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大脑怎么听音乐?
新闻来源:    点击数:104    更新时间:2019-12-04 12:04:41    收藏此页

音乐包围着我们─我们可不愿没有音乐。


激昂的交响乐逐渐推向高潮,令人热泪盈眶,脊梁骨好像通了电流,身子震颤不已;渐次增强的背景音乐,为电影与电视影像添加了情绪感染力;球赛中,管风琴演奏者让我们一齐起立、欢呼;父母轻声吟唱,安抚婴儿


我们对音乐喜爱源远流长,自文明草创,我们就会创作音乐。人类最晚在三万年前,就会演奏骨笛、打击乐器与单簧口琴。世上每个社会都会有音乐。此外,我们似乎天生就能欣赏音乐。两个月大的婴儿就爱聆听令人愉悦的协和音,不爱听不协和音。交响乐终曲让人产生感动的震颤,那时大脑里最活跃的区域,我们吃巧克力、做爱或吸食古柯碱都会兴奋,全是同样的快乐中枢。




这是从法国一处遗址出土的骨笛,最晚也是3万2000年前的遗物。它证实了人类从文明草创,就会演奏音乐。


人人爱音乐;音乐有独特的魅力,专门搅合情绪。为什么到处都有音乐?为什么音乐对我们这么重要?这是个有趣的生物学谜团。难道音乐能增进人类的生存或生殖机会?美国新墨西哥大学的心理学家米勒(Geoffrey·F·Miller)就主张,音乐能协助求偶。或者,像英国利物浦大学灵长类行为学家邓巴(Robin M.Dunbar)所说的,音乐当初发展出来,是为了促进社会凝聚力,因为人类社群大到一个程度之后,传统的“理毛”(Grooming)手段就不灵光了。另一方面,说不定音乐原先是演化的意外产物,不过碰巧能挑逗我们脑子的幻觉,才造成皆大欢喜的结果,以美国哈佛大学心理学教授平克(Steve·Pinker)的话来说,音乐只是“听觉的乳酪蛋糕“,是耶?非耶?


对这个演化问题,神经科学家还不能拍板下结论。但是最近几年,我们开始对音乐的神经基础有比较明确的知识,例如大脑处理音乐讯息的中枢,以及处理的方式。这些知识是回答演化问题的基础。对脑伤病人的研究,以及利用神经影像作者:技术研究正常人的大脑,已经产生了一个令人意外的结论:我们的脑子里没有专门处理音乐的中枢。音乐涉及许多区域,分布在整个脑子里,有些区域通常涉及其他种类的认知活动。而参与处理音乐的区域,也会因个人的经验与音乐训练而异。在我们的感官中,耳朵的感觉细胞最少,内耳只有3500个毛细胞,而眼睛有一亿个感光细胞。不过,我们对音乐的心理反应却能与时变化,极为灵活,甚至只要花一点工夫,就能令大脑调整处理音乐讯息的方式。


心灵之歌


从脑伤的作曲家身上,我们可以发现大脑并没有专门负责音乐的中枢,而且音乐和语言在大脑中是分别处理的。

现代神经影像学技术问世之前,科学家研究大脑处理音乐的机制,主要的线索来自脑伤病人(包括著名的作曲家),他们因为受伤,中风或是其他疾病,大脑运作出了毛病。举例来说,法国作曲家拉威尔(Maurice Ravel)自1933年开始出现一些症状,显示他的脑子可能正在局部退化(就是脑子某些区域萎缩了)。他的思考能力仍然完整,听到自己作的曲子都记得,也还能练钢琴指法,但就是无法作曲。他对友人说起他想写的歌剧“圣女贞德”:“......这出歌剧就在这儿,在我的脑子里。我听得见它,但是我没法写。我完了。我再也不能作曲了。“四年后,拉威尔就过世了。他死前脑子动过手术,但显然并不成功。拉威尔的病例显示,大脑也许真的没有一个专门负责音乐的中枢。


另一位作曲家的遭遇则进一步指出,音乐与语言在大脑中是分别处理的1953年,俄国作曲家谢巴林(维萨里昂Shebalin)中风了,不能说话也一千不懂别人说的话,可是他还能作曲,10年后才过世。这个病例看来证实了音乐与语言各有各的神经基础。不过,最近的研究结论丰富了我们的理解,这涉及音乐与语言所共有的两个特征:两者皆是传讯媒介,以及每个都有语法(支配乐音与字词组合的一套规则)。美国加州圣地牙哥神经科学研究所(NSI)的巴特尔(Aniruddh D.帕特尔)博士利用神经影像技术,发现大脑额叶有个区域与音乐及语言的语法都有关,大脑其他区域则处理两者其他的相关面相。



会听音乐的大脑


■自从人类有文化以来,音乐就普遍存在于世上每个社会。我们似乎天生就喜爱音乐,两个月大的婴儿就会把头偏向播放愉悦音乐的一侧。


■脑子有许多处理音乐的区域,无论是知觉面,还是情绪面;脑子也会随经验调整功能组织,对重要的音乐讯息做出更强烈的反应。


■音乐为何那么动人音乐对我们有什么重要?研究脑子如何处理音乐的科学家,正在奠定我们回答这些问题的基础。




以神经影像技术做的研究,也让我们更细致地了解大脑对于音乐的反应。要是我们对耳朵的传声机制有些了解(见右页<大脑处理音乐的机制),更能掌握这些研究结果的意义。听觉系统与其他的感觉系统一样,也有个层级组织,由一串神经处理站组成,将声音从耳朵一直送到最高层的听觉皮质内耳的耳蜗是神经系统处理声音讯息(例如乐音)的起点。耳蜗接收到复杂的声音,例如小提琴的琴声,就会将其中的基础频率分析出来,然后将这些资讯送入一千神经。一千神经中有许多神经纤维,不同频率的声音刺激由不同的纤维传送。这些神经纤维的神经冲动最后会传入大脑颞叶的听觉皮质。大脑听觉系统的神经元,各有各的最宜反应频率,相邻神经元的反应曲线有重叠之处,因此不会有“漏接”的情事。由于听觉皮质上邻近的神经元有相近的最宜反应频率,于是我们能在听觉皮质表面找出一张频率分布图(见下方将脑子重新定调>)。




将脑子重新定调
每个听觉神经元都有反应偏好,对特定音频反应得特别热烈(a)所示。
要是动物学会某个特定乐音什么。重要的,神经元的反应模式就会变化(B)。
这种细胞调适能“编辑”大鼠大脑上的频率分布图,使皮质以较大的区域处理一个重要乐音。
例如,要是8千赫这个频率变得重要,负责这个频率的区域就会变大(C)。




不过,大脑对音乐的反应更复杂些。音乐包括一串乐音,知觉音乐,必须抓住声音之间的关系。大脑有许多区域分别处理音乐的不同要素。就拿乐音来说吧,它包括频率与响度两个要素。有一度学者怀疑,已经针对特定频率调出最宜反应模式的神经元,只要侦测到那个频率,就会以同样的方式反应,不会改变。


音乐的各面相由大脑不同部位处理,右颞叶偏重处理和声以及音色,左颞叶则处理较短的节奏刺激。

但是到了1980年代末,麦肯纳(托马斯·麦肯纳)在我的实验室(美国加州大学尔湾分校)与我一齐研究“轮廓”,我们开始质疑这个传统看法。所谓轮廓是指音高(音高)起伏的模式,那是所有旋律的基础。我们以五个乐音创作轮廓不同的旋律,然后观察猫听觉皮质上某个神经元的反应。我们发现,神经元的反应随旋律的轮廓而变化:神经元对特定乐音的反应,随那个乐音在旋律中的位置而变。同样的乐音,要是前面有其他乐音,神经元也许反应得特别热烈;如果它是第一个乐音,反应就颇为冷淡。还有,同样的乐音要是出现在上升轮廓中,神经元的反应与它出现在下降轮廓中或其他复杂轮廓中也不同。这些发现证明,旋律的组成模式大有关系:听觉系统处理声音的方式,与电话或音响系统不同。CL1只是单纯地传送声音罢了。大多数的研究以旋律为主,但是研究节奏(乐音的相对长度与间隔),和声(同时出现的乐音间的关系)以及音色(两个乐器演奏同一个乐音时的声音差异)都得到了有意思的结果。科学家研究节奏,发现两个大脑半球涉入的程度不同,至于哪个半球涉入较深,不同的研究团队得出不同的结论。因为不同的作业(甚至不同的节奏刺激)可能必须动用不同的处理模式。举例来说,左颞叶似乎处理的是比较短的刺激,因此让受试者收听比较短的音乐,要求他分辨节奏,就会发现他的左颞叶比较活跃。


在和声方面,情况就比较清晰。科学家让受试者专注于和声,以神经影像技术观察他们的大脑皮质,发现右颞叶的听觉区比较活跃。右颞叶也偏重处理音色。动过右颞叶切除手术的病人,会难以分辨音色,切除左颞叶的病人就不会。此外,正常人在分辨音色的时候,右颞叶就会活跃。


大脑的反应也与听者的经验与训练有关。即使一点点训练都能很快改变大脑的反应。举例来说,直到10年前,科学家还相信听觉皮质的每个神经元一旦“定音“,就不再变了。不过,我们研究轮廓的结果,使我们怀疑神经元即使“定音”之后,也许还能改变。也就是说,在学习过程中,有些神经元会对。CL1注意到而且记住的声音变得格外敏感。



为了证实这个想法,巴金(Jon S.Bakin),埃德林(Jean-Marc Edeline)与我在1990年年代做了一系列实验。我们想知道,要是受试者经过学习而知道某个乐音非常重要,听觉皮质的基本组织会不会变化?我们以天竺鼠做实验,先让。CL1一千许多不同的乐音,并记录听觉皮质不同神经元的反应,找出最能激发强烈反应的乐音。然后,我们选一个不会激发强烈反应的乐音,让它成为脚遭到轻微电击的前兆。只消几分钟,天竺鼠就学会了这个“乐音-电击”关联。接着,我们再度观察一千觉皮质神经元的反应─训练之后立即就做,隔些时候再做,直到训练后两个月为止。结果,神经元的“定音”改变了,前兆乐音才会引发热烈的反应,与原先的最宜频率不同。可见学习会令大脑重新定音,使更多神经元对必须采取行动的声音做出最宜反应。这个细胞调整的过程会向外延伸,“编辑”皮质的频率分布图,让更大的皮质区域处理重要的乐音。想知道哪些频率对动物很重要,只消找出它听觉皮质的频率组织就成了(见左页<将脑子重新定调>)。


重新定音的效果相当持久,毋需更多训练就会增强,几个月都不消褪。这些发现开创了一个研究方向,更多研究团队加入之后,发现大脑储存作者:习结果的方式之一,是投入更多神经元处理那个作者:得的刺激。我们不能以人做同样的实验,但是利用神经影像技术做研究,能在大脑皮质各个区域侦测到几千个神经元平均反应幅度的变化。英国旅店,假日旅游套餐,旅游指南等等的资讯大学神经心理学教授杜兰(雷刀郎)的团队,训练人类受试者从事类似的作业,让他们学会某个特定乐音是重要的。1998年年,他们发表报告指出,学习也能在人类大脑造成同样的定音变化。我们在嘈杂的房间里,很快就能辨认一个熟悉的旋律,罹患神经退化疾病的人,例如阿兹海默。心理学心理学_AT_患者,即使记忆丧失得厉害,仍然记得过去作者:过的音乐。这些现象也许都可以用“学习(重新定音)的长期效果“来解释。


即使我们没有听见声音,仍然可以回忆一首音乐,像是正在聆听似的。挑一首你知道的曲子,在脑袋里放出来,任何一首都成。这首音乐正在脑子的哪个地方播放?美国巴克内尔大学心理学教授郝普恩(安德烈R.哈尔彭)与加拿大马吉尔大学蒙特娄神经作者:研究所教授扎佗(罗伯特J. Zatorre)研究过这个问题。他们找来做实验的人都不是音乐家。在受试者聆听音乐或想像自己正在听同一首曲子的时候,以正子断层扫描仪观察他们大脑的活动,1999年,他们发表报告指出,颞叶有许多区域不但在聆听音乐的时候活动得热烈,想像音乐时也会热烈活动。


音乐家的大脑


对音乐家做的研究,将前面报导的许多结论扩张了,以令人印象深刻的方式证实:大脑为了处理音乐讯息,能够修改自己的布线模式。前面提过,轻微的训练就能增加反应神经元的数量,long-term训练能使大脑更为热烈地反应,甚至发生实质上的改变。音乐家就是证据“。通常他们每天都要练上许多小时,数年不断,结果他们对音乐的反应与一般人不同,而他们大脑的某些区域,变得特别发达。


1998年,潘特夫(Christo Panteve)还在德国的蒙斯特大学,他的团队发表了一篇报告,指出音乐家聆听钢琴演奏的时候,左半球听觉区热烈活动的区域比一般人大了25%,但只有音乐乐音才能引起这种反应,非音乐的声音就不成。他们还发现,越早作者:音乐的人,对音乐反应的区域越大。对儿童做的研究显示,早期的音乐经验也许能促进大脑发育。加拿大安大略省麦克马斯特大学的夏茵(安托万·沙欣),罗伯兹(拉里·E.罗伯茨)和特雷纳(桂冠J.特雷纳)以四,五岁的儿童做实验,研究他们的大脑对钢琴音,小提琴音和纯音的反应,2004年,他们指出,在家里接触音乐较多的孩子,大脑听觉区的活动比较强,没接触过那么多音乐的孩子,必须年长三岁才会那么强。


音乐家对声音的反应比较强烈,部份原因是他们的听觉皮质面积比较大,2002年,德国海德堡大学史奈德(彼得·施奈德)所领导的团队发表报告指出,音乐家的听觉皮质体积是一般人的1.3倍。听觉皮质体积增加的幅度与音乐家接受训练的程度有关,也就是说,学习音乐会使处理音乐的神经元数量增加,练得越多,增加得越多。


此外,使用手指演奏性能乐器的音乐家,大脑控制演奏手指的区域较大,1995年,德国康士坦兹大学的埃尔伯特(托马斯埃尔伯特哈)团队发表报告指出,小提琴家的大脑中,接收左手食指到小指触觉讯息的区域比较大(那几根手指在演奏时必须迅速而复杂地移动)。相对地,接收右手讯息的大脑皮质区域并没有扩大,因为右手只拉弓,手指has been lost,destroyed做特殊的动作。一般人就没有这种差异。还有,2001年,现在已转到加拿大多伦多大学罗特曼研究所的潘特夫指出,职业喇叭手的大脑只对喇叭乐声热烈反应,对其他声音的反应都不热烈,即使是小提琴音也罢。


音乐家还必须发展使用双手的本领,特别是演奏键盘的音乐家。因此,我们会预期,大脑左,右半球运动区的协调呼应有解剖学基础。果不其然。联系大脑左,右半球的神经束叫做胼胝体,连络左,右运动区的神经纤维位于胼胝体前端。音乐家的胼胝体前端较一般人大,且越早学音乐的人增加幅度越大。其他研究也指出,音乐家的运动皮质与小脑(运动协调机构)都比较大。

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