認知音楽学は 、音楽と認知の両方を理解することを目的として、音楽の知識を計算論的にモデル化すること に関心を持つ認知科学 の一分野である。 [ 1 ]
認知音楽学は、人工知能 と認知科学 に根ざした音楽関連の知識表現を研究するためにコンピュータモデリングを使用するという方法論的重点によって、 音楽心理学 の他の分野と区別することができる。コンピュータモデルの使用は、理論を定式化および検証するための正確でインタラクティブな媒体を提供する。[ 2 ]
この学際的な分野では、脳内における言語と音楽の類似性などのトピックを研究します。ニューラルネットワークや進化プログラムなど、生物学的に着想を得た計算モデルが研究によく取り入れられています。 [ 3 ] この分野では、音楽的知識がどのように表現され、保存され、知覚され、演奏され、生成されるかをモデル化しようとしています。[ 4 ] 構造化されたコンピュータ環境を使用することで、これらの認知現象の体系的な構造を調査することができます。[ 5 ]
最もシンプルなメロディーを楽しんでいる時でさえ、何が起こっているのかを理解するために、複数の脳プロセスが同期しています。刺激が耳に入り、その処理を受けた後、側頭葉の一部である聴覚皮質に入り、音の高さと音量を評価することによって音の処理が始まります。ここから、脳の機能は音楽のさまざまな側面の分析に応じて異なります。たとえば、リズムは通常、左前頭皮質、左頭頂皮質、および右小脳によって処理および制御されます。調性、つまり中心となる和音を中心とした音楽構造の構築は、前頭前皮質と小脳によって評価されます(Abram、2015)。音楽は、運動制御、記憶、言語、読解、感情などの他の高次脳機能に不可欠な役割を果たす、さまざまな脳機能にアクセスできます。研究によると、音楽は、障害のために非音楽的刺激ではアクセスできない可能性のあるこれらの機能にアクセスするための代替手段として使用できることが示されています。音楽学は、音楽の利用法を探求し、音楽がパーキンソン病 や失読症 などの疾患における脳内の情報処理のための代替伝達経路をどのように提供できるかを考察する。
著名な研究者 「認知科学」という用語を造語した博学者クリストファー・ロンゲ=ヒギンズは 、認知音楽学の先駆者の一人です。とりわけ、初期のキー発見アルゴリズムの計算機実装で知られています。[ 6 ] キー発見は調性音楽の重要な要素であり、キー発見問題は過去数十年にわたり音楽心理学で大きな注目を集めてきました。キャロル・クルムハンスルとマーク・シュムックラーは、彼らの名前を冠した経験的に根拠のあるキー発見アルゴリズムを提案しました。[ 7 ] 彼らのアプローチは、プローブトーン法として知られるようになった方法で苦労して決定されたキープロファイルに基づいています。[ 8 ] このアルゴリズムは、音楽の短い抜粋における音楽的キーの知覚をモデル化することに成功し、また、楽曲全体を通してリスナーのキー移動の感覚の変化を追跡することにも成功しました。[ 9 ] 認知音楽学の分野で初期に音楽認知の側面に動的計画法を応用したデイビッド・テンパーリーは、クルムハンスル・シュムックラー鍵発見アルゴリズムにいくつかの改良を提案している。[ 10 ]
オットー・ラスケは認知音楽学の擁護者でした。[ 11 ] 彼が共同編集した論文集は、認知音楽学の認知度を高め、AIと音楽との関連性を強化するのに役立ちました。[ 12 ] この本の序文には、AIの創始者の一人であるマービン・ミンスキーとの自由奔放なインタビューが再録されており、その中で彼は音楽と心に関する初期の著作について語っています。 [ 13 ] AI研究者から認知科学者に転身したダグラス・ホフスタッターも、AIの観点から音楽に関する多くのアイデアを提供しています。[ 14 ] ホフスタッターの研究室で一時的に働いていた音楽家のスティーブ・ラーソンは、物理的な力との類推から導き出された「音楽的力」の理論を定式化しました。[ 15 ] ホフスタッター[ 16 ]は、デイビッド・コープの音楽的知能に関する実験 [ 17 ] についても意見を述べた。この実験は、バッハやショパン、コープなどの音楽を生成するEMIと呼ばれるコンピュータプログラムの形をとっている。
コープのプログラムはLisp で書かれており、Lispは認知音楽学の研究で人気の言語であることが判明している。デサインとホーニングは、認知音楽学の研究でマイクロワールド方法論の可能性を引き出すためにLispを活用している。[ 18 ] また、ハインリッヒ・タウベもLispで作業しており、さまざまな視点からコンピュータ作曲を探求している。[ 19 ] もちろん、音楽プロセスの計算モデル化の研究にLisp以外の言語を使用することを選択した研究者もいる。たとえば、ロバート・ロウはC++プログラミングを通じて「機械音楽性」を探求している。[ 20 ] 音楽現象を研究するためのかなり異なる計算方法論は、デイビッド・ヒューロンが提唱するツールキットアプローチである。[ 21 ] より高い抽象度では、ゲライント・ウィギンズは、構造的一般性や表現の完全性など、音楽知識表現の一般的な特性を調査している。[ 22 ]
認知音楽学の研究の多くは記号計算を特徴としているが、生物学的に着想を得た計算パラダイムからも注目すべき貢献がなされている。例えば、ジャムシェド・バルチャ とピーター・トッドは、ニューラルネットワークを用いて調性音楽における音楽知覚をモデル化した。[ 23 ] アル・バイルズは、遺伝的アルゴリズムをジャズソロの作曲に応用した。[ 24 ] 多くの研究者が、幅広い数学的形式に基づいたアルゴリズム作曲を探求してきた。[ 25 ] [ 26 ]
認知心理学の 分野では、最も著名な研究者の一人にダイアナ・ドイチュ がおり、絶対音感や音楽的錯覚の研究から音楽的知識表現の定式化、音楽と言語の関係まで、幅広い研究に取り組んできた。[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] 同様に重要なのがアニルッド・D・パテル で、彼の研究は認知心理学の伝統的な方法論と神経科学 を組み合わせたものである。パテルはまた、音楽に関する認知科学研究の包括的な調査の著者でもある。[ 30 ]
構造を知らずにデータ内の構造を見つけることに基づく音楽知覚と認知へのAIアプローチ(意味のあるラベルを付けずに抽象絵画のオブジェクトを分類するのと同様)は、アンドラニク・タンギアンによって開拓されました。そのアイデアは、 コルモゴロフ の意味で、つまり最小限のメモリストレージを必要とする最も単純なデータ表現を見つけることであり、これは脳のエネルギーを節約すると考えられます。知覚が「物理的」認識ではなくデータ表現であることを示す例として、スピーカー(単一の物理体)によって生成される多声音の効果と、複数の物理体(和音として調律され、単一の鍵盤で作動するオルガンのレジスターパイプ)によって生成される単一の音の効果があります。このデータ表現アプローチにより、ピッチを参照することなく和音内の音程関係を認識し、多声音を追跡することが可能になり(これにより絶対音感よりも音程聴取が優位である理由が説明されます)、可変テンポでのリズム認識においてリズムとテンポの悪循環を断ち切ることができます。[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]
音楽を言語学的観点から捉える上で最も重要な貢献は、フレッド・ラーダール とレイ・ジャッケンドフ によって提唱された調性音楽の生成理論 (GTTM)である。[ 35 ] GTTMは実装レベルではなくアルゴリズムレベルの抽象化で提示されているが、彼らのアイデアは、特に音楽演奏の構造化や意味のある演奏タイミングの調整など、 多くの計算プロジェクトで計算上の形で実現されている。 [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]
ドイツ語圏に関しては、ラスケの認知音楽学の概念は、ウーヴェ・ザイフェルトの著書『Systematische Musiktheorie und Kognitionswissenschaft』の中で進められている。 Zur Grundlegung der kognitiven Musikwissenschaft (「体系的な音楽理論と認知科学。認知音楽学の基礎」) [ 39 ] およびその後の出版物。
音楽と言語の習得スキル 音楽と音声はどちらも音の処理に依存しており、音色、音高、持続時間、それらの相互作用など、いくつかの音の特徴の解釈を必要とします (Elzbieta、2015)。fMRI 研究では、音声と言語の処理中に活性化することが知られている 2 つの領域であるブローカ野とウェルニッケ野が、被験者が予期しない音楽の和音を聞いているときに活性化していることがわかりました (Elzbieta、2015)。言語と音楽のこの関係は、音楽に触れることで言語の習得に関連する行動の発達が加速することがわかっている理由を説明できるかもしれません。広く知られているスズキ音楽教育は、楽譜を読むよりも耳で音楽を学ぶことを重視し、できれば 3 歳から 5 歳の間に正式なレッスンを開始することを推奨しています。この教育を支持する基本的な理由の 1 つは、自然な音声の習得と、視覚的な手がかりによる音楽訓練とは対照的に、純粋に聴覚に基づく音楽訓練との間に並行性があることを指摘しています。音楽教室に通う子どもたちは、言語習得や学習に役立つスキルを身につけているという証拠がある(Oechslin, 2015)。この能力は、背側経路に大きく依存している。他の研究では、音楽教室に通う子どもたちの言語能力が全体的に向上することが示されている。どちらの活動も複数の統合された脳機能を活用し、共通の脳経路を持っているため、音楽習得 の能力の高さが言語習得の能力の高さと相関関係にあるのは当然のことと言えるだろう。
音楽と胎児の発育 胎児期にメロディーに長時間触れることで、数ヶ月間持続する神経表現が誘発されることが示されています。2013年にPartanenが行った研究では、学習グループの母親は妊娠後期に週5回「きらきら星」のメロディーを聴きました。出産後、そして生後4ヶ月の時点で、コントロールグループと学習グループの乳児に、音符の一部を変更した修正メロディーを聴かせました。出生時と生後4ヶ月の時点で、学習グループの乳児は、 コントロールグループ よりも変更されていない音符に対して強い事象関連電位を示しました。幼い頃に音楽を聴くことで、すでに持続する神経表現をマッピングできるため、音楽に触れることは、言語や音声処理に関わる脳領域の脳の可塑性を強化するのに役立つ可能性があります。[ 40 ] [ 41 ]
音楽療法が認知障害に及ぼす影響 娯楽によって神経経路が刺激されるなら、より容易にアクセスできる可能性が高くなります。これは、音楽が非常に強力で、さまざまな治療法に利用できる理由を示しています。人が楽しめる音楽は、誰もが知っている興味深い反応を引き起こします。音楽を聴くことは楽しいので、面倒な作業とは感じられませんが、私たちの脳は、話したり言語を習得したりするときと同じ脳機能を学習し、利用しています。音楽は、刺激的で、楽しく、報酬が得られるように見えるため、非常に生産的な治療法となる可能性があります。メノンとレヴィティンは、fMRIを使用して、音楽を聴くことが報酬処理に関与する中脳辺縁系構造のネットワークの活動を強く調節することを初めて発見しました。これには、側坐核と腹側被蓋野(VTA)のほか、視床下部と島皮質が含まれており、これらはすべて報酬や情動刺激に対する自律神経系および生理学的反応の調節に関与していると考えられている(Gold、2013)。
音高知覚は、子供の音韻認識と読解力と正の相関関係にあることが示されています(Flaugnacco、2014)。同様に、リズミカルなビートに合わせてタップする能力は、読解力と注意力のテストの成績と相関関係があります(Flaugnacco、2014)。これらは、読解力とリズム知覚を関連付けた研究のほんの一部にすぎません。これは、音楽トレーニングと読解力の間に有意な関連性があることを発見した25の横断的研究のメタ分析で示されています(Butzlaff、2000)。相関関係が非常に広範囲に及ぶため、研究者が音楽が、失読症などの発達障害を持つ人々の読解力を強化する代替経路として機能するかどうかを検証しようとしたのは当然のことです。失読症は、特にテキストの解読において、長期にわたる読解力の獲得困難を特徴とする障害です。十分な知能と指導にもかかわらず、読解結果は遅く不正確であることが示されています。困難は、読解力、記憶力、予測能力に影響を与える音韻の中核的な欠陥に起因することが示されています(Flaugnacco、2014)。音楽トレーニングは、これらのスキルが著しく損なわれている場合でも、読解力と音韻能力を改善することが示されています。トレーニングを通じて時間処理能力とリズム能力を向上させることにより、ディスレクシアの子供の音韻認識と読解スキルが向上しました。Patel(2011)が提唱したOPERA仮説は、音楽は音声よりもプロセスに高い要求を課すため、言語処理に関与する同じ神経ネットワークの適応的な脳の可塑性をもたらすと述べています。
パーキンソン病は、黒質のドーパミン作動性(DA)ニューロンの変性によって引き起こされる、運動機能と非運動機能の両方に悪影響を及ぼす複雑な神経疾患です(Ashoori、2015)。これは、基底核におけるDA欠乏につながります。脳のこれらの領域におけるドーパミンの欠乏は、安静時の振戦、筋強剛、無動、姿勢不安定などの症状を引き起こすことが示されています。また、個人の内部タイミングの障害とも関連しています(Ashoori、2015)。リズムは、脳の内部タイミングシステムに欠陥がある場合に、運動タイミングと協調性を調整するのに役立つことが示された強力な感覚キューです。いくつかの研究では、音楽キューによる歩行トレーニングが、歩行、運動タイミング、知覚タイミングなど、パーキンソン病の複数の欠陥を大幅に改善することが示されています。アシュリ氏の研究は、音楽の訓練を受けたことがなく、試験期間中もドーパミン療法を継続していた、認知症のない特発性パーキンソン病患者15名を対象とした。参加者は、1か月間、週3回、30分間のトレーニングセッションを受け、ドイツの民謡のリズムに合わせて歩いた。ただし、足音をリズムに合わせるよう明確な指示はなかった。トレーニング前の歩行パフォーマンスと比較すると、パーキンソン病患者はトレーニングセッション中に歩行速度と歩幅が著しく改善した。この歩行改善はトレーニング後1か月間持続し、持続的な治療効果を示した。これは指示なしで行われたにもかかわらず、パーキンソン病患者の歩行が音楽のリズムに自動的に同期した様子を示している。また、持続的な治療効果は、他の方法ではアクセスできない方法で、個人の体内リズムに影響を与えた可能性を示唆している。
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外部リンク MusicCognition.info:リソースと情報センター 1999年にデイヴィッド・ヒューロンが行ったアーネスト・ブロッホ講演( 2013年4月4日にウェイバックマシン に アーカイブ済み) オットー・ラスケ博士のウェブページ 音楽の科学 ゲシュタルト音楽学と認知音楽学 子供向け神経科学における音楽認知 ラドバウド大学音楽・心・機械研究グループ 音楽認知研究センター AIと音楽に関する記事集 科学と音楽グループ