Data mining avslöjar de dolda evolutionslagarna bakom klassisk musik

Musikforskare har länge studerat hur musikstilar förändras över tid. De kan se att nya stilar växer fram ur musiktraditioner, ibland genom att kombinera två eller flera stilar.

Det för tankarna till evolutionsprocessen. Är det möjligt att denna kraftfulla process har format det musikaliska landskapet med samma välkända överföringslagar som formar det biologiska landskapet? Eller är det bara så att musikalisk evolution är resultatet av kompositörers idiosynkratiska beteende och därför trotsar mer allmän karaktärisering?

Idag får vi ett svar, delvis tack vare arbetet av Eita Nakamura vid Kyoto University och Kunihiko Kaneko vid University of Tokyo. De har genomfört en storskalig studie av västerländsk klassisk musik och säger att den för första gången avslöjar ett antal evolutionära lagar som fungerar. Deras resultat har implikationer för förståelsen av andra kulturella fenomen, såsom utvecklingen av språk, mode och vetenskap.

Först lite bakgrund. Evolution är en algoritmisk process som tillämpas på populationer av individer. Dessa individer måste skilja sig åt på något sätt – till exempel i utseende eller beteende. De måste kunna föra över specifika egenskaper till en ny generation av individer, och de måste existera i en miljö som väljer ut vissa egenskaper samtidigt som de utrotar andra. Slutligen måste det finnas en iterationsprocess som upprepar dessa steg många gånger.

De fina detaljerna i denna process leder till några subtila skillnader i hur evolutionen sker. När funktioner är framgångsrika - som antibiotikaresistens - kan de spridas snabbt genom en population på sätt som följer exakta statistiska mönster.

Och under de senaste åren, med framväxten av stora genetiska databaser, har statistiker börjat studera dessa mönster och upptäcka de matematiska evolutionslagarna som styr dem.

Så en intressant fråga är om samma tillvägagångssätt skulle kunna fungera med musik. Nakamura och Kaneko bestämde sig för att ta reda på det genom att studera en databas med 9 996 musikkompositioner av 76 kompositörer som arbetade under perioden 1500 till 1900. Varje stycke bestod av en MIDI-fil (musikinstrument digitalt gränssnitt) som forskarna förhörde för att producera en ordnad sekvens av tonhöjder och intervallen mellan dem.

En utmaning med kulturfenomen är att hitta arvsenheter som går att spåra. Inom biologin är dessa enheter gener, och sättet de sprids genom populationer har blivit enkelt att följa.

Men inom musik är enheter som spelar en liknande roll mycket svårare att definiera. Så Nakamura och Kaneko identifierade flera sällsynta musikaliska händelser, såsom uppkomsten av dissonanta intervall som kallas tritoner, och använde dem som arvsenheter. De studerade sedan hur ofta dessa enheter förekommer och hur de har spridit sig genom århundradena.

Tritoner definieras som två toner som spelas samtidigt åtskilda av tre helnoter. De anses allmänt vara dissonanta och är sällsynta i musikaliska kompositioner från 1500-talet. Men de har blivit vanligare med tiden.

Musikforskare har länge antagit att för att bli framgångsrika måste nya kompositioner vara både nya och kopplade till befintlig musiktradition. Så de måste innehålla nya eller sällsynta musikaliska händelser tillsammans med typiska.

På så sätt kan sällsynta musikevenemang spridas. Och det är precis vad som har hänt med tritoner. Medelvärdet och standardavvikelsen för frekvensen (sannolikheten) för tritoner ökade stadigt under åren 1500–1900, säger Nakamura och Kaneko.

Men en viktig fråga är om denna spridning är resultatet av en allmän överföringsmekanism eller individuella kompositörers idiosynkratiska beteende.

För att ta reda på det utvecklade Nakamura och Kaneko en matematisk modell för evolution som kan skilja mellan dessa omständigheter. Och de säger att hur denna frekvens har ökat följer exakta statistiska regler, kallad en betaliknande distribution, som styr överföringen.

Det är intressant arbete som har viktiga konsekvenser för vår förståelse av hur musiken utvecklas. Nakamura och Kaneko säger att deras fynd tyder på att evolution sker genom de allmänna mekanismerna för överföring och urval av kulturell stil. Vi drar slutsatsen att vissa trender inom musikkulturen kan formuleras som statistiska evolutionära lagar snarare än av enskilda kompositörers omständigheter, säger de.

Dessutom kan samma tillvägagångssätt användas för att reta isär utvecklingen av andra kulturella fenomen. Balansen mellan nyhet och typiskhet kan vara viktig för andra typer av kultur, och den nuvarande modellen kan vara användbar för att analysera inte bara musikdata utan även annan kulturell data, säger forskarna.

Olika team tittar redan på språkets evolutionära dynamik, andra musikgenrer och till och med vetenskapliga ämnen. Det ska bli intressant att se hur denna form av kulturell evolution har påverkat vetenskap och teknik och var luckor kan finnas för framtida arbete.

Ref: arxiv.org/abs/1809.05832 : Statistiska evolutionära lagar i musikstilar

Dölj