direita|miniaturadaimagem|240px|Apolo e as Musas, Baldassarre Peruzzi (1514 - 1523). Neurociência da música é o estudo científico dos mecanismos cérebro-baseados envolvidos nos processos cognitivos relativos à música. Esses comportamentos incluem escuta musical, percepção, performance, composição, leitura, escrita, e atividades auxiliares. É também o estudo que se preocupa cada vez mais com os mecanismos cerebrais que regem estética e emoção na música. Cientistas que trabalham nessa área podem ser especializados em neurociência cognitiva, neurologia, neuroanatomia, psicologia, teoria musical, ciência da computação, e outras áreas relevantes.
Diferentemente da musicologia cognitiva, a neurociência cognitiva da música representa um ramo significativo da psicologia musical, e depende da observação direta do cérebro e do uso de técnicas como imagem por ressonância magnética funcional (fMRI, do inglês functional magnetic ressonance imaging) e tomografia por emissão de pósitrons (PET, do inglês positron emission tomography).
Elementos da música
Altura Os sons, ou ondas sonoras, são o resultado da vibração de moléculas em diferentes frequências. Essas ondas deslocam-se pela membrana basilar na cóclea do ouvido interno. Diferentes frequências sonoras causam vibrações em diferentes locais da membrana basilar. Somos capazes de escutar diferentes alturas porque cada frequência sonora é correlacionada a diferentes locais ao longo da membrana basilar. Esse arranjo espacial dos sons, e suas respectivas frequências, processados na membrana basilar é conhecido como tonotopia. Quando as células ciliadas da membrana basilar se movem em consequência da vibração das ondas sonoras, elas liberam neurotransmissores e produzem potencial de ação, o que ocorre até os nervos auditivos. Os nervos auditivos, então, se orientam às várias camadas de sinapses em numerosos clusters de neurônios, ou núcleo, no sistema auditivo. Esses núcleos são tonotopicamente organizados, e o processo de acionamento dessa tonotopia depois da cóclea ainda não é bem compreendido. Essa tonotopia é, em geral, preservada até o córtex auditivo primário em mamíferos.
Um mecanismo amplamente postulado para processamento de altura no início do sistema auditivo central é o bloqueio de fase (phase-locking) e o bloqueio de modo (mode-locking) dos potenciais de ação para frequências em um estímulo. Bloqueio de fase para frequências de estímulo têm sido encontradas no nervo auditivo, nos núcleos cocleares, no colículo inferior, e no tálamo auditivo. Dessa maneira, por bloqueio de fase e de modo, o tronco cerebral auditivo é conhecido por preservar dos sons originais uma grande parte das informações das frequências graves e das temporais; isso é evidente ao medir a resposta do tronco auditivo usando EEG. Essa preservação temporal é uma maneira de argumentar a favor da Teoria Temporal da percepção de alturas, e de argumentar indiretamente contra a Teoria do Lugar da percepção da altura. direita|miniaturadaimagem|250x250px|O córtex auditivo primário é uma das principais áreas associadas à resolução superior da altura. O córtex auditivo secundário direito tem melhor resolução de altura do que o esquerdo. Hyde, Peretz e Zatorre (2008) usaram imagem por ressonância magnética funcional (fMRI) em seus estudos para testar o envolvimento das regiões corticais auditivas no processamento de frequências em sequências melódicas. Além de encontrarem uma resolução superior de altura no córtex auditivo secundário direito, áreas específicas que também demonstraram envolvimento foram o planum temporale (PT) no córtex auditivo secundário, e o córtex auditivo primário na seção média do giro de Heschl (HG, do inglês Hesdchl's gyrus).
Muitos estudos com neuroimagens encontraram evidências da importância das regiões auditivas secundárias direita em aspectos do processamento musical da altura, como a melodia. Muitos desses estudos tais como os de Patterson, Uppenkamp, Johnsrude e Griffiths (2002) também encontraram evidências de hierarquia no processamento de altura. Patterson et al. (2002) usaram sons combinados de forma espectral que geravam altura indefinida, altura fixa ou melodia em um estudo de imagem por ressonância magnética funcional e descobriram que todas as condições ativavam o HG e o PT. Sons com alturas ativavam mais dessas regiões do que sons sem altura. Quando uma melodia era gerada a ativação se espalhava pelo giro temporal superior (GTS) e pelo planum polare (PP). Esses resultados sustentam a existência de uma hierarquia no processamento de altura.
Ouvido absoluto direita|miniaturadaimagem|150x150px|Músicos que possuem ouvido absoluto podem identificar a altura de notas musicais sem auxílio de referências externas. Ouvido absoluto é definido pela habilidade de identificar a altura de notas musicais e nomeá-las sem o uso de nenhuma referência externa. PDF Document Pesquisas neurocientíficas não descobriram um padrão próprio de ativação comum às pessoas em posse de ouvido absoluto. Zatorre, Perry, Beckett, Westbury e Evans (1998) examinaram as bases neurais dessa habilidade usando técnicas de imagens cerebrais funcionais e estruturais. Tomografias por emissão de pósitrons foram utilizadas para medir o fluxo sanguíneo cerebral em músicos com ouvido absoluto bem como músicos sem ouvido absoluto. Quando submetidos a notas musicais, ambos os grupos demonstraram padrões similares no aumento do fluxo cerebral sanguíneo em áreas corticais auditivas. Indivíduos com e sem ouvido absoluto demonstraram padrões similares de atividade frontal dorsolateral quando realizaram julgamento da altura da nota. Entretanto, indivíduos sem ouvido absoluto demonstraram ativação no córtex frontal inferior direito, enquanto pessoas com ouvido absoluto não demonstraram tal atividade. Essas evidências sugerem que músicos com ouvido absoluto não precisam de acesso a recursos de memória de trabalho para tais tarefas. Isso indica que não há um padrão específico de ativação comum a pessoas com ouvido absoluto. Em vez disso, a disponibilidade de mecanismos de processamento específicos e demanda de tarefas determinam as áreas neurais recrutadas.
Melodia Estudos sugerem que indivíduos são capazes de detectar automaticamente diferenças ou anomalias em melodias ou notas desafinadas as quais não se adequam às suas experiências musicais pregressas. Tal processamento automático ocorre no córtex auditivo secundário. Brattico, Tervaniemi, Naatanen, e Peretz (2006) realizaram tal estudo para determinar se a detecção das notas ditas ‘desafinadas’ poderiam ocorrer, de fato, automaticamente. Eles registraram potenciais relacionados a eventos (PRE) (ERPs, do inglês event-related potentials ) em não-músicos enquanto estes eram apresentados a melodias desconhecidas com notas e acordes fora da tonalidade (desafinados) enquanto os participantes estavam distraídos dos sons ou atentos à melodia. Ambas as condições mostraram negatividade relacionada a erro frontal evidente independente de onde a atenção estava direcionada. Esse evento de negatividade relacionada a erro originou-se no córtex auditivo, mais precisamente córtex auditivo secundário com maior atividade do hemisfério direito. A resposta negativa da respectiva área foi maior para notas desafinadas do que para notas fora da tonalidade. Taxas de incongruências musicais foram maiores para melodias desafinadas do que para melodias fora da tonalidade. Em situação de atenção foçada, notas desafinadas e notas fora da tonalidade produziram positividade parietal tardia. Os resultados de Brattico et al. (2006) sugerem que há um rápido e automático processamento de propriedades melódicas no córtex auditivo secundário. As evidências de que incongruências nas frequências eram detectadas automaticamente, mesmo no processamento de melodias desconhecidas, sugerem que há uma comparação automática de novas informações com conhecimentos de longo prazo de propriedades de escalas musicais, como regras influenciadas culturalmente (progressão de acordes, padrões de escalas, etc.) e expectativas individuais de como uma melodia deve proceder.
Rítmo O cinturão e o para-cinturão auditivos do hemisfério direito estão envolvidos no processamento de ritmo. Ritmo é um padrão de som ou movimento repetitivo ou insistente. Quando indivíduos se preparam para reproduzir um ritmo de intervalos regulares (1:2 or 1:3) o córtex frontal esquerdo, o córtex parietal esquerdo e o cerebelo direito são todos ativados. Em ritmos mais complexos como 1:2.5, mais áreas do córtex cerebral e do cerebelo são envolvidas. Pesquisas com EEG têm mostrado também uma relação entre atividade elétrica cerebral e percepção de ritmo. Snyder e Large (2005) realizaram um estudo examinando a percepção rítmica em indivíduos humanos, descobrindo que a atividade de ondas gamma (20 – 60 Hz) correspondem às batidas em um ritmo. Dois tipos de atividade gamma foram achadas por Snyder & Large: atividade de gamma induzida, e atividade de gamma evocada. Atividade de gamma evocada foi encontrada depois de começadas as notas rítmicas; verificou-se que essa atividade é bloqueada por fase (picos e vales eram diretamente relacionados ao exato começo da nota) e não acontecem quando há uma lacuna na emissão de uma nota rítmica. Atividade de gamma induzida, a qual não demonstrou bloqueio por fase, também correspondia a cada batida. No entanto, atividade de gamma induzida não abrandou quando uma lacuna foi inserida no ritmo, indicando que atividade de gamma induzida pode possivelmente servir com uma espécie de metrônomo interno independente dos sinais recebidos no sistema auditivo.
Tonalidade Tonalidade descreve a relação entre elementos melódicos e harmônicos — notas, intervalos, acordes e escalas. Essas relações são frequentemente descritas como hierárquicas, de forma que um dos elementos domina ou atrai o outro. Elas ocorrem no elemento em si e entre os diversos tipos, criando uma rica e dinâmica percepção entre tons e seus contextos melódicos, harmônicos e cromáticos. Por consenso, tonalidade se refere somente às escalas maior e menor — exemplos de escalas cujos elementos são capazes de manter um conjunto consistente de relações funcionais. A relação funcional mais importante é da nota tônica (primeira nota de uma escala) e do acorde tônico (primeira nota da escala combinada com a terceira e a quinta nota) com o resto da escala. A tônica é o elemento que tenta afirmar sua dominância e atração sobre todas as outras e funciona como ponto máximo de atração, repouso e resolução para a escala.
O córtex auditivo direito está fundamentalmente envolvido na percepção de altura, melodia e ritmo . Estudos de Petr Janata verificaram que existem áreas sensíveis à tonalidade no córtex pré-frontal medial, no cerebelo e no sulco temporal superior de ambos os hemisférios, e no giro temporal superior (o qual tem uma inclinação para o hemisfério direito).
Produção musical e performance
Funções de controle motor Performance musical geralmente envolve pelo menos três funções elementares de controle motor: temporais, sequenciais e espaciais (organização dos movimentos motores). Precisão temporal dos movimentos está relacionada ao ritmo musical. Ritmo, o padrão de intervalos temporais dentro de uma métrica musical ou frase, por sua vez, cria a percepção de batidas fortes ou fracas. Organizações espaciais e sequenciais relacionam-se à expressão de notas individuais em um instrumento musical.
Essas funções e seus mecanismos neurais têm sido investigadas separadamente em muitos estudos, mas muito pouco é conhecido sobre suas interações combinadas na produção de uma performance musical complexa. O estudo da música requer exame em conjunto desses fatores.
Timing (senso rítmico/capacidade de manter o ritmo)