По сигналам мозга восстановили контур мелодии, которую человек напевал про себя

Детскую песенку узнают, на чём бы её ни сыграли — на флейте или на тубе. Частоты звуков при этом совсем разные, но расстояния между соседними нотами те же. Мозг запоминает мелодию именно так — как цепочку подъёмов и спусков, а не как набор точных частот. Поэтому знакомый мотив можно напеть в любой тональности. Исследователи из Сеульского национального университета использовали это, чтобы восстановить по сигналам мозга мелодию, которую человек проигрывал про себя, не издавая ни звука.

Авторы работы — Джи Квон, Чун Ки Чон и коллеги. Её опубликовал журнал eNeuro в августе 2026 года, а 7 октября разобрал PsyPost.

Почему это трудно

Когда человек представляет музыку, работают во многом те же сети мозга, что и при слушании. Но вытащить из этой активности саму мелодию непросто. Прежние попытки в основном фиксировали, что человек вообще думает о музыке, или улавливали ритм. Чтобы узнать конкретные ноты, нужно ловить быстрые и тонкие изменения активности. А абсолютную высоту звука, то есть точную частоту ноты, расшифровать обычно не получается: большинство людей воспринимает мелодии относительно. Поэтому авторы решили угадывать не частоту, а ступень лада — до, ре, ми — независимо от тональности.

Как проверяли

В исследовании участвовали десять пациентов с эпилепсией, которая не поддаётся лекарствам: три мужчины и семь женщин, средний возраст 27 лет. Для клинического обследования им хирургически разместили электроды прямо на поверхности мозга. Такая запись, электрокортикография, гораздо подробнее обычной ЭЭГ с кожи головы и улавливает высокочастотные сигналы, которые наружные датчики часто пропускают.

Пациентам включали отрывки знакомых детских песен, например «Янки Дудл», в трёх разных тональностях. Первые два такта они слушали, следующие два представляли молча, а потом напевали вслух — так исследователи проверяли, что человек действительно следил за мелодией. Анализировали высокочастотную гамма-активность, колебания с частотой 60–150 раз в секунду, которые надёжно отражают работу сенсорных зон. Отбирали сигналы участков, которые откликались на воображаемую музыку, прежде всего верхней височной извилины — области на боковой поверхности мозга, которая обрабатывает звуки.

Период воображения разбили на отрезки по полсекунды, каждому соответствовала одна нота. Для каждого пациента отдельно обучили модель машинного обучения относить отрезок к одной из шести ступеней: до, ре, ми, фа, соль или ля.

Что получилось

На новых записях, которых модели раньше не видели, отдельную ноту угадывали в среднем примерно в 26% случаев. Это немного, но случайный выбор из шести вариантов даёт около 16%, так что модели действительно извлекали музыкальную информацию. Попытка тем же способом расшифровать абсолютную высоту звука провалилась: результат не отличался от случайного. По мнению авторов, это подтверждает, что воображаемая мелодия хранится в мозге как набор отношений между нотами.

Главный результат получился, когда угаданные ноты выстроили по порядку. Из них сложился контур мелодии — где она поднимается и где опускается, — и он в целом совпал с оригиналом. Даже если отдельная нота определялась неточно, общая форма песни сохранялась. Отсюда методический вывод авторов: внутренний звук стоит расшифровывать целыми последовательностями, а не по одной ноте.

Больше всего полезной информации дала верхняя височная извилина с обеих сторон мозга. Но помогали и сигналы левой предцентральной извилины, которая обычно связана с планированием движений. Авторы допускают, что, представляя мелодию, человек мысленно репетирует движения, нужные, чтобы её спеть.

Границы выводов

Авторы называют работу проверкой принципа. Пациентов всего десять, точность по отдельным нотам низкая, и восстановить мелодию нота в ноту нынешними методами нельзя — воспроизводится только общая форма. Использовали лишь хорошо знакомые детские песни: они прочно сидят в памяти и дают устойчивый образ. Получится ли так же расшифровать новую мелодию или придуманную на ходу, неизвестно. Метод требует электродов, вживлённых в ходе операции, поэтому остаётся в клинике и не превратится в носимое устройство.

Следующие шаги исследователи видят в двух направлениях: проверить, можно ли уловить те же сигналы без операции, неинвазивными методами, и научить модели различать больше нот, в диапазоне нескольких октав.