La musica accompagna l'essere umano in ogni momento della sua vita, fin dal grembo materno. Apparentemente nessuna società umana, presente o del passato documentato, è stata mai priva di musica. I più antichi manufatti sono strumenti musicali, come i flauti di osso. L'esperienza della musica coinvolge in modo globale: danzare e cantare, provare emozioni, attivare ricordi e così via. Eppure ancora non sappiamo a cosa serve la musica, quali siano le sue origini, quale il significato, cosa cambierebbe per l'essere umano se la musica scomparisse.
Le conoscenze disponibili derivano soprattutto dallo studio di come cambia il comportamento quando si verifica una lesione del sistema nervoso. Sono famose le storie di musicisti che hanno sofferto di malattie del cervello, come Ravel, Gershwin o Shebalin. Una prima straordinaria osservazione è che suoni linguistici e suoni musicali assumono un valore diverso per il sistema nervoso e dipendono da strutture cerebrali in buona parte distinte; Shebalin ad esempio in seguito a due episodi vascolari cerebrali aveva perduto la capacità di esprimersi con le parole ma ciò non gli impedì di comporre la sua Quinta Sinfonia, giudicata da Shostakovich "un lavoro brillante e creativo, denso delle più profonde emozioni, la creazione di un grande maestro". Viceversa un danno cerebrale può provocare una compromissione selettiva della competenza musicale; il disturbo, definito amusia, può addirittura limitarsi a colpire un singolo aspetto delle abilità musicali, ad esempio solo la melodia o il ritmo e così via.
L'esperienza musicale è in effetti il risultato finale dell'attività di numerose regioni cerebrali ognuna delle quali deputata all'elaborazione di singole caratteristiche (frequenza, intensità, timbro, e così via). In altri termini il lavoro cerebrale equivale a quello di un'orchestra: i singoli musicisti suonano strumenti diversi ma la sinfonia deriva solo da una loro precisa organizzazione complessiva. Per questo motivo il tipo di amusia dipende dalla sede del danno.
Più difficile invece è capire come l'elaborazione dei singoli attributi dell'ambiente sonoro venga assemblata a determinare l'esperienza musicale. Tuttavia negli ultimi due decenni l'introduzione di nuove tecnologie di indagine ha rivoluzionato lo studio della mente. Il maggior contributo è stato fornito dalla risonanza magnetica funzionale (fmri), indagine che consente di individuare quali strutture cerebrali si mettono in funzione durante lo svolgimento di un determinato compito. Dal momento che è privo di effetti negativi, l'esame è eseguibile anche in soggetti sani e permette così di valutare il funzionamento cerebrale in condizioni normali anziché patologiche. In questo modo gli eventi cerebrali possono essere correlati ai processi mentali, compresi pensieri ed emozioni.
Una linea di ricerca affascinante è proprio dedicata ai fondamenti biologici dello stupefacente potere che ha la musica di suscitare emozioni. Nel mito le melodie di Orfeo placavano le onde del mare in tempesta, animavano le pietre, ammansivano le belve. Le odierne tecnologie cominciano a svelare come reti funzionali distinte inducano stati emotivi diversi. L'orchestra dei neuroni è cioè in grado di suonare non solo tante sinfonie diverse ma anche la stessa sinfonia in molti modi diversi.
Un altro aspetto di grande interesse teorico è lo studio della musica come esperienza soggettiva. I risultati di queste indagini suggeriscono che la musica - e più in generale la dimensione culturale che caratterizza l'ambiente in cui è immerso l'essere umano - rappresenta un fattore potente di organizzazione cerebrale. Le strutture cerebrali si modificano, dal punto di vista anatomico e funzionale, in relazione alla competenza musicale individuale, intesa in senso ampio (ascolto, performance, composizione) e nelle sue varie componenti (sensoriali, motorie, mnesiche, cognitive, emotive): l'esercizio musicale plasma la materia cerebrale. In definitiva la musica è uno degli esempi più interessanti di plasticità cerebrale, meccanismo grazie al quale il sistema nervoso è sempre pronto a riorganizzarsi in risposta agli stimoli che riceve dall'ambiente. Nel costruire la mente, natura e cultura, innato e acquisito, non costituiscono processi contrapposti, ma agiscono in modo complementare. Da molti punti di vista comprendere i fondamenti biologici della musica può corrispondere a comprendere anche aspetti fondamentali della natura umana.

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