гармония -то да) но если рассматривать мелодию без гармонии?) то совсем другое представление будет.
Абстрактные разговоры не хочется вести - зачем?
Обычно слух улавливает тональный центр, а помогать ему в этом могут разные факторы - ритм, опорные ноты, остановки на длинных нотах, повторение их, интонации кварты, мотивы, секвенции и тд.
Каждая нота воспринимается слухом, как ступень, иначе вы не услышите музыки, а просто бессмысленный набор звуков. А ступень - это номер звука относительно тоники. Значит тоника слухом как-то определена, надо только осознать это умом.
И как вообще определять, что тональность или тоника поменялась в мелодии?
Все так же - на слух. Если хотите глазами - смотрите на ключевые и случайные звуки.