私たちの脳は音楽と会話をどのように区別するのか

私たちの耳は、1日に何度も、気づかないうちに音楽と会話の両方を拾っています。その結果、私たちの脳は、夏の歌と友人が語っている物語を区別するのに役立ちます。現在、科学者チームがこのプロセスがどのように機能するかを解明しました。これは、失語症患者が話す能力を取り戻すための新しい治療オプションにつながる可能性があります。この研究結果は、5月28日にPLOS Biology誌に掲載された研究で詳しく説明されています。

「音楽と音声は、音程から音色、音の質感に至るまで多くの点で異なるが、私たちの研究結果は、聴覚系が音楽と音声を区別するために驚くほど単純な音響パラメータを使用していることを示している」と、研究の共著者でニューヨーク大学の認知心理学者アンドリュー・チャン氏は声明で述べた。

ノイズの測定

科学者が正確に把握しているのは、ヘルツ (Hz) と呼ばれる測定単位を使用してオーディオ信号の速度を測定する方法です。Hz の数値が大きいほど、1 秒あたりの発生回数、つまりサイクル数が多くなります。通常、人は 1 秒あたり 1.5 ～ 2 歩、つまり 1.5 ～ 2 Hz のペースで歩きます。スティービー ワンダーの曲「Superstition」は約 1.6 Hz です。比較すると、会話は 4 ～ 5 Hz で、約 2 ～ 3 倍の速さです。

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曲の音量は時間の経過とともに変化します (振幅変調)。これは 1 ～ 2 Hz でほぼ一定です。人間の話し声の振幅変調は 4 ～ 5 Hz で、つまり音量が頻繁に変化します。

音楽や会話はいつでもどこにでも存在しているにもかかわらず、科学者たちは、人間の聴覚システムがどのようにして音を会話か音楽か簡単に自動的に識別できるのかをまだ明確に理解していません。

不協和音の中で声を聞く

この研究で、研究チームは 4 つの実験を連続して行いました。300 人以上の参加者が、合成音楽と会話のようなノイズのオーディオ セグメントを連続して聴きました。クリップにはさまざまな振幅、変調速度、規則性がありました。ただし、オーディオ クリップでは、耳と脳は音量と速度のみを感知し、参加者には、その音がノイズでマスクされた音楽または会話であると伝えられました。

研究チームは、被験者にこれらの曖昧なノイズクリップが音楽に似ているか、それとも会話に似ているかを判断するよう依頼しました。そして、何百ものノイズクリップから会話か音楽かを判断する被験者のパターンを観察し、分析しました。研究チームによると、これは「雲の中に顔を見る」ことの聴覚版のようなものだそうです。音波に、聞き手が音楽や会話として知覚するものと一致する特定の特徴があれば、ホワイトノイズのクリップでさえ音楽や会話のように聞こえるのです。

研究チームは、人間の聴覚システムが、単純で基本的な音響パラメータを使用して、音声と音楽の違いを判別していることを発見しました。被験者にとって、2 Hz 未満の低速で振幅変調がより規則的なクリップは音楽のように聞こえました。約 4 Hz の高速で振幅変調がより不規則なクリップは、より人が話しているように聞こえました。

「全体的に、単なるノイズのゆっくりした安定したサウンドクリップは音楽のように聞こえ、速くて不規則なクリップは会話のように聞こえる」とチャン氏は語った。

将来の応用

人間の脳が会話と音楽の違いを区別する方法を理解することは、100 万人以上のアメリカ人が罹患している言語障害である失語症の患者にとって有益となる可能性があります。失語症は、通常、脳卒中または外傷性脳損傷の後に起こりますが、片頭痛などのより一時的な問題の際にも起こることがあります。

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研究チームによると、有望なアプローチの 1 つはメロディック イントネーション療法です。この方法では、失語症の患者が言いたいことを歌えるように訓練します。これは、損傷した発話メカニズムを回避するために、健全な「音楽メカニズム」を使用することで行われます。発話と音楽の類似点と相違点を理解することで、より効果的なリハビリテーション プログラムの設計に役立つ可能性があります。