音乐与人脑的发展

《音乐与人脑的发展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《音乐与人脑的发展（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、音乐与人脑的发展劳伦斯帕森斯是英国谢菲尔德大学(University of Sheffield, UK认 知神经学教授。20012021 年，帕森斯博士在美国主要的科学与工 程研究和教育捐助机构美国国家科学基金会的资助下，负责实施 一个认知神经系统科学研究计划。在该基金会资助的众多计划中，该 计划是第一个研究人脑功能的计划。19952021 年，他担任德州大 学圣安东尼奥健康科学中心下属的科学成像中心的放射学和神经学 教授。目前他在社会神经系统科学杂志编辑部工作，是国际音乐 研究基金会理事以及即将由牛津大学出版社出版的音乐的新认知神 经科学一书的编辑。2021 年他组织举办了第一个关于音乐与大

2、脑 的大型专题研讨会(人类大脑映像学会会议)，并在伦敦的英国皇家科 学研究所举办了第一个关于音乐与大脑研究的大型公众演讲会。他的 研究得到了以下单位的资助：美国国家卫生研究所、美国国家科学基 金会、美国国家录制艺术与科学学会、美国国立医学图书馆、雪佛 龙德士古基金会(Chevron Texaco Foundation)、国际音乐研究基金会、 斯隆基金会(Sloan Foundation)、仙童基金(Fairchild Foundation)以及 麦克唐奈基金(McDonnell Foundation)。在这篇简短的论文里，我把目前在认知神经学领域里有关音乐如 何在人的大脑中生成的最新研究挑选出

3、来进行审视。涉及到的主题包 括音乐的演变、其它动物身上类似音乐的能力；大脑的成熟、音乐训 练对大脑功能和结构的影响、人类唱歌、即兴创作、钢琴演奏、跳舞 和对音乐特征感知的大脑依据，以及大脑中的音乐系统和语言系统的 比较。研究认知、感知、行为和情感的大脑依据所需的方法 认知神经科学是一个新兴的、发展迅猛的多学科研究领域，它试 图把范围广泛的各种研究方法的成果综合起来。这些研究方法包括功 能上的和解剖学上的大脑成像、电生理学、基因分析、对神经性病人 和精神病病人的研究、跨物种比较、心理学实验、对成熟与发展的研究、大脑刺激、计算模拟等等（例如，Gazzaniga, 2021年；Sporns、 Ton

4、oni 和 Kotter， 2021 年； Archard、 Salvador、 Whitcher、 Suckling 和 Bullmore, 2021 年）。认知神经科学是基于这一假定,即认知 （心 理活动及行为）起始于神经组织的生物物理学的计算特性。认知神经 科学家研究的是一种心理过程,它把心理过程分解成一些基本的工序 然后试图在互不相连的大脑区域确定出每一道工序。研究人员着力从 功能上和解剖学上把每一块大脑区域与相邻区域区别开来,并对每一 块区域接受和发送的信息内容进行解释。在更加细微的层面上,我们 将对每一块区域里的神经元是如何执行我们所假定的工序予以解释。 最后,我们试图解释,分布在

5、大脑各处的那些基本工序作为一个系统 是如何自动地相互作用,以便进行感兴趣的心理过程。把这些方法应用于音乐感知、表演和认知等方面是在大约 10 年 前开始的，而在最近5年里才得到非常迅猛的发展（Peretz和Zatorre, 2021 年）。各种搞应用的从业者,包括那些从事教育、音乐教育、医 疗康复和治疗、音乐学以及音乐技术和艺术的人，对这一科学研究一 直抱有很大的兴趣。其他物种的音乐演变和类似音乐的能力 有证据表明，少数非人类物种具有类似音乐的能力成分。我将把 重点放在声乐学习、歌曲结构、聆听感知和发声表演上。声乐学习是 通过模仿学习获得发声法的能力。两种现存的脊椎类动物哺乳动 物（人类、蝙蝠

6、、鲸类、大象，可能还包括老鼠）和鸟类（蜂鸟、鹦 鹉和鸣禽）都具备这种能力（arvis，2021年）。这些能力有可能是在 大约6500万年前从共同的祖先那里演化而来的。鲸（Payne，2021 年）、鸟类（Catchpole 和 Slater，1995 年；Mann、Dingess 和 Slater， 2006）和长臂猿（Geissmann，2021年）都能够发出类似于歌声的有 声表达。这些物种的歌声都比较固定单调，发声结构随季节不同会有 些改变，可能也会有一些方言上的变异，表现出学习的能力。它们的 歌声通常是用来求偶或为了结伴，但显然并不像人类那样只是为了表 达快乐而歌唱。像人类一样，鲸鱼歌声

7、的表达在结构上是很好组织了 的，这样，根据物种具体的规则，较小的声音单位被组合成短语，用 来表达动机。由于与人类亲缘关系最为接近的动物（黑猩猩、非洲矮黑猩猩、 大猩猩、猩猩）并没有显示出任何音乐能力，因此其它哺乳动物和鸟 类身上的这种能力在遗传上与人类并不存在直接的联系。然而，在我 们的灵长类表亲动物身上却似乎存在着其他音乐成分。一些试图训练 其它动物识别与音乐相关的声音（如音高变化、音调旋律、和音、不 谐和音等）的研究表明，它们对这些声音刺激所作出的反应与人类大 不相同。不过，恒河猴表现出能听出相当于八度音阶的能力，尽管只 是在有音调的情境下（Wright等人，2021年）。这表明，人类音乐

8、的 两大核心特征八度音阶均等和音调中心，在亲缘关系密切的灵长 类动物大脑里存在着，尽管并不存在其他方面的音乐特征（歌曲制作、 对和音的偏好，等等）。可以假定，以八度音阶和音调为代表特征的 音高是一种被广泛利用的神经代码，不独独使用在音乐之中。这些研 究成果表明，人类音乐的结构是在这些早先存在的结构基础上演变而 来的。人类音乐的经验和技巧在各种不同的社会里具有普遍共性。像语 言一样，人类的音乐也很复杂，受到规则的约束，在各个发展阶段自 发地表达和完善，所有的个体都具有基本的音乐欣赏能力，只不过另 外一些人进一步努力，开发出了杰出的专业技巧。这些特征表明，音 乐是一种生物进化产物，一旦成熟，它在适

9、当的时机受到环境刺激便 会成形，经过大脑各个区域的加工便最终得以完成。人类音乐的特点是：以音调为中心的组织结构、暂时的同步以及 同步条件下的多重发声。后者的复杂表演长久以来一直被认为是人类 所独有的能力，但最新的研究成果表明，某些鸟类可以发出交互轮唱 的四重同步合唱（Mann、Dingess和Slater, 2021年）。人类音乐当 然始自于唱歌。众所周知，某些乐器（如骨制的笛子等）早在五万年 前（保存得不是很好：Kunej和Turk，2021年）就已出现，也有人说 是在八千年前（保存得很好，现在还可以发出自然音阶的各个音调： Zhang 等人，1999 年）。大脑成熟与音乐能力的开发近年来的

10、认知神经科学研究成果表明，特定的音乐经验和技巧各 有互不相关联的大脑系统和计算法，而这些系统分布在整个大脑区域 这些研究成果可以通过对唱歌、即兴创作、弹奏钢琴和跳舞的健康个 人进行功能神经成像研究来加以说明。此外，还有对个别遭受大脑损 伤或患有基因紊乱的个人进行相关研究，不过在此我将不对那些重要 研究工作进行描述。但是，在讨论这些主题之前，我们应该考虑人类 大脑的成熟变化以及在婴幼儿早期音乐感知、欣赏和能力的某些关键 方面。刚出生时，人的神经元，即大脑的基本单位，平均有大约 2500 个突触（或者说与其它神经元的联络）。到了 3 岁时，每个神经元平 均有大约15,000 个突触。在 3 岁时的

11、这一峰值可能与这一事实相关， 那就是，与其它哺乳动物相比，人类其实于怀孕时期，即出生约一年 前已有生命。这种早生使得新生儿的头骨（比较大，以承受我们比较 大的头脑）可以从母亲的产道里出来。产道在宽度上受到限制，因为 要求生产姿势稳定，便于直立行走。从 3 岁开始，这种神经连通性便 逐渐减少，这样，到了成人时，每个神经元平均有7,000 个突触。因 此，大脑成熟的过程涉及到对神经联络的修剪，在早期生长过多，然 后逐渐减少，变成更有效率、更为活跃的突触和线路。大脑的不同区域成熟率各不相同（Gogtay等人，2021年）。通过 测量出灰质（神经胶质、脉管系统、神经元）与白质（神经轴突）的 比率，额叶

12、的成熟顺序由后到前（从运动皮层发展到前运动皮层和更 高的认知能力），额极与运动皮层在同一时间成熟。在大脑后部，成 熟首先始于主要感觉区，然后向后扩展，穿越顶叶，枕叶与主要感觉 区在同一时间成熟。侧部的颞叶最后成熟。这种大脑成熟方式似乎与 认知、感觉和运动过程的发展进程是一致的。各种感觉和运动能力在 很早便出现了，然后出现的是空间定位、说话、语言和基本的注意力 技能。相对出现得较晚的技能是执行功能、更高度的注意力和运动协 调性。此外，普通智力的儿童表现出大脑皮层厚度先是变厚、然后在 大约 7 至 8 岁时变薄（由于修剪的结果），而那些高智商儿童在 13 岁 时大脑皮层厚度达到最高，然后是一个漫长

13、的不断增加、修剪的时期 （Shaw 等人，2021 年）。音乐能力的基本听觉成分很早就出现了，因为即便是非常年幼的 婴儿也会表现出像成人那样的多种能力。例如，仅有八个月大的婴儿 也能感知到音乐旋律的高低起伏，对音调旋律、调子变化、以及更简 单的“自然”音程都很敏感（Trehub、Bull和Thorne, 1984年；Trehub、 Thorpe 和 Trainor, 1990 年；Trainor 和 Trehub, 1992 年；Schellenberg 和 Trehub， 1996 年）。大脑结构的特征和与音乐训练的专门技术相关的功能 各种功能的神经成像研究已经说明了在与音乐训练相联系时大

14、脑的结构变化,通常是将各种专业音乐家、业余音乐家和非音乐家放 在一起进行比较。例如,尺寸更大或灰质密度更大的大脑区据报道存 在于主要听觉皮层的中间部分（赫氏回）、小脑、额下回、胼质体前 端和脑上顶叶皮质（Schneider等人，2021年；Amunts等人，1997 年； Schlaug 等人, 1995 年； Hutchinson 等人, 2021 年； Gaser 和 chlaug, 2021 年）。另外,有证据显示,在与音乐训练期间相关联的 胼胝体、内囊和拱形神经束中的白质髓鞘化在增加（Bengtsson等人， 2021 年）。同样,具体的功能或组织结构变化与音乐训练的程度一直 都有关联

15、。某些功能变化在相对短暂的训练之后可以观察到（Gaab等 人,在出版中； Stewart 等人, 2021 年）。与音乐能力和训练相关联的 大脑区域涉及到听觉、运动知觉和动作处理,反映出感觉运动能力方 面的独特音乐技能（通常与所掌握的乐器相关,如钢琴与小提琴演奏 者）,以及听觉感知、听觉-空间感知和绝对音高。对教育工作者尤其相关的是,有不少隐含的证据表明,音乐训练, 尤其是儿童时期的音乐训练,可以提高一定的非音乐认知或感知能力 其神经学上的依据还没有进行过仔细的研究。最强而有力的证据是可 以永久性地提高口头记忆力，这在成人音乐家（Chan、Ho和Cheung, 1998 年；Kilgour、J

16、akobson 和 Caddy，2021 年）和儿童（Ho、Cheung 和 Chan， 2021 年）身上都存在着。音乐和舞蹈的神经系统有人试图把支持音乐结构和能力的具体成分的大脑区域隔离开 来，他们的研究往往明显地暗示了每个特征的不同区域。这些试验一 般关心的是对音乐特征的感知或鉴别。研究成果表明，音高感知、音 高升降曲线、音程、音质、旋律、和谐、节奏、节拍、速度、持续时 间以及和声键的变化都各有明显不同的大脑系统在控制（例如，参见 Peretz 和 Zatorre 的评论， 2021 年）。现在我们转向对成年人在音乐和舞蹈表演中的神经过程的功能 研究。我和我的同事们分析过唱歌时的大脑依据（Brown、Martinez、 Hodges、 Fox 和 Parsons, 2004），当 10 名业余音乐家用重复音唱不 熟悉的旋律、用不熟悉的旋律唱和音或用单一的调子发声的时候，我 们使用正电子发射X线断层照相术（PET）来测量大脑血液流动情况 （因而也就测量了神经活动）。在每一项任务