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user: 2. 音乐学习对个体脑的重要意义 近年来迅猛发展的脑科学为人们认识经验对于大脑的塑造作用提供了独特而又宝贵的视角，使人们能够在行为研究的基础上，进一步探索相应的神经基础与脑可塑性的改变。这些新的神经科学的研究手段同样也为音乐学习与音乐教育带来了新的实证依据与启示。音乐经验是一种多感觉通道的体验，涉及运动、体感、听觉、视觉、空间加工与定位以及这些不同形式加工多种不同整合。这种多通道的经验可以促进脑的全面发展，使脑产生相应结构与功能的可塑性变化。音乐经验同时促进个体社会性技能与语言能力的提高，还可以促进其他领域的认知智力发展(  Dawson， 2014; Moreno & Bidelman， 2014 ;  Kraus， Hornickel， Strait， Slater， & Thompson， 2014 ;  Francois， Grau-Sanchez， Duarte， & Rodriguez-Fornells， 2015 ;  Tierney， Krizman， & Kraus， 2015 ;  Strait， Slater， O’Connell， & Kraus， 2015 )。 2.1. 音乐的情绪反应及其对健康的促进作用 聆听或者演奏音乐经常伴随着强烈的情绪体验。寻求这些特殊的情绪体验通常是人们喜爱音乐的首要原因。音乐的情绪知觉很可能是一个独立的系统，涉及到一系列与动机、社会性与奖赏有关的脑区。经颅磁刺激研究发现，相对于中性音乐，令人恐惧的音乐可以在皮层运动区诱发出更大的运动诱发电位(motor evoked potentials， MEP)  (Giovannelli et al.， 2012) 。运用近红外成像技术可以观察到前额叶皮层对音乐情绪内容的自动反应  (Moghimi， Kushki， Power， Guerguerian， & Chau， 2012) 。早期的正电子发射计算机断层扫描研究发现，被试在聆听音乐小段时旁边缘与新皮质区随着音乐愉悦度的不同而产生不同的变化  (Blood， Zatorre， Bermudez， & Evans， 1999) 。随后的研究表明  (Blood & Zatorre， 2001) ，愉悦的音乐之所以使人激动得颤栗是因为其主要激活了脑内负责奖赏与动机的区域(比如基底前脑，脑干以及眶额皮层)。另外一个研究发现普通被试聆听不熟悉但却非常喜欢的音乐时可以激活双侧的边缘与旁边缘区  (Brown， Martinez， & Parsons， 2004) 。脑损伤研究进一步提示一些重要脑区的损伤会导致相应的音乐情绪认知障碍。根据对一位71岁病人的个案研究，右脑顶叶梗塞导致病人选择性的音乐情绪感知障碍：病人出现脑梗塞之后即无法感知之前能够正常感受的音乐片段的情绪内涵  (Satoh， Nakase， Nagata， & Tomimoto， 2011) 。这也同时说明右侧顶叶在音乐情绪加工中可能有重要的作用。另外一个研究表明，杏仁核在音乐的情感加工过程中起着重要的作用，杏仁核损伤导致音乐情感加工障碍  (Gosselin， Peretz， Johnsen， & Adolphs， 2007) 。 音乐诱发情绪反应是基于人体一系列的生理反应变化，包括心率、呼吸、血压、皮肤电传导、皮温、肌张力以及生化反应。更重要的是，音乐可以促进脑释放特定的情绪相关神经递质。与不愉悦的音乐相比，聆听愉悦的音乐可以提高被试的血清素(五羟色胺，serotonin，5-HT)水平  (Evers & Suhr， 2000) 。聆听愉悦音乐也可以提高多巴胺水平  (Zatorre & Salimpoor， 2013) ，并且增强负责奖赏、自主与认知加工的脑区之间的联系  (Menon & Levitin， 2005) 。甚至连高血压的老鼠在听莫扎特音乐时也会出现多巴胺水平提高及血压降低的现象  (Sutoo & Akiyama， 2004) 。 音乐诱发的躯体化学改变及其相应的情绪调节作用有重要的健康促进意义，在医学领域引起了极大兴趣。临床上有报道使用音乐来减轻疼痛的有效实践，可以加速康复并减少麻醉药物的剂量  (Spintge， 2000) 。手术过程中，轻柔的背景音乐可以促进医患之间更有效的沟通  (Zalewsky， Vinker， Fiada， Livon， & Kitai， 1998) 。最近的临床随机对照实验研究表明，以玻璃体注射为例，术前与术中聆听经典音乐有助于减轻病人的焦虑情绪，虽然病人的痛感并没有显著变化  (Chen， Seth， Rao， Huang， & Adelman， 2012) 。 2.2. 音乐经验对脑结构的塑造作用 脑的解剖结构与生理机能受到人毕生经历的影响  (Stiles， 2000) 。长期音乐学习在提高相应音乐能力的同时，也改变脑的形态结构。音乐家的脑是研究音乐学习相关神经结构可塑性的完美模型。一系列比较音乐家与非音乐家脑结构的研究发现，音乐家通常比非音乐家有更大的胼胝体  (Schlaug， Jancke， Huang， Staiger， & Steinmetz， 1995) 、小脑(仅限于男性)  (Hutchinson， Lee， Gaab， & Schlaug， 2003) 、左侧颞平面(仅限于具有绝对音高的音乐家)  (Schlaug， Jancke， Huang， & Steinmetz， 1995) 以及Omega标记(位于中央前回上部，与功能性手部/手指运动表征的增大有关)  (Bangert & Schlaug， 2006) 。通常，如果在七岁之前就正式开始音乐训练，这些脑区的变化就更为明显。比如，较早开始音乐训练的钢琴家比较晚开始音乐训练的钢琴家右侧壳核的灰质体积更小，且相应的钢琴演奏的时间精确性更强  (Vaquero et al.， 2015) 。一项对儿童进行长时间音乐训练的纵向研究表明，15个月的键盘演奏训练可以改变初级运动与听觉皮层以及胼胝体的结构改变  (Hyde et al.， 2009) ，这说明与音乐经验相关的脑部结构改变很可能也受到音乐经验本身的影响，而并非全部由音乐家的先天特性所决定。 音乐学习不但可以改变不同脑区的结构，而且可以影响脑区之间的白质神经纤维连接。运用弥散张量成像技术，最近的一些研究揭示了上纵束(superior longitudinal fasciculus， SLF)与弓形束(arcuate fasciculus， AF)在音乐家与没有受到正规音乐训练的正常被试之间的宏观与微观结构差异。上纵束是脑内音乐与语言感知和产生的重要神经通路，研究表明，具有绝对音高能力(即可以不用参考音对单独的音符进行命名)的音乐家与一般音乐家、普通正常对照相比，其左侧上纵束的各向异性分数(fractional anisotropy， FA)比右侧更大，并且这种一侧化倾向与绝对音高行为测试反应的准确性正相关  (Oechslin， Imfeld， Loenneker， Meyer， & Jancke， 2009) 。最近的一个研究比较了歌唱家、器乐演奏者与普通正常对照弓形束结构的差别，发现两组音乐家相对于正常对照有更大的左右弓形束，且其各向异性分数也更高  (Halwani， Loui， Ruber， & Schlaug， 2011) 。更重要的是，这些研究者发现，歌唱家比器乐演奏者左侧弓形束更大，但各向异性分数较低，且这种结构特点与歌唱家声乐训练的时间长短密切相关：训练时间越长，则各向异性分数更低  (Halwani et al.， 2011) 。这些结果说明长期的音乐训练可以导致连接不同脑区的白质纤维束体积增大且微观结构更复杂。 2.3. 音乐经验对不同脑功能的作用 音乐经验广泛地影响听觉、视觉、体感运动与记忆等多种基本脑功能的可塑性。早期长时间的音乐训练可以提高听觉系统的敏感性  (Meyer et al.， 2011) ，具体表现为音乐家的声音加工优势—包括复杂旋律  (Fujioka， Trainor， Ross， Kakigi， & Pantev， 2004) 、和弦序列  (Koelsch， Schmidt， & Kansok， 2002) 以及言语刺激  (Besson， Chobert， & Marie， 2011) 等。除听觉外，音乐家在体感与运动加工方面的优势也非常明显(  Elbert， Pantev， Wienbruch， Rockstroh， & Taub， 1995 ;  Lotze， Scheler， Tan， Braun， & Birbaumer， 2003) 。更重要的是，横断研究表明音乐经验还会促进不同系统的功能整合与交互  (Schulz， Ross， & Pantev， 2003) 。这种音乐训练所涉及的不同脑区之间的功能交互与整合很可能是与音乐经验相关的各种相对独立的系统功能提高的重要基础机制，正是在这种多系统共同作用实现诸多功能优化整合的基础上，才会有不同的相对独立脑功能的显著提高。 音乐与脑功能可塑性的密切关系对教育与医疗具有重要的应用意义。在这些领域，一个曾经得到广泛关注的概念要属“莫扎特效应”(  Jausovec， Jausovec， & Gerlic， 2006; Ho， Mason， & Spence， 2007; Lints & Gadbois， 2003 ;  Gilleta， Vrbancic， Elias， & Saucier， 2003; Hughes， 2001 ;  Rauscher & Shaw， 1998; Newman et al.， 1995) 。最初的研究者先请大学生聆听莫扎特奏鸣曲K. 448的前十分钟，然后再进行空间-时间推理任务。与听放松指导语或者不听任何声音的条件相比，听莫扎特奏鸣曲的大学生在空间-时间推理任务上得分更高  (Rauscher & Shaw， 1998) 。该作用效果较小且持续的时间也很短，但却被夸大宣传为一种提高儿童智力的捷径，一度产生了大量缺少事实根据的文章、书籍以及唱片。目前在儿童群体中是否存在莫扎特效应仍然有很大争议，更明确的结论只有通过下一步的纵向随机对照研究才可能得出。 2.3.1. 语言 对音乐经验或者能力向语言领域迁移的理论理解主要是基于两个方面：1) 音乐与语言存在共享的加工过程；2) 音乐经验可以提高听觉注意与记忆能力，促进语音知觉与提高语音意识，进而改善语言功能  (Besson et al.， 2011; Chobert， Marie， Francois， Schon， & Besson， 2011) 。 音乐与语言作为人类社会两种主要的沟通方式，存在着许多共同点。以音高为例，作为音乐与语言的重要构成元素，音高的具体表现形式与声学物理属性虽然有领域特异性，但其相关的神经基础却存在跨领域的共通之处。我们最近的一项研究表明，音乐的音高与语言领域的声调在脑内各自的神经网络涉及到共用的脑区—即左侧的布洛卡区(Broca’s area，负责语言加工的脑区，运动性语言中枢)  (Nan & Friederici， 2013) 。这种部分共享的神经基础很好地解释了行为  (Lee & Hung， 2008) 与脑干诱发电位  (Wong， Skoe， Russo， Dees， & Kraus， 2007) 的一致研究结果：即便没有声调语言经验，音乐专业成人亦比普通成人对汉语声调的加工更为精准。更多的研究发现，这种由音乐音高加工能力向语言领域的迁移并不只局限于声调语言，音乐经验也有助于非声调语言中音高属性的加工。法国马塞Besson教授的研究小组的一系列工作表明，具有专业音乐经验的成人和儿童都比没有音乐经验的同龄人能够更准确地检测到语调的细微变化。脑电研究发现，音乐专业的成人对语调变化的脑电反应比普通成人出现得更早  (Schon， Magne， & Besson， 2004) ；而在儿童群体，只有受过音乐训练的儿童才产生语调变化相关的脑电反应  (Magne， Schon， & Besson， 2006) 。 此外，音乐经验还可以通过促进听觉注意与记忆加工进而提高或者改善某些特异性的语言功能，比如语音加工及噪音环境中的语音识别。运用MMN (失匹配负波，mismatch negativity)与行为的手段，研究者发现受过音乐训练的9岁儿童对于语音音节的元音时长与噪音起始时间(VOT， voice onset time)的脑电与行为加工比没有受过音乐训练的9岁儿童要更为精准  (Chobert et al.， 2011) 。这个横断研究的结果被随后的纵向追踪研究证实，音乐训练的确可以促进儿童VOT相关的语音加工  (Chobert， Francois， Velay， & Besson， 2014) 。成人的类似横断研究也表明，与非音乐家相比，音乐家对不同语音/ba//da//ga/在脑干水平的感知加工区分更准确，而且与行为层面的噪音背景下语音识别能力成正相关  (Parbery-Clark， Tierney， Strait， & Kraus， 2012) 。有关横断研究还表明，音乐经验也许可以对抗老化引起的噪音背景下语音感知能力的降低：具有音乐经验的老年人在噪音背景下识别语音的能力与听觉工作记忆水平都显著地高出年龄与教育水平匹配但没有音乐经验的老年人  (Parbery-Clark， Strait， Anderson， Hittner， & Kraus， 2011) 。 在较高的水平，音乐经验向语言领域的迁移作用最明确的直接体现就是言语能力的提高。横断研究表明，经过3年以上音乐训练的儿童比没有音乐经验的控制组儿童词汇量更大  (Forgeard， Winner， Norton， & Schlaug， 2008) 。一项横断研究考察了194名小学三年级男孩，发现演奏乐器的男孩(大约占53%)比没有音乐经验的男孩拼写能力更强，器乐经验与拼写能力的正向关系在控制了环境因素后依然存在  (Hille， Gust， Bitz， & Kammer， 2011) 。成人的类似横断研究也表明，受过5年以上音乐训练的大学生比音乐经验在5年以下的同龄人字表测验成绩更好  (Hogan & Huesman， 2008) 。一些研究者已经逐步开展针对儿童言语发育迟缓的音乐训练干预，初步的结果支持音乐训练提高语音能力并增强言语理解的研究假设  (Gross， Linden， & Ostermann， 2010) 。新近的一篇元分析的工作表明，音乐训练确实可以促进语音意识的增强  (Gordon， Fehd， & McCandliss， 2015) 。 2.3.2. 社会性 前述音乐的情绪反应构成音乐学习促进脑社会性认知发展作用的重要基础。从根本上来讲，音乐其实是一种社会性的活动。音乐经验很可能是通过激活奖赏系统强化人的社会性的。行为研究的结果表明，音乐的社会性特点对于2岁半的孩子来说就已经非常明显。研究者观察三组不同年龄段的孩子(分别是2岁半，3岁半与4岁半三组，每组12人)在三种不同的社会情境下(分别为有一个人在打鼓，一个打鼓机器在打鼓或者只有一个扬声器播放打鼓的声音)参与打鼓活动的表现。研究者发现，在与人一起打鼓时，就连2岁半的孩子也可以跟随超出他们自发运动节拍的鼓点；并且所有年龄组的孩子都在与人一起打鼓时表现出最高的准确率  (Kirschner & Tomasello， 2009) 。该研究同时也表明，音乐活动的社会性可以正向调节音乐行为。另外一个功能核磁研究对于成年女性(没有接受过正规音乐训练的)在打鼓时进行扫描发现，被试与主试步调一致的打鼓行为会激活尾状核，以往研究表明尾状核同时也是对金钱奖赏产生反应的脑区。在这个研究中还进一步发现，尾状核的激活程度与实验后的亲社会行为成正相关—尾状核的激活水平越高，亲社会行为表现越明显  (Kokal， Engel， Kirschner， & Keysers， 2011) 。由此可见，音乐活动中普遍存在的人际同步行为很可能也是受到脑的奖赏回路的调节。 同理，社会性方面的障碍的一个显著表现即是对于音乐情绪的反应异常。社会沟通交往技能障碍是自闭症个体的重要行为问题，其根基即可能为情绪认知障碍。功能核磁共振成像的研究表明，自闭症个体对于音乐情绪的脑区激活与正常对照被试相比有异常，主要表现在前运动区与脑岛前部的激活减低，这种反应在聆听愉悦音乐时尤其明显  (Caria， Venuti， & de Falco， 2011) 。类似地，脑损伤研究表明，额颞叶变性病人(frontotemporal lobar degeneration， FTLD)的社会性功能障碍与其对同种主要音乐情感(高兴、悲伤、愤怒与恐惧等)的认知障碍密切相关，这种行为反应的问题与脑灰质的减少变化一致，涉及到广泛的与社会认知相关的脑区，包括脑岛、眶额皮层、扣带前回、内侧前额叶，颞叶前部、后侧颞顶区以及杏仁核等  (Omar et al.， 2011) 。