La neurona musical: Hercios y oído

Inauguramos una nueva sección con el nombre de "La neurona musical". En ella se pretende combinar la neuropsicología con la música, abarcando temas como la audición, las emociones, los procesos de transmisión sináptica o la memoria en relación a la música. 

En esta primera entrada titulada Hercios y oído, vamos tratar de entender cómo llega el sonido hasta nuestras orejas y qué es lo que hace el oído para transmitir toda esa información al cerebro.
 

Desde un punto de vista científico, la música es una combinación de sonidos y ritmos. Estos sonidos son percibidos por el ser humano gracias a su sistema auditivo que está compuesto por muchos elementos.

Los pabellones auditivos son las estructuras que primero reciben el sonido proveniente del exterior y lo conducen hacia el cerebro. Su forma y composición nos permite recibir la vibración del sonido de una manera espectacular, con gran precisión y considerable agudeza.

El sonido se produce por la vibración de las moléculas del aire. Los humanos sólo oímos un rango concreto de estas vibraciones, concretamente entre 20 y 20.000 hercios. En comparación, otros animales tienen un mayor rango de audición. Este déficit lo solventamos con la información del medio exterior que nos llega a través de otros sentidos como la visión, el gusto, el olfato o el tacto. A continuación se detalla una comparación de la capacidad auditiva de algunos animales. 

ANIMAL	MÍNIMO (Hz)	MÁXIMO (Hz)
Ser humano	20	20.000
Perro	10.000	50.000
Gato	30	65.000
Delfín	100	150.000
Murciélago	10	212.000
Polilla		300.000

El hercio es la unidad de frecuencia del sonido y debe su descubrimiento al físico alemán Heinrich Rudolf Hertz quien descubrió en el siglo XIX la propagación de las ondas electromagnéticas. Este descubrimiento permitió conocer que el sonido se propaga por el espacio en forma de onda y que las ondas producen determinados ciclos que se alargan durante el tiempo.

El hercio representa los ciclos que produce un sonido durante un segundo. De este modo, nos encontramos con que cada sonido produce una cantidad de ciclos diferentes, y por tanto, presenta diferentes hercios. Cada uno de los siete sonidos musicales tiene un valor de hercios determinado, siendo el La 4 la nota que se toma como referencia para afinar instrumentos. Este La 4 emite 440 Hz. y puede ser fácilmente escuchado si percutimos un diapasón.

A continuación se puede apreciar la lista de las notas musicales y la frecuencia de sus ondas.

NOTA	Hz
Do	261,626
Re	293,665
Mi	329,628
Fa	349,228
Sol	391,995
La	440
Si	493,883
Do	523,251

En la tabla se pueden comprobar dos cosas. La primera, que los sonidos musicales no son equivalentes, es decir, la diferencia entre un do y un re (32,039 Hz) no es exactamente la misma que entre un re y un mi (35,963 Hz) o que cualquier otro intervalo. Esto se debe a que la proporción entre las notas se obtiene mediante la aplicación de una fórmula logarítmica.

Y la segunda es que cuanto más agudos son los sonidos, más hercios producen. Por eso, la representación de un sonido agudo presenta más ondas en un segundo que el de uno grave, tal y como puede verse en el gráfico.

La amplitud, frecuencia y complejidad de las vibraciones de las moléculas de aire corresponden respectivamente a lo que en música se conoce como el volumen, tono y timbre del sonido, sus tres cualidades principales. Es decir, que una onda con más amplitud significa un sonido más fuerte, con más volumen. Una onda con más frecuencia implica un tono más agudo, como ya hemos visto. Y un sonido físicamente complejo implica un timbre determinado. En general, cualquier timbre es por definición complejo (el de un ser humano, el canto de un pájaro o el ruido de una máquina). Los sonidos simples sólo existen si se “fabrican” en un laboratorio o estudio de grabación.

Por tanto, todas estas características del sonido nos llegan a nuestro cerebro gracias a nuestros oídos. Pero si el sonido es de por sí complicado, el sistema auditivo humano no lo es menos.

Una vez los pabellones auditivos recogen el sonido, éste pasa a través del canal auditivo hasta llegar al tímpano. Al chocar contra él, vibra y esta vibración es transmitida por los tres famosos huesos del oído: el martillo, el yunque y el estribo. De aquí la vibración se trasmite a la ventana oval y de aquí a la cóclea, un pequeño tubo enrollado en forma de caracol. Dentro de la cóclea se encuentra el Órgano de Corti formado a su vez por la membrana tectorial, la membrana basilar y las células ciliadas.

Son estas últimas las que registran la vibración del sonido. Su disposición en las membranas es de tipo tonotópico, es decir, se encuentran ordenadas y agrupadas según su capacidad de registro: de los tonos más graves a los más agudos.

La estimulación de estas células produce un leve movimiento en sus cilios (de ahí su nombre). Como se ve, el sonido ha producido un movimiento dentro de la cóclea, es decir, energía mecánica. Y ésta a su vez produce energía eléctrica al desencadenar un potencial de acción en los axones de las neuronas auditivas que se encuentran en contacto con las células ciliadas. Todas estas neuronas también están ordenadas de manera tonotópica.

Gráfico del sistema auditivo

Tal y como apunta Pinel (2014), a día de hoy sigue siendo un misterio comprender cómo el cerebro es capaz de ordenar y clasificar los sonidos. Pinel pone el ejemplo de una fiesta. En esa situación, nuestro cerebro está escuchando un montón de sonidos simultáneamente: la conversación con un amigo, el ruido ambiente, un camarero que grita, la risa de uno, la música (que a su vez está compuesta por un montón de sonidos, instrumentos, tonos, timbres, volúmenes…). Cada elemento estimula un punto diferente de las células ciliadas por lo que, dada la cantidad de estímulos que tenemos en esta situación, la activación es enorme.

El misterio se encuentra en el procesamiento que realiza el cerebro acerca de toda esta información de tal manera que es capaz de separar la fuente de cada sonido y procesarla individualmente: algunos sonidos proceden de tu amigo con el que hablas, la risa procede de otro amigo, el grito viene del camarero… Esto posibilita poder seguir la conversación con nuestro amigo, saber que la risa del compañero no tiene nada que ver con la música y que el grito del camarero no está incluido en la conversación de mi amigo.

Y no sólo eso sino que es capaz de diferenciar estímulos que se asemejan mucho. Volviendo al mismo ejemplo de la fiesta y la conversación con un amigo, imaginemos que junto a nosotros hay otras personas hablando de otra cosa. Los estímulos de ambas conversaciones se parecen mucho: lenguaje oral. Sin embargo el cerebro sabe que unos sonidos proceden de una conversación y otros proceden de la otra.

Otro ejemplo similar pero llevado a la música es cuando escuchamos una canción. En ella oímos al cantante, al batería, al guitarra y al bajo simultáneamente. Los estímulos son parecidos en todos los casos: sonidos musicales. Sin embargo, el cerebro es capaz de diferenciar el timbre de la guitarra y lo que está tocando en cada momento, con respecto a lo que canta el vocalista, o lo que toca el bajo o la batería.

Pero no sólo esto sino que además nuestro encéfalo también es capaz de organizar los sonidos, etiquetarlos, darles un valor emocional, reconocerlos, atribuirles un timbre, tono y volumen y además es capaz de emocionarse con ellos. Todas estas cosas que ocurren en nuestro cerebro las iremos viendo poco a poco en diferentes entradas publicadas en esta sección de La neurona musical.

“Mientras cantaba con la música de la lira, las almas rompieron a llorar”.

(Ovidio sobre Orfeo)