ISSN 1989-1938
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Revista de pensament musical en V.O.

El cerebro y la música: buscando reglas universales


FERNANDO GIRÁLDEZ

“…donde hay música no puede haber cosa mala.” El Quijote II-34

Resumen:

¿Por qué la música está hecha de tonos, intervalos y escalas? ¿Por que son tan atractivas las voces de los tenores y las sopranos? ¿Son estas propiedades puramente culturales? ¿Hay reglas inviolables en la música? En los últimos años, las ciencias del cerebro, las neurociencias, han permitido identificar mecanismos cerebrales que nos han acercado a poder responder alguna de estas preguntas. La idea que emerge es que la música, como el lenguaje, es una capacidad seleccionada evolutivamente que cuenta con áreas y circuitos cerebrales especializados. Una facultad innata que se despliega de manera diferente en los diferentes individuos y en las diferentes culturas. El corolario es que la música se ha desarrollado sobre unos a prioris neurológicos que condicionan su propia estructura.

Abstract:

Why music is made of tones, intervals and scales? Why high voices are so appealing? Are those features consequences of cultural preferences? Are there universal rules in music that cannot be violated? During the last years, research in Neurosciences has unveiled brain mechanisms that shed some light on those questions. The emerging notion is that music, like language, is a human capacity selected by evolution, which counts with specialized brain areas and circuits. Music is likely an innate faculty that is developed differently by different individuals in different cultural contexts. The corollary is that that the development of music relies on neural a prioris that condition its own structure.


La música es una manifestación de la cultura por excelencia. Pero la música es también un enigma biológico. Se trata de una actividad muy antigua en la historia evolutiva de los seres humanos y su presencia se constata en todas las culturas. Más aún, se adquiere temprano en la vida, de manera espontánea, e incluso antes que el lenguaje. Aunque la práctica de la música requiere una educación muy específica, hay una “competencia musical universal“ que es compartida por todos los seres humanos. Somos animales musicales, una “especie musical“ (Peretz, 2008). Esto invita a pensar que la música, como el lenguaje, es una capacidad innata que se despliega de manera diversa según los contextos culturales (Threub, 2015).No existe en nuestro cerebro nada parecido a un “centro de la música”, pero cada vez parece más claro que nuestro cerebro sí que aloja neuronas y circuitos cerebrales que dan cuenta de la capacidad musical. Se trata de módulos operativos que en algún caso se comparten con el lenguaje o el pensamiento matemático, por ejemplo (Koesch, 2011).

La medicina, que es un testigo de los experimentos de la naturaleza, sugiere que, en efecto,debe existir una maquinaria cerebral dedicada a la música. Algunas alteraciones neurológicasponen de manifiesto que existen componentes cerebrales necesarios y específicos para el procesamiento musical (Peretz, 2008, véase Sacks, 2007 para un recuento ameno de las más diversas alteraciones neurológicas asociadas con la música). Por ejemplo, hay casos de autismoen los que los niños desarrollan habilidades musicales de forma espontánea a pesar de presentar déficits cognitivos y afectivos muy serios. Hay también casos de individuos musicalmente incapaces pero que tienen un lenguaje e inteligencia normales (tonedeaf, amusia hereditaria o adquirida). Estos pacientes no reconocen el tarareo de una melodía, pero sí la letra que la acompaña, o la prosodia en el habla. Un caso muy curioso es el de una cantante de ópera que perdió la capacidad de cantar intervalos, pero no la de hablar con una entonacióncorrecta. Y, al contrario, hay pacientes que pueden perder su capacidad de reconocer palabras sin dejar de ser capaces de reconocer la música.Hay también pacientes afásicos que pueden cantar melodías familiares o aprender nuevas canciones, pero no cantar con una letra inteligible o pronunciar una frase (1). Es decir, la capacidad musical se puede disociar en el cerebro de otras capacidades cognitivas, incluido el lenguaje.

A continuación, mostraré tres ejemplos de propiedades musicalesque son aparentemente culturales, pero que la evidencia apunta a que tienen una profunda raíz biológica.

El misterio de los tonos

La música está hecha de tonos sucesivos o superpuestos. El tono es una propiedad perceptual que permite la ordenación de los sonidos. Los comparamos e identificamos como “altos y bajos” o “agudos y graves”.
En términos físicos, los estímulos que dan lugar a percepciones tonales son estímulos periódicos. Las oscilaciones periódicas son las que generan la sensación de sonido, mientras que las oscilaciones aperiódicas producen lo que llamamos ruido. Los estímulos periódicos de diferentes frecuencias dan lugar a una sensación de armonía o melodía, según sucedan simultánea o sucesivamente. Los tonos, por tanto, están asociados a la frecuencia del sonido de manera similar a como las frecuencias de la luz vivible están asociadas a los colores. La percepción de un tono requiere una frecuencia estable a lo largo del tiempo. La percepción de diferentes tonos la hacemos de manera natural e inconsciente, pero si se piensa un poco en ello, la percepción de los tonos plantea preguntas un tanto desconcertantes. Por ejemplo, percibimos como similares las frecuencias que se duplican (una octava), en cambio no aquellas que difieren por otro factor, aunque sea muy pequeño. Por ejemplo, una frecuencia de 440 Hz la percibimos como un La, pero la de 880Hz ¡también! En cambio una frecuencia de 494Hz, mucho más próxima, la identificamos como un Si, y decimos que es una nota claramente diferente. Físicamente la diferencia de energía entre 440 y 880 Hz es mucho mayor que la que hay entre 440 y 494Hz, y sin embargo a nosotros nos parece similar la primera y diferente la segunda.

De lo anterior se sigue que los tonos no están en la naturaleza, que sólo nos provee de ondas de frecuencias diferentes. El tono está relacionado con la frecuencia, pero no es una propiedad física de las ondas sino un atributo del sonido, es decir, es una propiedad de la percepción. Los tonos están en nuestro cerebro que es capaz de comparar diferentes frecuencias y generaren nosotros la sensación de tonalidad de manera automática e inconsciente. En este sentido, el tono esuna creación cerebral y un ejemplo de un a priori estético. Es decir, se trata de una propiedad innata, previa a la experiencia, que condiciona el desarrollo de la percepción de la música y, de facto, de la música como tal. Esto planeta dos preguntas interesantes: por un lado, ¿por qué habrá desarrollado el cerebro esta capacidad? (¿cual es su valor evolutivo? Y la segunda, ¿qué tiene el cerebro que le permite crear los tonos a partir de comparaciones entre frecuencias?

Las ondas periódicas tienen importancia biológica porque en la naturaleza se producen casi exclusivamente por los tractos vocales de los animales. Los sonidos inertes, las hojas, el viento, el agua, son aperiódicos, son como los ruidos blancos. La capacidad de identificar y seguir uno o varios tonos es por tanto una capacidad que permite identificar los sonidos generados por animales, bien sean de la misma u otras especies. Es una propiedad que se añade a la mera detección del sonido y permite hacer una teledetección cualitativa, lo que le da un valor inmenso para la navegación de un ambiente acústico. Es razonable pensar que nuestro sentido de la tonalidad se origina en el valor biológico que tiene para identificar a otros animales y a nosotros mismos.

Sobre dónde reside la capacidad de identificar tonos, recientemente se han podido demostrar varios mecanismos neuronales capaces de realizar tal operación. En el área auditiva secundaria, se ha identificado una región, el “centro de los tonos”, pitch center, en la que hay neuronas que responden de una manera invariante a los sonidos que tienen el mismo tono, o a la descomposición armónica del mismo. Ello permite el procesamiento del tono con independencia de otras propiedades (2).En la corteza cerebral hay también otros tipos de neuronas que responden a una frecuencia característica, pero que son a su vez facilitadas o inhibidas por otras frecuencias, la facilitación o inhibición a distancia. Estos procesos entre neuronas cerebralespueden contribuir a mejorar la identificación de la frecuencia fundamental en un conjunto heterogéneo de frecuencias (Wang, 2013).

¿Por qué las escalas musicales?

Los seres humanos somos capaces de escuchar un gran número de tonos, unos 240 intervalos tonales en una octava y, en principio, hay millones de formas de agruparlos. Aún considerando sólo 7 intervalos, hay miles de escalas posibles. Sin embargo, sólo existen un número relativamente pequeño de escalas, generalmente compuestos por cinco o siete tonos. Los tonos musicales se organizan en elementos discretos o escalas en las más diversas culturas. ¿Por qué?¿Es una mera convención o hay una razón biológica para esta regularidad?

Dale Purves ha comparado las escalas musicales y la vocalización humana en varias culturas y ha hecho una observación muy interesante. Resulta que los intervalos de la escala cromática (los 12 intervalos tonales) se corresponden con los picos de potencia relativa en el espectro normalizado de vocalizaciones humanas (Schwartz et al., 2003; ver también Schwartz y Purves, 2004). En otras palabras, al hablar, no importa en que lengua, nuestro tracto vocal usa ciertas frecuencias más que otras, y resulta que esas frecuencias son precisamente las de las notas de la escala cromática. Es decir, las escalas están formadas por las notas dominantes de nuestro habla, las que son comunes a todos, porque aún siendo tan diferentes para nosotros las diferentes formas de hablar, nuestras laringes se parecen más de lo que imaginamos. La hipótesis es por tanto que la atracción de las escalas depende de que su estructura armónica deriva de las propiedades del lenguaje y del hecho de compartir un tracto vocal común.

Otra constante es el del uso de un número limitado de notas en una escala. Es interesante que las culturas musicales melódicas extienden el número de notas utilizadas en contra de las tradiciones armónicas, que limitan los intervalos tonales. La música es fugaz, se desvanece, y sólo tenemos de ella unos instantes en los que percibimos y hacemos conjeturas sobre los sonidos que acaban de ocurrir y los que ocurrirán. En efecto, la percepción de la música requiere de la llamadamemoria de trabajo o memoria operativa, así como de un almacenaje de regularidades sintácticas, de significados, de un “léxico” musical de timbres, contornos melódicos, frases y piezas musicales. La memoria de trabajo es aquella con la que operamos instante tras instante en nuestras vidas, con la que almacenamos temporalmente aquello que estamos usando en un momento determinado, pero que tenemos que ignorar al momento siguiente. La música es un enorme ejercicio de memoria temporal, una especie de deporte cerebral como el baloncesto o el golf pueden serlo para nuestro sistema muscular.

Ahora bien, la memoria de trabajo es capaz de almacenar un número limitado de datos de manera simultánea, se calcula que aproximadamente unos siete u ocho objetos (en nuestro caso tonos). Esta limitación opera entonces como un condicionante para la estructura musical, particularmente para la armonía que de esta manera está obligada a manejar un número limitado de notas que puedan ser reconocibles de manera simultánea por nuestra memoria operativa. Sandra Trehub acuñó el término “principio del intervalo desigual” para la consonancia que se obtiene con saltos de varios semitonos en la música occidental y proporciona al oyente la sensación de la ubicación, siendo además accesible a la memoria de trabajo. Un ejemplo de la eficacia de entender este principioes el éxito de las variaciones o las cadenzas, que fijan un número limitado de tonos para elaborar variantes armónicas o melódicas. Con ello se logra facilitar el reconocimiento de una cierta melodía o en su caso unos acordes, a la vez que se modifican constantemente. Las variaciones son así exploraciones cautelosas que consiguencrear un esquema manejable por nuestra memoria a corto plazo y atraer el interés de nuestro cerebro por descubrir la novedad (el cerebro se aburre con la repetición, ha evolucionado para reaccionar ante los cambios ambientales). En cierto modo, este principio está en la naturaleza del arte, variar sobre esquemas conocidos. Por tanto, la idea es que la generalización del uso de las escalas con un número limitado de notas puede estar relacionada máscon las propiedades innatas del procesamiento perceptual que con la familiaridad (la cultura).

El triunfo de los agudos

Los humanos mostramos un sesgo perceptual sistemático en el procesamiento de las voces altas en la música, lo que correlaciona con una respuesta cerebral más intensa a las desviaciones hacia tonos altos que a los bajos. Los bebés también muestran este efecto de superioridad de las voces agudas, lo que sugiere que esta propiedad no requiere de la maduración cerebraly el aprendizaje. Por último, la representación cortical de las frecuencias altas es, en general, mayor que las bajas y esto no depende del entrenamiento musical (Hall & Moore, 2003). ¿Qué significado biológico tiene un sonido agudo y ascendente? Cuando un objeto emisor se acerca, no sólo aumenta la intensidad del sonido que genera al perder menos energía por la proximidad, sino que aumenta su frecuencia. Esto es conocido por los físicos como “efecto Doppler” (3). Los sonidos crecientes son ecológicamente relevantes para un animal pues indican que el emisor se acerca y ello puede ser muy relevante si se trata de un riesgo o una oportunidad. Y, como suele ocurrir, el sistema nervioso amplifica lo relevante, lo exagera y sobreestima(el cerebro exagera siempre aquello que le interesa). En el sistema visual, por ejemplo, los objetos que se acercan se agrandan y brillan más que los del fondo o que permanecen estáticos. Esta respuesta se combina con la respuesta auditiva en neuronas multimodales (asociadas a varios sentidos), que señalan que ambas cosas están sucediendo: aumento del brillo y sonido creciente.El resultado es sinérgico y los objetos visuales que están combinados con tonos ascendentes se perciben más grandes y más brillante de lo que correspondería a sus propiedades físicas reales, como si aparecieran más cerca del observador (Sutherland et al. 2014). En este sentido, la respuesta específica a los sonidos ascendentes forma parte de una adaptación evolutiva por la que el cerebro anticipa la posición real de un objeto en movimiento y con ello se adelanta a lo que va a suceder, se trata de una reacción predictiva. Estos mecanismos neuronales explicarían,al menos en parte,nuestra debilidad por los crescendos los glissandi y por las voces de los tenores y las sopranos.

En resumen, los ejemplos anteriores muestran el anclaje neurológico de algunas propiedades básicas de la música. Se trata de algunos aspectos de la experiencia o la estructura musical que, de entrada, parecerían genuinamente culturales,probablementesean innatos y tengan un origen evolutivo. A fin de cuentas, la evolución no es más que nuestra historia biológica, es aquella historia que se ha quedado ya dentro de nosotros en forma de nuestra propia naturaleza.

Ahora bien, nada delo anterior contradice el hecho de que en gran medida nuestra experiencia musical depende del aprendizaje y de las expectativas generadas por el aprendizaje. En gran medida, la percepción musical, la sensibilidad musical y no digamos la ejecución, dependen de la educación, siendo la exposición temprana totalmente determinante para el desarrollo de las capacidades musicales, tanto la percepción como la ejecución. No sólo la experiencia nos confirma que esto es así, sino también numerosos estudios neurofisiológicos. Lo que he querido defender aquí no es ni mucho menos la genética contra la cultura, que como tal es un “falso problema”. Más bien he querido mostrar ejemplos que indican que, muy probablemente, hay reglas previas al aprendizaje que forman parte de la arquitectura cerebral. Reglas biológicas que condicionan propiedades fundamentales de la música que, en apariencia, parecerían ser culturales, reglas que condicionan la música misma.

En la estructura del cerebro está la condición de posibilidad de la música y sus límites. Quizá por ello no hay música sin reglas, y algunos intentos de deshacerse de ellas han sido fallidos, o al menos han roto el nexo intuitivo, “natural”, entre el oyente y el creador (4). Cada innovación, cada novedad musical debe pasar por el tamiz de la transmisión intergeneracional, debe pasar por el filtro del cerebro (Trehub, 2015). Puede entenderse esto como una defensa moderna de los “universales estéticos” en la que éstos ahorano responden a un origen divino ni habitan en una dimensión inmaterial, sino que resultan de la operación de circuitos neuronales específicos seleccionados a través de millones de años. Quizá por eso la música nos parece divina, por ser el reflejo abstracto de nuestro propio cerebro.

Agradecimientos

Este artículo se enmarca dentro de las actividades de difusión de la investigación del proyecto MINECO BFU2015-67499. Gracias a JM Bautista (UCM) e Isabel Varela-Nieto (CSIC) por sus valiosos comentarios sobre el borrador original.

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Notas al pie:

(1) Como cuenta Oliver Sacks (2007), Maurice Ravel padeció una afasia semántica que le impidió representar sus ideas musicales, aunque sus habilidades auditivas estaban intactas así como el recuerdo de sus propias composiciones. Sacks especula sobre la posible relación entre estas alteraciones y la estructura repetitiva y monótona del famoso Bolero (1928).
(2) Es más, estas neuronas son capaces de responder a la llamada “fundamental perdida” (themissing fundamental) (Wang, 2013). Este fenómeno consiste en que los humanos somos capaces de seguir identificando un tono aún en ausencia de la frecuencia fundamental del mismo, siempre que estén presentes algunas de las frecuencias de su descomposición armónica. Véase una descripción y una demostración en Dale Purves, PURVESLAB/See for yourself/Missing fundamental: <http://purveslab.net/see-for-yourself/>
(3) El efecto Doppler es el cambio de la frecuencia de una onda dependiendo de que se acerque o se aleje respecto del emisor. El caso más familiar es el de las sirenas de las ambulancias o de la policía, o los aviones que cuando se acercan el tono que emiten es cada vez más agudo, hasta que llegan a nuestra localización, a partir de la cual, al alejarse, cada vez es más grave. En general, el fenómeno se produce cuando la velocidad del desplazamiento del objeto emisor es comparable a la de la propagación de las ondas.
(4) Pierre Boulez, músico contemporáneo, creador y defensor de la música atonal, el serialismo y otras corrientes renovadoras del siglo XX, decía en una entrevista en 1999: “Quizá no tuvimos suficientemente en cuenta la manera en la que la música es percibida por el oyente“ (citado por Laurel Trainor en “The neural roots of music”, Nature 453:29, 2008). Lo cual es una reflexión interesante sobre la capacidad cerebral de creación de objetos/formas que luego es incapaz de resolver. Recuerda la famosa reflexión de Kant en le prólogo de la Crítica de la Razón Pura: “La razón humana tiene, en una especie de sus conocimientos, el destino particular de verse acosada por cuestiones que no puede apartar, pues le son propuestas por la naturaleza de la razón misma, pero a las que tampoco puede contestar, porque superan las facultades de la razón humana”.

Bibliografía

– Bowling, D.L. and Purves, D. (2015) A biological rationale for musical consonance. ProcNatlAcadSci U S A.112 (36): 11155-11160
– Hall, D.A. and Moore, D.R. (2003) Auditory neuroscience: the salience of looming sounds. Current Biology, 13: R91-R93
– Koelsch, S. (2011) Toward a neural basis of music perception – a review and updated model. Frontiers in Psychology, 2:110
– Levitin, D.J. (2007) This is your brain on music: The science of a human obsession.
– Peretz, I. (2006) The nature of music from a biological perspective. Cognition, 100: 1-32
– Sacks, Oliver (2007) Musicophilia: Tales of Music and the Brain. Alfred A. Knopf, New York, 2007. Musicofilia, Anagrama, 2009 trad. de la edición 2007
– Sutherland, C.A.M., Thut, G. and Romei, V. (2014) Hearing brighter: Changing in-depth visual perception through looming sounds. Cognition, 132: 312-323
– Trehub, S.E. (2015) Cross-cultural convergence of musical features. Proc Natl Acad Sci U S A.112(29): 8809–8810.
– Wang, X.(2013) The harmonic organization of the auditory cortex. Frontiers in Systems Neuroscience vol. 7:114