимања мозга. Позитронска емисиона томографија (PET) коришћена је за мерење церебралног крвотока (CBF) код музичара који поседују апсолутни слух и музичара којима он недостаје. Када су им представљени музички тонови, слични обрасци повећаног CBF-а у слушним кортикалним областима појавили су се у обе групе. Особе са апсолутним слухом и испитаници без њега показали су сличне обрасце леве дорзолатералне фронталне активности када су обављали процене релативне висине тона. Међутим, код испитаника без апсолутног слуха била је присутна активација у десном доњем фронталном кортексу, док особе са апсолутним слухом нису показале такву активност. Овај налаз сугерише да музичарима са апсолутним слухом није потребан приступ уређајима радне меморије за такве задатке. Ови налази имплицирају да не постоји специфичан образац регионалне активације јединствен за апсолутни слух. Уместо тога, доступност специфичних механизама обраде и захтеви задатка одређују ангажоване неуронске области.

Мелодија

Студије сугеришу да су појединци способни да аутоматски открију разлику или аномалију у мелодији, као што је нехармонична висина тона која се не уклапа у њихово претходно музичко искуство. Ова аутоматска обрада се одвија у секундарном слушном кортексу. Братико, Терванијеми, Наатанен и Перец (2006) спровели су једну такву студију како би утврдили да ли се детекција тонова који се не уклапају у очекивања појединца може одвијати аутоматски. Они су бележили евоциране потенцијале (ERP) код немузичара док су им биле представљене непознате мелодије са тоном који није у хармонији или тоном који није у тоналитету, док су учесници били или ометени од звукова или су пазили на мелодију. Оба услова су открила рану фронталну негативност повезану са грешком независно од тога где је пажња била усмерена. Ова негативност је потицала из слушног кортекса, тачније у супратемпоралном режњу (који одговара секундарном слушном кортексу) са већом активношћу десне хемисфере. Одговор негативности био је већи за висину тона која није била у хармонији у односу на ону која није била у тоналитету. Оцене музичке инконгруенције биле су више за мелодије са тоновима ван хармоније него за оне ван тоналитета. У условима усмерене пажње, тонови ван тоналитета и хармоније производили су касну паријеталну позитивност. Налази Братико и сар. (2006) сугеришу да постоји аутоматска и брза обрада мелодијских својстава у секундарном слушном кортексу. Налази да су инконгруенције висине тона аутоматски откривене, чак и у обради непознатих мелодијских линија, сугеришу да постоји аутоматско поређење долазних информација са дугорочним знањем о својствима музичке лествице, као што су културолошки условљена правила музичких својстава (уобичајене прогресије акорда, обрасци лествица итд.) и индивидуална очекивања о томе како би мелодија требало да се настави.

Ритам Области појаса и парапојаса десне хемисфере укључене су у обраду ритма. Ритам је снажан поновљени образац покрета или звука. Када се појединци припремају да откуцају ритам правилних интервала (1:2 или 1:3), активирају се леви фронтални кортекс, леви паријетални кортекс и десни мали мозак. Са тежим ритмовима као што је 1:2.5, укључено је више области у церебралном кортексу и малом мозгу. ЕЕГ снимци су такође показали везу између електричне активности мозга и перцепције ритма. Снајдер и Ларџ (2005) спровели су студију испитујући перцепцију ритма код људских субјеката, откривши да активност у гама опсегу (гама таласи од 20 – 60 Hz) одговара откуцајима у једноставном ритму. Снајдер и Ларџ су пронашли два типа гама активности: индуковану гама активност и евоцирану гама активност. Евоцирана гама активност је пронађена након почетка сваког тона у ритму; утврђено је да је ова активност фазно закључана (врхови и долови су били директно повезани са тачним почетком тона) и није се појавила када је у ритму био присутан јаз (пропуштен откуцај). За индуковану гама активност, за коју није утврђено да је фазно закључана, такође је утврђено да одговара сваком откуцају. Међутим, индукована гама активност се није смирила када је јаз био присутан у ритму, што указује на то да индукована гама активност може вероватно служити као врста унутрашњег метронома независног од слушног уноса.

Тоналитет Тоналитет описује односе између елемената мелодије и хармоније — тонова, интервала, акорда и лествица. Ови односи се често карактеришу као хијерархијски, тако да један од елемената доминира или привлачи други. Они се јављају и унутар и између сваке врсте елемента, стварајући богату и временски променљиву перцепцију између тонова и њихових мелодијских, хармонијских и хроматских контекста. У једном конвенционалном смислу, тоналитет се односи само на типове дурских и молских лествица — примере лествица чији су елементи способни да одрже конзистентан скуп функционалних односа. Најважнији функционални однос је однос тонике (прве ноте у лествици) и тоничног акорда (прве ноте у лествици са трећом и петом нотом) са остатком лествице. Тоника је елемент који тежи да потврди своју доминацију и привлачност над свим осталима, и она функционише као крајња тачка привлачности, одмора и разрешења за лествицу.

Десни слушни кортекс је првенствено укључен у перципирање висине тона, као и делова хармоније, мелодије и ритма. Једна студија Петра Џанате открила је да постоје области осетљиве на тоналитет у медијалном префронталном кортексу, малом мозгу, горњим темпоралним сулкусима обе хемисфере и горњим темпоралним гирусима (са нагибом према десној хемисфери). Показане су хемисферичне асиметрије у обради дисонантних/консонантних звукова. Студије евоцираних потенцијала (ERP) су показале веће евоциране одговоре преко леве темпоралне области као одговор на дисонантне акорде, и преко десне, као одговор на консонантне акорде.

Музичка продукција и извођење

Функције моторичке контроле

Музичко извођење обично укључује најмање три основне функције моторичке контроле: тајминг, секвенцирање и просторну организацију моторичких покрета. Тачност у тајмингу покрета повезана је са музичким ритмом. Ритам, образац временских интервала унутар музичке мере или фразе, заузврат ствара перцепцију јачих и слабијих откуцаја. Секвенцирање и просторна организација односе се на изражавање појединачних нота на музичком инструменту.

Ове функције и њихови неуронски механизми су одвојено истраживани у многим студијама, али се мало зна о њиховој комбинованој интеракцији у стварању комплексног музичког извођења. Проучавање музике захтева њихово заједничко испитивање.

Тајминг Иако су неуронски механизми укључени у тајминг покрета ригорозно проучавани током протеклих 20 година, много тога остаје контроверзно. Способност фразирања покрета у тачном времену приписује се неуронском метроному или механизму сата где је време представљено кроз осцилације или импулсе. Супротно мишљење овом механизму метронома такође је хипотетизовано, наводећи да је то појавно својство кинематике самог покрета. Кинематика се дефинише као параметри кретања кроз простор без упућивања на силе (на пример, правац, брзина и убрзање).