Математическая модель помогла объяснить, как ухо чувствует гармонию.

Биофизики полагают, что приятные созвучия заставляют нейроны работать с определённой закономерностью, тогда как диссонанс вызывает хаос.

Возьмите «до», а затем — «ми». Яркий и приятный звук большой терции наполнит воздух. Ощущение музыкальной гармонии зависит от соотношения частоты звуковых волн. Консонирующие аккорды состоят из нот, частоты которых образуют простые отношения: 2 к 1 (октава), 3 к 2 (чистая квинта) или 5 к 4 (большая терция). Диссонирующие аккорды представляют собой отношения больших чисел: 16 к 15 или 45 к 32. До сих пор точно неизвестно, каким образом ухо и мозг различают эту математику.

Звуковая волна заставляет барабанную перепонку вибрировать, что в итоге приводит к вибрации базилярной мембраны внутреннего уха. На каком именно участке мембраны это произойдёт — зависит от частоты звука: чем выше частота, тем дальше. Вибрация активирует нейроны, которые затем передают информацию о частоте в мозг.

Бернардо Спаньоло из Палермского университета (Италия) и сотрудники ННГУ им. Н. И. Лобачевского (РФ) придумали простую трёхнейронную модель для объяснения этого процесса. Два нейрона-датчика, расположенные на разных точках базилярной мембраны и отвечающие за различные частоты, посылают сигналы третьему — интернейрону, который объединяет два сигнала в один. В модели все три действуют так же, как настоящие: стимул повышает напряжение в нейроне, пока он не «стреляет», после чего возвращается в исходное положение и берёт передышку, прежде чем сможет «воспламениться» снова.

Анализ модели дал изящный результат: когда нейронам-датчикам скармливали консонирующие аккорды, интернейрон выдавал выходной сигнал, состоявший из регулярных, стройных вершин. Диссонирующие аккорды делали выходной сигнал размытым. Количественный анализ этих сигналов показал, что диссонирующие аккорды увеличивали энтропию на выходе интернейронов.

Если они правы, то модель можно использовать для изучения музыки, которая не основана на гаммах и нотах, разработанных европейскими и восточноазиатскими культурами, — например, доколумбовой музыки некоторых американских племён, говорит Данте Кьялво, невролог Северо-Западного университета (США). По его словам, эта музыка передавалась из поколения в поколения как то, что звучит «правильно».