Считалось, что точное движение в музыкальном ритме - это врожденный навык, присущий только людям. Однако новое исследование теперь показывает, что крысы также обладают этой способностью. Было обнаружено, что оптимальный темп для кивания зависит от постоянной времени в мозге (скорости, с которой наш мозг может реагировать на что-либо), которая одинакова у всех видов.

Это означает, что способность наших слуховых и моторных систем взаимодействовать и двигаться под музыку может быть более распространена среди видов, чем считалось ранее. Это новое открытие позволяет не только глубже проникнуть в разум животных, но и в истоки нашей собственной музыки и танца.

Ты можешь двигаться в такт, или у тебя две левые ноги? По-видимому, то, насколько хорошо мы можем синхронизировать наше движение с музыкой, в некоторой степени зависит от нашей врожденной генетической способности, и ранее считалось, что этот навык является уникальной человеческой чертой. В то время как животные также реагируют на шум, или могут издавать ритмичные звуки, или быть обучены реагировать на музыку, это не то же самое, что сложные нервные и моторные процессы, которые работают вместе, позволяя нам естественным образом распознавать ритм в песне, реагировать на него или даже предсказывать его. Это называется синхронностью ритма.

Лишь относительно недавно научные исследования (и домашние видео) показали, что некоторые животные, похоже, разделяют наше стремление двигаться в ритме. Новая статья команды из Токийского университета содержит доказательства того, что крысы являются одними из них.

"Крысы демонстрировали врожденную — то есть без какой-либо подготовки или предварительного воздействия музыки - синхронизацию ритмов наиболее отчетливо в пределах 120-140 ударов в минуту, в то время как у людей также наблюдается наиболее четкая синхронизация ритмов", - объяснил доцент Хирокадзу Такахаси из Высшей школы информационных наук и технологий.

"Слуховая кора, область нашего мозга, которая обрабатывает звук, также была настроена на 120-140 ударов в минуту, что мы смогли объяснить, используя нашу математическую модель адаптации мозга".

Но зачем вообще играть музыку крысам? "Музыка оказывает сильное воздействие на мозг и оказывает глубокое воздействие на эмоции и когнитивные способности. Чтобы эффективно использовать музыку, нам нужно раскрыть нейронный механизм, лежащий в основе этого эмпирического факта", - сказал Такахаси. "Я также специалист по электрофизиологии, которая занимается электрической активностью в головном мозге, и уже много лет изучаю слуховую кору крыс".

У команды было две альтернативные гипотезы: Первый заключался в том, что оптимальный темп музыки для синхронности ударов будет определяться постоянной времени тела. У разных видов это происходит по-разному и гораздо быстрее у мелких животных по сравнению с людьми (подумайте о том, как быстро может убежать крыса). Второе заключалось в том, что оптимальный темп вместо этого будет определяться постоянной времени мозга, которая удивительно схожа у разных видов.

"После проведения нашего исследования с участием 20 человек и 10 крыс наши результаты показывают, что оптимальный темп для синхронизации ритмов зависит от постоянной времени в мозге", - сказал Такахаси. "Это демонстрирует, что мозг животного может быть полезен для выяснения механизмов восприятия музыки".

Крысы были оснащены беспроводными миниатюрными акселерометрами, которые могли измерять малейшие движения головы. Участники-люди также носили акселерометры в наушниках. Затем они сыграли одноминутные отрывки из Сонаты Моцарта для двух фортепиано ре мажор, К. 448, в четырех разных темпах: семьдесят пять процентов, 100%, 200% и 400% от первоначальной скорости.

Первоначальный темп составлял 132 удара в минуту, и результаты показали, что синхронность ударов крыс была наиболее четкой в диапазоне 120-140 ударов в минуту. Команда также обнаружила, что и крысы, и люди дергали головами в такт в одинаковом ритме, и что уровень подергивания головы уменьшался по мере того, как музыка ускорялась.

"Насколько нам известно, это первый отчет о врожденной синхронизации ритмов у животных, которая не была достигнута с помощью обучения или музыкального воздействия", - сказал Такахаси.

"Мы также предположили, что кратковременная адаптация в мозге была вовлечена в настройку ритма в слуховой коре. Мы смогли объяснить это, сопоставив наши данные о нейронной активности с математической моделью адаптации. Кроме того, наша адаптационная модель показала, что в ответ на случайные последовательности щелчков самая высокая производительность прогнозирования биений наблюдалась, когда средний межстимульный интервал (время между окончанием одного стимула и началом другого) составлял около 200 миллисекунд (одна тысячная секунды). Это соответствовало статистике интервалов между нотами в классической музыке, предполагая, что свойство адаптации в мозге лежит в основе восприятия и создания музыки ".

Помимо того, что это увлекательное проникновение в разум животных и развитие нашей собственной ритмической синхронности, исследователи также рассматривают это как понимание создания самой музыки.

"Далее я хотел бы показать, как другие музыкальные свойства, такие как мелодия и гармония, связаны с динамикой мозга. Меня также интересует, как, почему и какие механизмы мозга создают такие области человеческой культуры, как изобразительное искусство, музыка, наука, технология и религия", - сказал Такахаси.

"Я считаю, что этот вопрос является ключом к пониманию того, как работает мозг, и разработке ИИ следующего поколения (искусственного интеллекта). Кроме того, как инженер, я заинтересован в использовании музыки для счастливой жизни".

"Спонтанная синхронизация биений у крыс: нейронная динамика и моторное вовлечение" опубликована в журнале Science Advances.