С одной стороны, можно представить себе, что мозг использует некий универсальный нейронный секундомер, работающий в интервале от нескольких миллисекунд до нескольких секунд. Но, с другой стороны, мы уже говорили о том, что мозг должен иметь несколько разных нейронов или сетей нейронов для восприятия разных временны́х интервалов — коллекцию песочных часов разного объема. Чтобы понять, какая гипотеза правильная, нужно попытаться установить, можно ли с помощью тренировки улучшить восприятие временны́х интервалов, и если да, то как.
Изучением способности различать интервалы времени начали заниматься еще в конце XIX в., однако окончательный ответ на вопрос о роли практики был получен только в 1990-х гг. Одно из первых систематических исследований на эту тему было проведено в Калифорнийском университете в Сан-Франциско Беверли Райтом, мной и нашими коллегами Генри Манком и Майклом Мерзеничем. Мы проводили стандартный эксперимент по дискриминации112 временны́х интервалов, в котором просили участников сравнить пару интервалов и ответить, который из них — первый или второй — был длиннее. В этом задании каждый интервал прерывался двумя короткими звуками (по 15 мс каждый). Например, в первом случае это могли быть два звука, разделенные стандартным интервалом длительностью 100 мс, а во втором случае два звука разделялись так называемым интервалом сравнения длительностью 120 мс (рис. 5.1). Различие в длительности стандартного интервала и интервала сравнения (в данном случае 20 мс) обозначается символом ∆t (дельта-t). Если участник эксперимента все время правильно идентифицировал длинные и короткие интервалы длительностью 100 и 120 мс, следовательно, его внутренний таймер имеет разрешение менее 20 мс.
Изменяя значение ∆t, можно оценить точность таймеров мозга. Сначала мы оценили пороговые значения для восприятия стандартных интервалов 50, 100, 200 и 500 мс для всех участников. Нужно отметить, что пороговые значения были разными для всех стандартных интервалов, и это общее правило для дискриминации стимулов разной величины. Возможно, вы сумеете определить разницу в весе между двумя предметами массой 100 и 120 грамм, но не между предметами массой 1000 и 1020 грамм. Иными словами, для восприятия важно не абсолютное, а относительное различие между двумя стимулами. Пороговые значения для дискриминации интервалов времени колебались в пределах от 15 до 25 %. Например, для стандартного интервала 100 мс среднее значение порога дискриминации составляло 24 мс: в среднем люди могут воспроизводимо различить интервалы длительностью 100 и 124 мс. Получив этот первичный опыт в первый день исследований, участники эксперимента прошли десятидневную тренировку, во время которой по часу в день они тренировались различать интервалы времени в этом диапазоне величин. После тренировки показатели улучшились: среднее пороговое значение для стандартного интервала длительностью 100 мс сократилось с 24 до 10 мс. Это означает, что практика каким-то образом улучшает качество таймера, находящегося у нас в голове. Но человек — сложное существо. Возможно, практика не улучшила восприятие времени как таковое, а просто научила людей лучше концентрироваться на выполнении задания. Однако ответ на второй (более интересный) вопрос указал на несостоятельность такой интерпретации.
Рис. 5.1. Задача по дискриминации длительности интервалов времени
Учитывая, что люди смогли улучшить свои результаты в оценке интервалов времени около 100 мс, мы попробовали установить, получится ли это и с другими интервалами. Обратите внимание: если мы считаем, что мозг имеет некий нейронный секундомер, занимающийся отсчетом времени во всем интервале от 50 до 500 мс, и что этот секундомер поддается корректировке практикой, можно было ожидать улучшения показателей в оценке всех интервалов времени, даже если участники тренировались только в интервале длительностью 100 мс. Напротив, если мозг использует специализированные секундомеры для каждого интервала времени, тренировка в интервале 100 мс никаким образом не влияет на точность оценки других временны́х интервалов. Именно такая ситуация и наблюдалась на практике. Хотя десять дней тренировок значительно улучшили способность людей различать временны́е интервалы в диапазоне около 100 мс, они никак не изменили пороговые значения для интервалов 50, 200 или 500 мс113. Если бы улучшение показателей для интервала 100 мс достигалось за счет концентрации внимания, мы бы наблюдали улучшение результатов и в других экспериментах, но этого не произошло. Еще более важно, что этот результат, который с тех пор неоднократно воспроизводился в других исследованиях114, говорит о том, что хотя мозг определяет время в пределах долей секунды, судя по всему, не существует никакого универсального секундомера, который мог бы работать во всем этом интервале.
НАШЕ ЕСТЕСТВЕННОЕ ЖЕЛАНИЕ ПРИХЛОПЫВАТЬ РУКОЙ ИЛИ КАЧАТЬ ГОЛОВОЙ В ТАКТ МУЗЫКИ ЛИШНИЙ РАЗ ГОВОРИТ О ТОМ, ЧТО МОЗГ ЧЕЛОВЕКА УМЕЕТ ПРЕДСКАЗЫВАТЬ. ВЫ ПРИТОПТЫВАЕТЕ НОГОЙ НЕ В ОТВЕТ НА КАЖДЫЙ УДАР КЛАВИШ ИЛИ УДАРНЫХ: ВАШ МОЗГ ЗАГЛЯДЫВАЕТ НА НЕСКОЛЬКО СОТЕН МИЛЛИСЕКУНД ВПЕРЕД, ПРЕДСКАЗЫВАЕТ СЛЕДУЮЩИЙ ТАКТ И СИНХРОНИЗИРУЕТ С НИМ ВАШИ ДЕЙСТВИЯ.
Поскольку точность оценки времени улучшается с практикой, кажется логичным, что люди, профессия которых требует постоянного отслеживания времени (например музыканты), в подобных экспериментах должны показывать более высокие результаты. Одно из первых исследований такого рода было проведено Ричардом Иври и его коллегами, тогда работавшими в Университете Орегона. Исследователи просили пианистов и людей, не имевших отношения к музыке, нажимать на клавишу одновременно со звуковым сигналом, раздававшимся через каждые 400 мс, а затем продолжать делать то же самое в том же ритме, но уже без сигнала. Ритм нажатий на клавишу у музыкантов был гораздо менее вариабельным (более постоянным), чем у не-музыкантов. Аналогичным образом, пианисты показали значительно более точные результаты при оценке временных интервалов порядка 400 мс115. Еще в одном исследовании подтвердилось, что пороги дискриминации для стандартных интервалов 50 и 100 мс у музыкантов были значительно ниже, чем у других людей. Но даже среди музыкантов показатели разнились. Например, оказалось, что барабанщики точнее оценивают интервалы времени порядка 1 с, чем исполнители на струнных инструментах116. В целом при выполнении самых разных упражнений по оценке интервалов времени музыканты показывают результаты примерно на 20 % точнее, чем не-музыканты.
В той или иной форме музыка присутствует в любой человеческой культуре. Ключевой элемент музыки — такт, необходимый для поддержания ритма. Наше естественное желание прихлопывать рукой или качать головой в такт музыки лишний раз говорит о том, что мозг человека умеет предсказывать. Вы притоптываете ногой не в ответ на каждый удар клавиш или ударных: ваш мозг заглядывает на несколько сотен миллисекунд вперед, предсказывает следующий такт и синхронизирует с ним ваши действия. Синхронизация наших движений с музыкальным ритмом настолько естественна, что нам проще поддерживать ритм музыки, чем его нарушить. Однако большинство животных не обладают чувством ритма.
Дело не в том, что животные не разделяют нашей любви к музыке, скорее, им не хватает чувствительных и двигательных способностей, необходимых для синхронизации движений с периодическим стимулом. Любители YouTube тут же мне возразят, что интернет переполнен видео с домашними любимцами, радостно подпрыгивающими в такт какой-нибудь поп-музыке. Однако многие из этих животных демонстрируют так называемый «эффект умного Ганса»: они научились распознавать сигналы своих хозяев, как знаменитая лошадь Ганс, решавшая арифметические задачи, реагируя на непроизвольные подсказки своего хозяина. Но некоторые видео, особенно с участием птиц, могут быть вполне реальными.
Ученые вовсе не отказываются протестировать в экспериментах героев видео. Психолог Анируд Патель и его коллеги поработали со звездой YouTube белым попугаем Снежком117. В одном из видео Снежок выполняет движения телом и головой, которые нельзя назвать иначе, как танцем, под песню «Everybody» группы Backstreet Boys. Чтобы понять, действительно ли Снежок следует ритму или воспроизводит серию заученных движений, исследователи замедляли и ускоряли темп музыки и следили за движениями птицы. Если при каждом такте голова находится примерно в одном и том же положении, можно сказать, что движения синхронизированы с музыкой. Совершенно определенно, при разном темпе музыки движения Снежка были синхронизированы с музыкой, и это означает, что он предвидел следующий такт, хотя, кажется, отдавал предпочтение более быстрому ритму118.
Но птицы — это исключение. Обезьяны способны научиться воспроизводить размеренные движения, но даже простая задача по синхронизации движений и звука им не под силу. В одном исследовании было показано, что даже после года тренировки макаки резус не могли нажимать на кнопку одновременно с периодически повторяющимся звуком, а делали это с небольшой задержкой119.
Почему такая примитивная, казалось бы, задача по поддержанию ритма столь сложна для наших братьев приматов, но не для птиц? Возможный ответ на этот вопрос дает гипотеза голосового обучения. Большинство млекопитающих, включая обезьян, собак и кошек, общаются между собой с помощью звуков — крика, рычания, лая или мяуканья, однако эта врожденная способность реализуется с привлечением весьма ограниченного набора «слов». Например, собаке не нужно знать, что рычание не означает «здравствуйте, пожалуйста, подойдите поближе». Лишь немногие животные обучаются производить специфические звуки в результате жизненного опыта и социальной активности. Кроме человека и некоторых видов птиц, выражаться голосом могут только киты и слоны. Самый известный пример — попугаи, которые способны научиться воспроизводить звуки, издаваемые другими птицами, или имитировать несколько слов из лексикона пиратов.