摘 要 回顧并總結(jié)了近年來對音樂認知神經(jīng)基礎的研究結(jié)果，包括人類感知樂曲的音高、理解音樂的結(jié)構和意義中的腦基礎，音樂家和普通人在音樂認知上的腦功能差異，以及東西方聽眾在聆聽本土和非本土音樂時的腦活動差異，并對國內(nèi)利用腦功能成像技術和事件相關電位技術研究音樂認知的前景作出展望。
　　關鍵詞 音樂認知，神經(jīng)基礎，fMRI，ERP。
　　分類號 B842
　　
　　人們談論音樂，如同談論語言的雙生兄弟一般：音樂通過變化不同的聲學參數(shù)，猶如言語中的語音參數(shù)，傳達不同層次的信息；它遵循類似于語法的有限的規(guī)則，將可與詞匯相比擬的樂音排列組合成悅耳的曲調(diào)，最終建構出紛繁復雜的歌曲，而曲調(diào)和歌曲則類似于語言中的句子和文章[1]。人類的音樂能力如同他們的語言能力一樣，在很大程度上是先天性的，取決于進化、遺傳所決定的大腦特定神經(jīng)基礎。加拿大多倫多大學的研究者發(fā)現(xiàn)，6個月大的嬰兒對旋律輪廓（melodic contour）和節(jié)奏型（rhythmic pattern）的敏感程度已不亞于成人；即使是雙耳失聰?shù)哪赣H也能生下音樂知覺敏銳的孩子[2]。這表明，人類對音樂的敏感性源于大腦神經(jīng)網(wǎng)絡的特定生物機能。換言之，音樂不僅是人類文化的一部分，也可能是人類天性的一部分。
　　
　　1 樂曲的音高
　　
　　音樂和言語一樣，依賴頻域和時域變化來傳達信息。對任何一種音樂體系來說，音質(zhì)（tonal pitch）的變化都是至關重要的。音樂家通過調(diào)整音高來創(chuàng)造悅耳的音調(diào)，影響樂句切分（phrasing）[3]。
　　Peretz及其同事的研究顯示，雙側(cè)顳葉損傷的患者通常會失去唱歌的能力，也無法辨認從前熟悉的曲調(diào)[4,5]。一些更為系統(tǒng)的研究則表明，感知音高和處理頻域信息的職能主要由大腦右半球的顳葉承擔[6~15]。更具體地說，大腦右側(cè)顳葉聽皮層受損的患者往往難以分辨音高變化的方向[16]。而基于健康受試者的研究結(jié)果也表明，右半球的聽皮層對于音高的判斷和保持，節(jié)奏的想象和重復，音質(zhì)的評判，以及異常和弦的檢測都承擔者十分重要的功能（詳見文獻[3]）。
　　近來Zatoore（加拿大蒙特利爾神經(jīng)學研究所）和Belin（加拿大蒙特利爾大學）的功能性核磁共振成像（fMRI）研究表明，從總體上看，與左半球相比，大腦右半球?qū)︻l率變化（即音高變化）更為敏感。具體地說，左半球聽皮層前部和右半球顳上溝的某些區(qū)域在處理頻率信息的過程中有著顯著的激活（如圖1所示）[17]。由此可見，大腦右半球?qū)σ魳返母兄�，尤其是對其中音高變化的感知，十分重要�?
　　
　　2 音樂的結(jié)構
　　
　　像語言一樣，音樂也遵循其內(nèi)在復雜的規(guī)律并擁有精密的結(jié)構。音樂理論認為，和聲具有制約音樂形式的結(jié)構功能：它組織音高的縱向結(jié)合；確立或瓦解調(diào)性、調(diào)式；發(fā)展或終止某一結(jié)構；聽眾能根據(jù)前一段和聲預期隨之出現(xiàn)的和聲的特性。
　　關于和聲的事件相關電位（ERP）研究顯示，音樂序進（musical sequence）中突然出現(xiàn)的走調(diào)和弦（out-of-key chord）不僅在350ms左右誘發(fā)了大腦右半球前部的右前顳負電位（RATN），而且在600ms左右誘發(fā)了大腦后部的正電位（P600）[18]。此外，研究還表明，樂曲上下文中（musical context）不和諧的和弦也能很快誘發(fā)大腦右半球前部的右前負電位（ERAN）[19]。簡而言之，這些研究清楚地說明，人類大腦，特別是其右半球，對音樂是否和諧相當敏感。恰如和聲理論所認為的那樣，人們總是期望樂曲能保持一定的結(jié)構性和穩(wěn)定性[20]。
　　
　　圖1 與感知音高變化相關的腦區(qū)
　　
　　從右側(cè)看大腦橫切面的三維圖。圖中紅色區(qū)域分別位于左、右半球的顳上回前部和右半球的顳下溝（STS）。研究顯示，這些區(qū)域?qū)φZ音頻率的變化十分敏感。資料來源：文獻[3]
　　Maess等研究者（德國馬克斯－普朗克認知神經(jīng)科學研究所，2004年更名為馬克斯－普朗克人類認與和腦科學研究所）在腦磁圖（MEG）和源分析（source analysis）結(jié)果的基礎上進一步指出，對和聲序進（harmonic sequence）的分析和對走調(diào)和弦的覺察可能主要是由大腦左半球的布羅卡區(qū)及其右半球的對應腦區(qū)完成的（如圖2所示）[20]。雖然過去認為大腦左半球的布羅卡區(qū)主要負責語言認知任務中的句法加工，但隨著研究的逐步深入，人們發(fā)現(xiàn)這一腦區(qū)不僅加工語法規(guī)則，而且加工音樂規(guī)則。
　　
　　3 音樂的意義
　　
　　音樂理論家認為，作曲家用音樂來表達自己，音樂所傳達的意義是音樂不可或缺的一部分。音樂的意義既來自對客體聲音特征的模仿和對某種特定心情的營造，也來自音樂之外的聯(lián)想，以及音樂中時而緊張有力、時而輕快放松的節(jié)奏所激發(fā)的情感響應[21,22]。即使是一個從未聽過貝多芬第三交響曲的人也能夠在聆聽樂曲的過程中自然地聯(lián)想到“英雄”一詞，而不是“懦夫”。
　　
　　圖2與加工音樂規(guī)則相關的腦區(qū)
　　
　　從左至右分別為大腦左側(cè)矢狀面、軸狀面和右側(cè)矢狀面。黃色標明了大腦左半球的布羅卡區(qū)及其右半球的對應腦區(qū)。
　　源分析結(jié)果認為，這兩個區(qū)域在和聲模進的分析中起主要作用。資料來源：文獻[20]
　　
　　Koelsch等研究者（德國馬克斯－普朗克人類認知和腦科學研究所）用事件相關腦電位技術測量了樂曲選段是否能夠啟動相關的詞匯意義。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使聽眾是一些從沒聽過該樂曲的普通人，作曲家試圖在音樂中表達的意義也能很快地被聽眾理解，并激活相關的語義概念。例如，Schönberg在他的弦樂三重奏中描述了自己心臟病發(fā)作時的針刺感，其中的曲段在聽者的大腦中啟動了“針”這一語義概念。此外，那些被音樂術語描述為音域（pitch range）較窄的音樂段落會啟動“狹小”這一語義概念，反之，音域較寬的曲段會啟動“寬闊”這一語義概念。最后，斯特拉文斯基（Strawinsky）
　　
　　圖3 音樂意義加工中的N400效應
　　
　　上圖陰影所示部分表明，由與曲段意義相關的詞所誘發(fā)的負電位（實線）小于由與曲段意義無關的詞所誘發(fā)的負電位（虛線）。圖中坐標上負下正。其中C3、Cz、C4分別表示在大腦中部左、中、右位置記錄到的電位變化；CP3、CPz、CP4分別表示在大腦中后部左、中、右位置記錄到的電位變化；P3、Pz、P4分別表示在大腦后部左、中、右位置記錄到的電位變化。資料來源：文獻[23]
　　一段表達熾烈情感的樂曲則能夠激活“紅色”的概念。與此相對地，那些與音樂段落意義無關的概念卻不會得到激活。當受試者在聽完樂曲后突然讀到一些與曲段語義無關的詞時，大約400ms后其大腦中后部就產(chǎn)生了相應的負電位（N400），表明當前的詞與先前聽到的音樂段落在意義上并不匹配（即被音樂段落啟動的語義概念不同于當前詞的語義概念；如圖3所示）[23]。
　　此后的源分析進一步表明，人類大腦中負責加工音樂含義的區(qū)域位于左右半球的顳中回后部，接近顳上溝（如圖4所示）[23]。
　　由此可見，音樂所傳達的意義比人們想象的要多。樂曲能啟動特定的語義概念，它無需假借言語標簽（例如英雄式的、熱情的、淘氣的等等）就可以表達自己。在理解音樂意義的過程中，左右半球顳中回后部承擔了十分重要的職責。
　　
　　4 音樂家與普通人
　　
　　大多數(shù)人都曾經(jīng)喜愛過某位演奏家、歌唱家或某個樂隊，迷戀他們的演出技巧和舞臺魅力，羨慕他們的音樂才華。普通大眾對音高、意義和結(jié)構的敏感性令人驚奇不已，但他們畢竟不是音樂家。認知神經(jīng)科學家感興趣的一個問題是，與普通人相比，音樂家在音樂感知和理解的腦功能方面究竟存在什么特別之處？
　　
　　　圖4 與加工音樂意義相關的腦區(qū)
　　
　　上圖從左到右分別顯示了大腦左側(cè)矢狀面和右側(cè)矢狀面。土黃色所標明的部分位于左右半球的顳中回后部，是與加工樂曲的意義密切相關的腦區(qū)。資料來源：文獻[23]
　　
　　Lotze（德國圖賓根大學）等人發(fā)現(xiàn)，音樂家在演奏莫扎特小提琴協(xié)奏曲時，大腦運動輔助區(qū)的活動水平低于普通人演奏同一樂曲時的腦活動水平。當音樂家想象自己演奏的情景時，其右半球運動區(qū)也保持著較低的活動水平。研究者猜測，上述結(jié)果可能是長年的音樂訓練造成的；音樂家演奏時的每個手部動作都經(jīng)過了反復聯(lián)系，他們只需要動用較少的認知資源就可以隨心所欲地控制每個手部動作。相對而言，沒有經(jīng)過專業(yè)訓練的普通人則不得不消耗更多的認知資源，以便完成演奏小提琴這樣復雜的任務[24]。
　　另一方面，Koelsch等人觀察到，音樂家對樂曲中不和諧和弦的敏感度更勝普通人[25]。此后的fMRI結(jié)果[26]清楚地表明，無論是音樂家與普通成年人相比，還是受過一定音樂訓練（1年以上樂器演奏訓練）的兒童與普通兒童相比，前者在覺察到不和諧和弦時大腦左右半球島蓋部（pars opercularis）和右半球顳上回前部的活動水平都強于后者（如圖5所示）。
　　　
　　圖5 音樂家與普通人的激活差異
　　
　　上圖顯示了音樂家與普通成年人相比，在覺察到不和諧和弦時的腦活動差異。從左到右分別是大腦左側(cè)矢狀面、橫狀面和右側(cè)矢狀面。紅色區(qū)域表明，與普通人相比，音樂家在左右半球島蓋部和右半球顳上回前部的活動較強。下圖顯示了受過音樂訓練的兒童與普通兒童相比，在覺察到不和諧和弦時的腦活動差異。從左到右分別是大腦左側(cè)矢狀面和右側(cè)矢狀面。紅色區(qū)域表明，與普通兒童相比，受過音樂訓練的兒童在左右半球島蓋部和右半球顳上回前部的活動略強。資料來源：文獻[26]
　　聯(lián)系前面的介紹可以知道，上述腦區(qū)主要與音樂結(jié)構的認知過程有關�？梢酝茰y，音樂家勝于常人之處恐怕還在于他們的大腦中存儲著一系列特定的音樂規(guī)則，故而才會對音樂結(jié)構的和諧與否表現(xiàn)得異常敏感。音樂訓練所造就的這種敏銳在兒童（平均年齡僅為10歲）身上已經(jīng)體現(xiàn)出來了。
　　
　　5 西洋音樂與民樂
　　
　　人們常說，音樂無國界。雖然各個國家和地區(qū)的音樂在旋律、和聲、節(jié)奏和音色上存在著種種差異，但是在西方文化的哺育中成長起來的孩子并非完全無法領會東方音樂的精神，反之亦同。從認知心理學角度對音樂認知的文化異同開展的研究，近年來逐漸增多，但從神經(jīng)水平上探討聽者對東西方音樂在感知和理解上差異的研究還不多見[27]。
　　
　　　圖6 與加工音樂風格相關的腦區(qū)
　　
　　上圖是小提琴手聽巴洛克音樂時的腦活動情況，可以看到左右半球的顳皮層存在明顯激活。下圖是小提琴手聽中國民樂時的腦活動情況，也可以看到左右半球的顳皮層存在明顯激活。
　　圖中R表示大腦右半球，L表示大腦左半球。X、Y和Z所對應的分別是大腦右側(cè)矢狀面、橫狀面和水平面。顏色從紅色到黃色表示大腦的活動水平從低到高。資料來源：文獻[30]
　　
　　最初的研究結(jié)果似乎并不支持“音樂無國界”的觀點。一個研究指出，土耳其受試者在聽音樂的過程中更注意土耳其耐笛（ney）的樂聲，而非西洋樂器大提琴的樂聲[28]。一個48歲土耳其女癲癇患者的案例（該案例為一種音樂誘發(fā)的癲癇）則顯示，只有土耳其阿拉伯風格的樂曲（無論樂曲本身是否為患者所熟悉）才能誘其發(fā)病，任何其它風格的音樂均無此效果[29]。
　　Morrison（美國華盛頓大學）等研究者給6名專業(yè)的西方小提琴手播放亞力山德羅?斯卡拉蒂（Alessandro Scarlatti）的《第三小調(diào)高音豎笛、弦樂和低音奏鳴曲》（Sonata Terta in C minor for Treble Recorder, Strings and Basso Continuo）第二和第三樂章的選段（典型的巴洛克音樂，由豎笛、小提琴、大提琴和大鍵琴等演奏），以及中國民樂《柳青娘》選段（由管樂器、二胡和古箏等演奏）。出乎意料的是，無論是聽巴洛克風格的樂曲，還是聽中國民樂，這些職業(yè)音樂人大腦右半球顳橫回和左半球顳上回均有顯著的激活，而且大腦的活動水平在兩種音樂條件下并無顯著差異（如圖6所示）[30]。這似乎暗示著西方聽眾對東西方音樂的認知方式可能是相同的，文化差異并不從根本上影響他們對音樂的感知和理解。
　　然而，要斷言“音樂無國界”需要慎之又慎。因為這個研究僅僅測試了西方聽眾在聆聽東西方音樂時的腦活動情況，并沒有檢查東方聽眾在同樣條件下的腦活動水平，其結(jié)果的可推廣程度尚待商榷。Morrision等研究者也無法否定下面這種可能性，即西方聽眾在以西方文化的傳統(tǒng)方式理解西方音樂的同時，也不自覺地以同樣的方式體驗中國民樂。可能正是因為他們對兩種音樂采取了相同的理解方式，所以才表現(xiàn)出相似的腦活動模式。但如果不同國家和地區(qū)的人在通常情況下是以不同的方式理解同一音樂，那么文化差異不影響音樂認知這一觀點就有些站不住腳了[31]。
　　不管誰是誰非，實證研究才是最有說服力的。在仔細考察中國聽眾對西方音樂和本土民樂之間的認知差異、比較中西方聽眾在兩種音樂條件下的腦活動之前，對于“音樂無國界”的說法還是應持謹慎態(tài)度。
　　
　　6 小結(jié)
　　
　　總之，在音樂的認知上，左右大腦確實存在著某種程度的分工：右半球的顳葉承擔了知覺音高、分析音樂結(jié)構和理解樂曲含義的任務，左半球的顳葉則在分析音樂結(jié)構和理解樂曲含義的過程中發(fā)揮了一定作用。音樂家在音樂演奏和感知等方面確實存在異于常人之處。
　　雖說對音樂認知的腦機制之研究，即使在西方發(fā)達國家也僅處于起步階段，但英國皇家學會（The Royal Institution）早在2002年7月就集英、美、加三國科學家于一堂，召開了名為“音樂之腦”（The Musical Brain）的高級研討會。在次年7月出版的《自然》雜志《神經(jīng)科學》�？�上，關于音樂認知（主要是關于西方調(diào)性音樂的認知）的理論和綜述性文章就占到了將近三分之一，可見其對音樂認知研究的重視程度。
　　相比之下，盡管中國的民族音樂源遠流長，所具有的獨特表現(xiàn)力和鮮明個性是西方音樂無法替代的，然而國內(nèi)從認知神經(jīng)科學角度、以高技術手段研究音樂認知的領域尚是一片空白，值得科學界反省。
　　
　　參考文獻
　　[1] Krumhansl C L. Cognitive Foundations of Musical Pitch. Oxford: Oxford University Press, 1990
　　[2] Trehub S E. Musical predispositions in infancy. Annual New York Academic Science, 2001, 930: 1~16
　　[3] Zatorre R J, Belin P, Penhune V B. Structure and function of auditory cortex: music and speech. Trends in Cognitive Sciences, 2002, 6: 37~46
　　[4] Peretz I, Kolinsky R, Tramo M, Labrecque R, Hublet C, Demeurisse G, Belleville S. Functional dissociations following bilateral lesions of auditory cortex. Brain, 1994, 117: 1283~1301
　　[5] Peretz I, Hebert S. Toward a biological account of music experience. Brain and Cognition, 2000, 42 (1): 131~134
　　[6] Milner B A. Laterality effects in audition. In: Mountcastle V. Interhemispheric Relations and Cerebral Dominance. Baltimore: Johns Hopkins Press, 1962. 177~195
　　[7] Divenyi P, Robinson A. Nonlinguistic auditory capabilities in aphasia. Brain and Language, 1989, 37: 290~326
　　[8] Samson S, Zatorre R J. Contribution of the right temporal lobe to musical timbre discrimination. Neuropsychologia, 1994, 32: 231~240
　　[9] Zatorre R J, Samson S. Role of the right temporal neocortex in retention of pitch in auditory short-term memory. Brain, 1991, 114: 2403~2417
　　[10] Zatorre R J. Discrimination and recognition of tonal melodies after unilateral cerebral excisions. Neuropsychologia, 1985, 23: 31~41
　　[11] Zatorre R J, Halpern A R. Effect of unilateral temporal-lobe excision on perception and imagery of songs. Neuropsychologia, 1993, 31: 221~232
　　[12] Ligeois-Chauvel C, Peretz I, Babai M, Laguitton V, Chauvel P. Contribution of different cortical areas in the temporal lobes to music processing. Brain, 1998, 121: 1853~1867
　　[13] Sidtis J J, Volpe B T. Selective loss of complex-pitch or speech discrimination after unilateral lesion. Brain and Language, 1988, 34: 235~245
　　[14] Robin D A, Tranel D, Damasio H. Auditory perception of temporal and spectral events in patients with focal left and right cerebral lesions. Brain and Language, 1990, 39: 539~555
　　[15] Penhune VB, Zatorre RJ, Feindel WH. The role of auditory cortex in retention of rhythmic patterns as studied in patients with temporal lobe removals including Heschl"s gyrus. Neuropsychologia, 1999, 37: 315~331
　　[16] Johnsrude I S, Penhune V B, Zatorre R J. Functional specificity in the right human auditory cortex for perceiving pitch direction. Brain, 2000, 123: 155~163
　　[17] Zatorre R J, Belin P. Spectral and temporal processing in human auditory cortex. Cerebral Cortex, 2001, 11: 946~953
　　[18] Patel A D, Gibson E, Ratner J, Besson M., Holcomb P. Processing syntactic relations in language and music: an event-related potential study. Journal of Cognitive Neuroscience, 1998, 10: 717~733
　　[19] Koelsch S, Gunter T, Friederici A D, Schröger E. Brain indices of music processing: ‘non-musicians’ are musical. Journal of Cognitive Neuroscience, 2000, 12: 520~541
　　[20] Maess B, Koelsch S, Gunter T C, Friederici A D. Musical syntax is processed in Broca’s area: an MEG study. Nature Neuroscience, 2001, 4: 540~545
　　[21] Krumhansl C L. Perceptual analysis of Mozart’s piano sonata KV 282: segmentation, tension, and musical ideas. Music Perception, 1996, 13: 401~432
　　[22] Krumhansl C L. An exploratory study of musical emotions and psychophysiology. Canadian Journal of Experimental Psychology, 1997, 51: 336~352
　　[23] Koelsch S, Kasper E, Sammler D, Schulze K, Gunter T, Friederici A D. Music, language and meaning: brain signatures of semantic processing. Nature Neuroscience, 2004, 7: 302~307
　　[24] Lotze M, Scheler G, Godde B, Erbt M, Groddi W, Birbaumer N. Comparison of fMRI-activation maps during music execution and imagination in professional and non-professional string players. NeuroImage, 2000, 11: S67
　　[25] Koelsch S, Schmidt B H, Kansok J. Influences of musical expertise on the ERAN: an ERP-study. Psychophysiology, 2002, 39: 657~663
　　[26] Koelsch S, Fritz T, Schulze K, Alsop D, Schlaug G.. Adults and children processing music: an fMRI study. NeuroImage, 2005, 25: 1068~1076
　　[27] Carterette E C, Kendall R A. Comparative music perception and cognition. In: Deutsch D. The Psychology of Music. San Diego: Academic Press, 1999: 725~791
　　[28] Arikan M K, Devrim M, Oran O, Inan S, Elhih M, Demiralp T. Music effects on event-related potentials of humans on the basis of cultural environment. Neuroscience Letters, 1999, 268: 21~24
　　[29] Genç B O, Genç E, Tastekin G., Iihan N. Musicogenic epilepsy with ictal single photon emission computed tomography (spect): could these cases contribute to our knowledge of music processing. European Journal of Neurolinguistics, 2001, 8: 191~194
　　[30] Morrison S J, Demorest S M, Aylward E H, Cramer S C, Maravilla K R. FMRI investigation of cross-cultural music comprehension. NeuroImage, 2003, 20 (1): 378~384
　　[31] Swain J P. Musical Languages. New York: Norton, 1997
　　
　　The Musical Brain
　　Ye Zheng,Zhou Xiaolin
　　(Department of Psychology, Peking University, Beijing 100871, China)
　　Abstract: In recent years a growing number of researches have been conducted to address the neural basis of music comprehension with ERP and fMRI technique. These studies provided new evidences about the on-line processing of pitch, the music-specific syntax and meaning in left and right hemispheres. Additionally, there are studies concerning whether musicians and non-musicians processes music-related information in the same way. Cross-cultural studies also examined whether western and non-western music active same brain areas in the same pattern. New trends and issues pertaining to the study of music processing with fMRI and ERP technique are covered and discussed in this review.
　　Key words: music cognition, neural substrate, fMRI, ERP.

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