Neurofizjologia sztuki

“Nie to ładne, co ładne, ale co się komu podoba” - głosi stare przysłowie. Pojęcie piękna wydaje się niezbyt naukowe. Nauka bowiem kojarzy się raczej ze sztywnymi normami, tabelami, faktami i prozaicznymi wyjaśnieniami, które odzierają rzeczywistość z całej tajemniczości i magii. Piękno zaś jest domeną uduchowionych artystów, czymś ulotnym, fantastycznym, czego nie da się zamknąć w sztywne ramy procesów chemicznych czy oddziaływań elektrycznych. Obcowanie z pięknem, którego nośnikiem jest sztuka, powinno być pokarmem nawet nie dla racjonalnego umysłu, ale dla duszy - tego metafizycznego bytu, który determinuje wrażliwość, zdolność do odczuwania miłości i inne pozytywne aspekty bycia człowiekiem. A przecież nawet najwyższą sztukę odbieramy za pomocą jakże prozaicznych narządów zmysłów i przetwarzamy dzięki tym właśnie niedocenianym reakcjom chemicznym i oddziaływaniom elektrycznym… Jak to więc w końcu jest z tym pięknem - jest eteryczne czy materialne? I czy można opisywać je za pomocą “szkiełka i oka”?

Jak zbadać piękno?

Kiedy oglądamy dzieło sztuki, do naszego mózgu dociera mnóstwo informacji. W siatkówce oka każdy, nawet najpiękniejszy obraz jest sprowadzany do zbioru sygnałów elektrycznych i chemicznych, które następnie przekazywane są do kolejnych neuronów i przetwarzane, by w końcu spowodować powstanie uczucia zachwytu. Zatem piękno czy też wrażenia estetyczne muszą rodzić się gdzieś wśród szarych komórek. Które z ich dziesiątek miliardów biorą udział w ich postrzeganiu? Czy mamy w mózgu jakiś “ośrodek piękna”? Czy mają go też zwierzęta? Czy naszemu mózgowi w ogóle robi różnicę to, że ogląda sztukę, a nie inne elementy rzeczywistości? No i po co właściwie jest sztuka, jakie korzyści z niej czerpiemy?

Na te i inne pytania odpowiedzi poszukuje gałąź nauki zwana neuroestetyką. Termin ten powstał stosunkowo niedawno, bo w 1999 roku. Jest to dziedzina interdyscyplinarna – łączy specjalistów od neurobiologii, psychologii, fizjologii, historii sztuki i innych. Żadna z nich sama nie jest w stanie wyjaśnić tego, co możemy określić jako fenomen percepcji dzieł sztuki. Możliwe jednak, że podejście do tego tematu jako do zjawiska wynikającego z procesów neuronalnych pozwoli na nowo zdefiniować sztukę i piękno, a także przybliży nas do zrozumienia “artystycznej duszy”. Metody badawcze stosowane w neurofizjologii pozwalają obserwować aktywność poszczególnych części mózgu podczas obcowania ze sztuką. Dzięki temu można wysnuć wnioski dotyczące funkcji poszczególnych neuronów i tego, jak różne dziedziny, style artystyczne czy środki wyrazu oddziałują na ośrodkowy układ nerwowy i na nowo zdefiniować termin przeżycia estetycznego.

Jak mózg ogląda obrazy?

Co odróżnia dobry obraz od zwykłego, przypadkowego zdjęcia? Przypadkowe zdjęcie raczej nie wywoła w nas silnej reakcji emocjonalnej i określonych myśli, jak dzieje się to w przypadku obrazu. Z tej perspektywy artystę można określić mianem “nieświadomego neurobiologa” – umiejętnie przez niego użyte środki takie jak kolory, kształty, akcenty są w stanie uruchomić określone procesy neurofizjologiczne, pobudzić konkretne struktury mózgu, co prowadzi do powstania pożądanych emocji. Neurolodzy osiągają podobne efekty w laboratoriach, za pomocą zaawansowanych elektrod lub przyrządów do nieinwazyjnej przezczaszkowej stymulacji mózgu (TMS). Malarze mają trudniej – do konkretnych neuronów muszą dotrzeć drogą niejako okrężną, rozpoczynając od siatkówki i kory wzrokowej. Angażuje też fragmenty kory kojarzeniowej i układu limbicznego.

Sam region mózgu odpowiedzialny za widzenie ma dość skomplikowany układ. Z siatkówki oka informacje o obserwowanym przedmiocie docierają do wzgórza, które przekierowuje je dalej, do płata potylicznego, w którym znajduje się pierwszorzędowa kora wzrokowa, w skrócie nazywana V1. Jej neurony w pewien sposób odwzorowują układ obrazu na siatkówce i odpowiadają za “wstępną obróbkę” bodźców wizualnych, czyli podstawowych cech obserwowanego obrazu, takich jak kolor czy ruch. W takiej postaci informacje trafiają do drugorzędowej kory wzrokowej (V2). Znajdują się w niej grupy neuronów, które również przetwarzają proste informacje o ruchu, barwach, kształtach i głębi obiektów. Dalsze “piętra” są już bardziej wyspecjalizowane. Kora trzeciorzędowa (V3) zajmuje się danymi o odległości i głębi, czwartorzędowa (V4) o kolorach i kształtach, a pięciorzędowa (V5) – leżąca już w obszarze płata skroniowego – o ruchu. Gdy zatem obserwujemy dzieła składające się z kolorowych płaszczyzn, zaobserwujemy pobudzenie obszarów V1, V2 i V4, natomiast obszary Vi, V2 i V5 staną się aktywne, kiedy oglądać będziemy animację monochromatycznych lecz ruchomych kropek.

Informacje pochodzące z kory wzrokowej są przetwarzane także w połączeniu z zapisanymi danymi o wzorcach różnego rodzaju obiektów i zależnościach między nimi. Nasz mózg uczy się ich od najmłodszych lat. Należy do nich np. zachowanie cieni rzucanych przez przedmioty oraz perspektywa, które to zjawiska często są wykorzystywane do tworzenia iluzji optycznych.

Przydatnym narzędziem do badania reakcji mózgu na różnego rodzaju obrazy jest funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI), który mierzy wzrost lub spadek przepływu krwi w poszczególnych obszarach mózgu. Jest on proporcjonalny do aktywności neuronów w poszczególnych regionach, gdyż bardziej pobudzone komórki mają większe zapotrzebowanie na tlen i substancje odżywcze. Dzięki temu można sprawdzić, które z nich odpowiadają np. za przetwarzanie konkretnych bodźców. Zastosowanie techniki fMRI pozwoliło odkryć, że podczas oglądania różnych rodzajów obrazów aktywność mózgu była taka sama, jak podczas obserwowania przedstawionych na nich elementów “w naturze”. Pejzaże pobudzały szczególnie m.in. hipokamp, związany z orientacją w przestrzeni. Martwe natury angażowały głównie struktury płatów potylicznych. Natomiast na portrety najbardziej czułe okazały się zakręt wrzecionowaty i ciało migdałowate, które biorą udział w odróżnianiu twarzy od innych obiektów. Obrazy abstrakcyjne nie aktywowały natomiast żadnych specyficznych dla siebie regionów.

Piękny czy brzydki?

Funkcjonalny rezonans magnetyczny dostarczył też odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób oceniamy obrazy pod względem estetycznym. Obserwując aktywność mózgów ochotników decydujących czy dane dzieło im się podoba, czy też nie, naukowcy doszli do wniosku, że największe znaczenie w procesie tym mają struktury płata czołowego, zakręt obręczy oraz kora ruchowa. Świadczy to o tym, że estetyczna ocena obrazów związane jest ze sferą uczuciową – zakręt obręczy należy do układu limbicznego i bierze udział w odczuwaniu emocji. W części płata czołowego, której zwiększona aktywność towarzyszyła określeniu danego elementu jako piękny, znajdują się struktury należące do układu nagrody. Ich pobudzenie jest więc równoznaczne z odczuwaniem przyjemności. Natomiast przy klasyfikacji obrazów jako brzydkie uaktywniała się kora ruchowa, co jest być może sygnałem gotowości do obrony przed negatywnym bodźcem, jak odbywa się to w przypadku odczuwania złości lub strachu.

W innym eksperymencie zamiast realistycznych obrazów wykorzystano abstrakcyjne figury geometryczne. Zadaniem uczestników było skategoryzowanie ich jako piękne lub brzydkie oraz symetryczne lub niesymetryczne. Aktywność mózgu obserwowana podczas wydawania sądu estetycznego była podobna jak w poprzednio opisywanym badaniu. Natomiast opinia o symetryczności bądź niesymetryczności figur powstawała przy udziale kory przedruchowej, struktur płata ciemieniowego związanych z przetwarzaniem informacji przestrzennych, kory wzrokowej i zakrętu wrzecionowatego. Zaobserwowano również, iż podczas oceniania kształtów jako pięknych i jako symetrycznych pobudzane były podobne obszary mózgu. Naukowcy są zdania, że lubimy obrazy symetryczne dlatego, że to właśnie na takich przede wszystkim skupiamy się w codziennej obserwacji otaczającej nas rzeczywistości. Cecha ta jest charakterystyczna przede wszystkim dla naszych twarzy i postaci, zaś zaburzenia podobieństwa prawej i lewej strony odbierane są jako swego rodzaju defekt. Ponadto symetria wzmaga synchronizację procesów zachodzących w obu półkulach, co skutkuje silniejszym pobudzeniem neuronów.

Czy poza symetrią istnieją jeszcze inne elementy, których występowanie pozwala określić dany obraz jako piękny? Wyniki analiz pozwoliły naukowcom opracować jeszcze kilka zasad, którymi prawdopodobnie kierujemy się przy ocenie estetycznej. Jedną z nich jest tzw. typowy punkt widzenia. Według niej nasz mózg preferuje naturalną perspektywę, zaś nietypowe, dziwne kąty widzenia traktuje jako nieatrakcyjne. Lubi też wiedzieć, na czym ma się skupić, stąd zasada “izolowania” pojedynczego elementu, odgraniczania go od tła czy podkreślenie go za pomocą światła lub cieniowania. Temu samemu służy podkreślenie kontrastu między różnymi elementami obrazu. Komórki siatkówki oraz neurony w poszczególnych obszarach mózgu przetwarzających bodźce wizualne szybciej i silniej reagują na skokowe zmiany oświetlenia czy kolorów, niż w przypadku powierzchni podobnych do siebie. Jednak lubimy też kompozycje, które na pierwszy rzut oka nie wydają się oczywiste i w których zrozumienie musimy włożyć nieco wysiłku. Dopiero odnalezienie takiego “ukrytego znaczenia” sprawia, że obraz uważamy za bardziej atrakcyjny.

Ciekawą cechą sztuki jest również to, że nie tyle ma ona za zadanie kopiować rzeczywistość, co przedstawić ją w pewnym zniekształceniu, skupiając się na poszczególnych aspektach obiektów i uwypuklając je. Zasada ta widoczna jest szczególnie w przypadku karykatur, gdzie skupiamy się przede wszystkim na cechach najbardziej charakterystycznych. Interesujący eksperyment przeprowadzono swego czasu na szczurach. Zwierzęta nauczono, by reagowały w określony sposób, gdy zobaczą prostokąt, ale nie kwadrat. Po pewnym czasie, badając aktywność ich mózgów, zaobserwowano, że jest ona tym większa, im “dłuższy” jest oglądany przez nie prostokąt, czyli im mniej przypomina kwadrat – a zatem wtedy, gdy cecha, na którą zwracają największą uwagę zostanie wyolbrzymiona. Najprawdopodobniej podobna reakcja zachodzi także u nas, dlatego i my lubimy, gdy uwypukli się charakterystyczne elementy przedstawionego na obrazie przedmiotu. Być może jest to związane z faktem, że mózg zużywa mniej energii, gdy może łatwiej wyłapać to, na czym powinien się skupić, aby rozpoznać obserwowany obiekt.

Co siedzi w głowie artysty?

Biorąc pod uwagę fakt, że oglądanie obrazów skomponowanych w konkretny sposób pobudza określone obszary w mózgu, można przyjąć, że artyści to trochę neurobiolodzy eksperymentalni. Każdy z nich bowiem dąży do wywołania pożądanej reakcji, nasilenia bądź zahamowania aktywności pewnych neuronów i w tym celu nieustannie doskonali swój warsztat. Zdolność przedstawiania rzeczywistości czy też własnych wizji na płótnie od zawsze budziła podziw i ciekawość. Fakt, że tylko nieliczni są nią obdarzeni tłumaczono na różne sposoby. Nauka stara się odnaleźć jej źródło w specyfice procesów zachodzących w mózgach artystów.

Dzięki metodom skanowania mózgu udowodniono, że osoby tworzące sztukę rzeczywiście różnią się od tych, który ją tylko odbierają. Okazało się też, że można zidentyfikować “ośrodek tworzenia” – jest nim obszar zlokalizowany w płacie ciemieniowym, nazywany przedklinkiem. U artystów znajduje się w nim znacznie więcej neuronów niż u nie-artystów. Dodatkowo w móżdżkach ochotników, którzy lepiej radzili sobie z wykonywaniem zadań związanych z rysowaniem gęstsza była sieć komórek nerwowych i łączących je aksonów w obrębie kory motorycznej i móżdżku – tam, gdzie wydawane są polecenia dotyczące ruchów precyzyjnych. Wyniki te świadczą o tym, że talent istotnie może być wrodzony. Jednak nie można jednoznacznie ocenić, jak duży wpływ na zdolności ma trening lub wpływ środowiska.

Jak każdą złożoną funkcję mózgu, także kreatywność i umiejętność tworzenia sztuki najłatwiej jest badać przez pryzmat chorób neurologicznych czy dysfunkcji mózgu i ich wpływu na działalność artystów. Np. uszkodzenia w obrębie prawej półkuli mogą skutkować zaburzeniem zdolności do odtworzenia organizacji przestrzennej malowanych obiektów, jednak zamiast tego otworzyć drogę do bardziej emocjonalnego przekazu. Ciekawym doświadczeniem jest też porównywanie powstających kolejno dzieł osób chorujących na demencję czy chorobę Alzheimera. Prawidłowością przejawiającą się w takich przypadkach jest stopniowe upraszczanie techniki, utrata głębi i zaburzenia organizacji przestrzennej. Jest to objawem ogólnej utraty zdolności poznawczych, upośledzenia sfery emocjonalnej oraz zmian osobowościowych.

Jednak niektóre dysfunkcje ośrodkowego układu nerwowego skutkują wręcz “nadludzkimi” zdolnościami artystycznymi. Przykładem są sawanci, czyli osoby ze znacznym stopniem upośledzenia umysłowego, które jednocześnie wykazują niezwykłe umiejętności w wąskiej dziedzinie. Znane są przypadki dzieci chorych na autyzm, które potrafią z niemal fotograficzną dokładnością odtwarzać obserwowane krótko skomplikowane sceny. Naukowcy są zdania, że zdolności te wynikają z zaburzenia pracy lewego płata skroniowego, który bierze udział w przypisywaniu widzianych obiektów do właściwej im kategorii (np. krzesło, pies, samochód). Tak opisane przedmioty mózg traktuje już nie jako zbiór cech, ale jako integralną całość. W takim jednak przypadku zatarciu ulegają niektóre szczegóły charakterystyczne wyłącznie dla tego konkretnego krzesła czy psa. U sawantów płat skroniowy nie funkcjonuje wydajnie, dlatego też mają oni dostęp do wrażeń wzrokowych przetworzonych tylko w niewielkim stopniu. Otaczająca ich rzeczywistość jest dla nich zbiorem detali, który potrafią odwzorować na papierze. Co ciekawe, podobne umiejętności mogą pojawić się u osób z demencją czołowo-skroniową, w wyniku której ta “uogólniająca” część mózgu zostanie uszkodzona. Zostało to potwierdzone także w eksperymencie z udziałem zdrowych ochotników, którym tymczasowo ją “wyłączono” za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS). Uczestnicy badania uzyskali dzięki temu dostęp do słabo przetworzonych obrazów z kory wzrokowej i w pewnym stopniu udało im się wykorzystać je do wykonania zadań związanych z rysowaniem.

Jak mózg słucha muzyki?

Muzyka jest chyba najstarszą dziedziną sztuki uprawianą przez człowieka, a na pewno jedną z najpopularniejszych. Dowody archeologiczne na istnienie instrumentów niezbędnych do jej wytwarzania datuje się na co najmniej 30 tysięcy lat. Naukowcy nie są zgodni co do tego, czy jej odbieranie i tworzenie jest u nas wrodzone, czy też musimy się go nauczyć. Ostatnio jednak przewagę zdobywają zwolennicy pierwszego stanowiska. Odkryto bowiem gen, którego mutacja prowadzi nie tylko do zaburzeń mowy, ale generalnie wpływa na zdolność do wydawania dźwięków, a także na postrzeganie rytmu. Zaburzenie to nosi nazwę dysharmonii. Istnieje też inne, choć jego genetyczne podstawy są nieznane, zwane amuzją. Obejmuje ok. 5% populacji ludzkiej i sprawia, że cierpiący na nią nie są w stanie rozpoznawać wysokości poszczególnych dźwięków. Z tego też powodu zamiast melodii słyszą jedynie hałas. Dalsze badania wykazały jednak, że i to zaburzenie może być dziedziczne, co wskazuje na istnienie genów odpowiedzialnych za percepcję muzyki.

Wydaje się, że za percepcję melodii odpowiada specjalny ośrodek w mózgu. Prawdopodobnie znajduje się w lewym płacie skroniowym – taki wniosek wysnuto po zbadaniu mężczyzny, który w wyniku udaru w tym właśnie obszarze utracił tę zdolność, choć nienaruszone pozostały u niego wszelkie umiejętności językowe oraz poczucie rytmu. Odwrotny przypadek zaistniał u mężczyzny, który po porażeniu piorunem zaczął wykazywać obsesyjne wręcz zainteresowanie muzyką, choć wcześniej nie przejawiał żadnych zdolności ani specjalnych preferencji w tym zakresie. Nie tylko zaczął grać na fortepianie, ale także komponować. Nie udało się jednak zlokalizować struktur mózgowych, na które wyładowanie atmosferyczne wpłynęłoby w jakiś szczególny sposób.

Do każdej półkuli mózgu docierają impulsy z obojga uszu. Pierwszym ogniwem biorącym udział w przetwarzaniu muzyki jest kora słuchowa zlokalizowana w obrębie płatów skroniowych. znajdują się w niej neurony reagujące jedynie na tony o określonej wysokości. Jednak uszkodzenie tego obszaru nie powoduje głuchoty, a jedynie niezdolność do rozpoznawania wzorców składających się na mowę lub muzykę. Wskazuje to na rolę kory słuchowej w zaawansowanym przetwarzaniu bodźców słuchowych. Innymi częściami mózgu biorącymi udział w tym procesie są te związane z emocjami i pamięcią: kora przedczołowa i układ limbiczny, w tym hipokamp. Uważa się, że większe znaczenie dla percepcji muzyki mają struktury znajdujące się w prawej półkuli. Z całą pewnością melodie mają ogromny wpływ na odczuwane emocje. Udowodniono to w eksperymencie, w którym pytano uczestników o ich odczucia towarzyszące oglądaniu zdjęć w ciszy lub przy podkładzie dźwiękowym – deklarowali oni, że muzyka zdecydowanie potęgowała emocje. Co ciekawe, odkryto, że podczas jej słuchania aktywuje się także kora ruchowa, a konkretnie jej region odpowiedzialny za czynności takie jak klaskanie czy przytupywanie. Wynikałoby z tego, iż poruszanie się do rytmu, a więc i taniec, jest naturalną reakcją na muzykę.

Wyniki licznych badań udowodniły, że słuchanie muzyki nie tylko budzi emocje, ale także łagodzi stres, wpływając na obniżenie poziomu kortyzolu. Zaś w ośrodkowym układzie nerwowym powoduje zwiększenie wydzielania neuroprzekaźników odpowiedzialnych za odczuwanie przyjemności, błogości i spokoju: dopaminy, serotoniny i endorfin. Przy tym poszczególne jej gatunki oddziałują na mózg inaczej. Badacze podają różne dane, ale w jednym są zgodni: najlepiej wpływa na nas – przynajmniej w zakresie łagodzenia stresu – ta muzyka, którą najbardziej lubimy. Popularny, choć nie do końca potwierdzony, jest także pogląd, iż muzyka klasyczna, a w szczególności twórczość Mozarta, sprzyja pracy intelektualnej, a nawet podnosi współczynnik inteligencji. Efekt ten ma być związany z jej wpływem na aktywność bioelektryczną mózgu i stymulacją wytwarzania fal alfa, kojarzonych ze stanem zrelaksowania przy jednoczesnym zachowaniu uważności.

Do czego służy sztuka?

Jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, że jesteśmy istotami biologicznymi, organizmami, które podlegają prawom ewolucji, nasuwa się pytanie: czemu służy sztuka? Na pierwszy rzut oka właściwie niczemu poza sprawianiem nam przyjemności. Jej tworzenie wydaje się pozbawionym sensu marnowaniem energii i zasobów. A jednak towarzyszy nam od niepamiętnych czasów. Do tego, skoro jej percepcja skutkuje pobudzeniem ośrodka przyjemności, musi być bardzo istotna w naszym życiu. Ludzkie umiłowanie symetrii można dość łatwo wyjaśnić: zwierzęta generalnie mają symetryczną budowę ciała, podobnie my, więc zwracanie uwagi na takie elementy mogło w przeszłości pomóc naszym przodkom znajdować pokarm, unikać niebezpieczeństw, a także rozmnażać się. Muzyka natomiast ma niewątpliwy związek ze sferą emocjonalną. Już nawet małe dzieci, jeszcze zanim nauczą się odczytywać mimikę, są w stanie określić czy słyszą melodię wesołą, czy też smutną.

Podejście do sztuki od strony neurobiologicznej jest stosunkowo nowe, stąd też niezbyt duża ilość danych na ten temat. Z pewnością dalsze badania w tej dziedzinie pozwolą lepiej ustalić, które regiony mózgu związane są z percepcją i tworzeniem poszczególnych jej gałęzi. Być może uda się poznać rolę, jaką odegrała ona w naszej ewolucji, a także odgadnąć, co chciał osiągnąć człowiek, który jako pierwszy zaczął dmuchać w wydrążony patyk albo uwiecznił wizerunek zwierzęcia na ścianie jaskini. Jednak jeśli nie będzie to możliwe, pewne jest jedno – jeżeli nawet jedyną funkcją sztuki jest sprawienie nam przyjemności, to zdecydowanie jest ona potrzebna.