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音乐如何塑造我们的大脑:音乐让大脑更年轻

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发表于2018-06-12 16:17:10
文:杜忆
来源:一席(ID:yixiclup)


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大家好,我叫杜忆,来自中国科学院心理研究所。我今天演讲的题目是《音乐如何塑造了我们的大脑》。

 

我想先问大家这样一个问题,人类是先有了音乐还是先有了语言呢?

 

对于这样一个问题,事实上我们没有一个确切的答案。因为最早的人类的音乐和语言,其实都是人类用自己的身体作为一个发声体来表达思想和情感的工具。人类祖先的声音模式是无法被记载,或者是通过化石保留下来的,我们能做的只是通过发音器官以及大脑的进化过程来推导。


人类在能够掌握一些复杂的发音动作以表达不同的语义信息之前,他们已经知道如何通过控制声音的强弱节奏来表达自己的情感,所以这可能就是音乐的起源。

 

大家知道最早的人类的乐器是什么吗?是一枚出土于德国、大约3.5万年前的骨笛。



大家知道最早的文字形式是什么吗?有人说甲骨文,但其实是大约公元前3200年由苏美尔人发明的楔形文字。



你看,从这个有形的载体而言,音乐其实是比语言起源得更早的。

 

这幅图是现在保存在湖北省博物馆的曾侯乙编钟。



它的年代是战国时期。它的音域非常地广,只比现代的钢琴少一个8度。它可以很完整地弹奏一个C音阶,充分地说明了我们中国作为一个礼乐之邦,拥有复杂的音乐体系理论,而且历史源远流长。

 

音乐不仅贯穿了人类文明的历史,而且还普遍地存在于世界上的每一个角落,每一种文化。

 

这是一个在亚马逊流域的原始部落,他们的名字叫作毗拉哈人。



在他们的语言中没有数字的概念,对颜色区分也非常地少,但是他们却有非常丰富形式的音乐。对于他们而言,面前摆了十条鱼和二十条鱼是没有区别的,但是音乐在他们的生活中却是不可或缺的。

 

我们人类如此地喜爱音乐,如此地为它着迷,大家有没有想过为什么呢?在每次回答这个问题的时候,我的脑海中都会浮现出这样一句歌词:Do you ever wonder why this music gets you high?


我们可以先想一想,有什么东西是可以让我们high起来的?可能是一顿美味的食物,也可能是性、金钱,甚至是毒品。

 

Sescousse et_al., Neuroscience & Biobehavior Reviews, 2013


它们的一个共同点是:都可以激活我们大脑中跟奖赏相关的多巴胺系统。



音乐是不是有同样的机制能够诱发我们大脑的奖赏功能呢?


有一群科学家就试图回答这个问题。他们给被试者连上一些生理传感器,然后给他们听一些令他们高度愉悦,甚至震颤、起鸡皮疙瘩的音乐,然后来看看他们的反应。



结果就发现,大家在体会到音乐高潮的时候,他们的皮肤电反应是增加的,他们的心率会变快,呼吸也会变快,但是他们的体温和脉搏会下降。


 Salimpoor et al., PLoS ONE, 2010


大家可能会很好奇,什么样的音乐可以让我们有如此的快感呢?


贝多芬的命运交响曲(点此可听)


贝多芬的《命运交响曲》有让大家有这种头皮发麻的震颤感吗?其实每个人的答案不一样,你喜欢的音乐可能并不是另外一个人喜欢的。

 

在聆听这种高度愉悦的音乐的时候,大脑中还会做出很强烈的反应,它会激发我们的多巴胺奖赏机制。而且这些跟奖赏相关的核团,比如说伏隔核以及纹状体,它们的激活程度以及释放的多巴胺浓度,是跟我们对音乐的喜爱程度、感受到的震颤程度以及我们愿意出钱购买它的金钱的量是成正比的。


也就是说,我们如果更喜欢一个音乐更愿意购买它的话,这些脑区的激活也会更多。


 

有一件特别恐怖、特别可怕的事情是,你对音乐的喜爱程度可以通过控制你大脑中某一个脑区的兴奋程度而被操控。


我在加拿大McGill大学的一个同事最近就做了这样一个实验。他们采用一种叫作“经颅磁刺激”的神经调控方式,也就是在你的头皮某一个部位施加一个连续微弱的磁刺激就可以兴奋或者抑制某一个脑区。然后他们让你听不同的音乐,让你去评价对这个音乐的喜好程度,以及愿意出价的金钱额度。



他们发现,对于同一段音乐,如果使用一个兴奋性的刺激序列让你的大脑背外侧前额叶更兴奋的话,你就更喜欢这段音乐,也更愿意花钱去购买这段音乐;相反,如果是用一个抑制性的刺激序列去抑制你大脑背外侧前额叶的神经活动,那你就更不喜欢这段音乐,也更不愿意购买这段音乐。

 

Mas-Herrero et al., Nature Human Behaviour, 2017


恐怖吧?你可以想象在未来的某一天,我们对某一些东西,甚至是某个人的喜爱程度,是可以通过在你大脑头皮上施加一些声光电磁刺激而被改变的。

 

还有一件很有趣的事跟大家分享,那就是并不是人人都喜爱音乐——有些人没有音乐不能活,但有的人是完全无法从音乐中获得任何的情感体验的,这叫作音乐快感缺乏征。他们在听这种高度愉悦音乐的时候,没有任何的生理反应,而且大脑的纹状体激活甚至是被抑制的。


Martínez-Molina et al. PNAS, 2016

 

我最开始听到这个事完全不相信,世界上怎么可能有这样的人一点都不喜欢音乐呢?但是西班牙最近的一次调查发现,这个比例居然高达5.5%。中国近年来还没有这样的一个数字,但是如果我们把这个比例降低一半的话,现在在场的有300个人,那大概有7到8个人是完全不喜欢音乐的。大家如果发现自己有类似的一些症状,可以去找这个量表来测一下。

 

Mas-Herrero et al., Music Perception, 2013


大家可能都有这样的一些体会,在看电影电视的时候,BGM一起,我们可能顿时泪如雨下。音乐为何有如此大的魔力,能够左右我们的情感呢?这是因为音乐可以强烈地激活我们大脑中跟加工情感相关的边缘系统,包括加工情绪的杏仁核,以及跟音乐记忆相关的海马。


我们在听音乐的时候,可能跟这个音乐相关的那些片段,不管是十六岁的夏天,还是你跟TA的第一次,都会被诱发出来。音乐还会激活我们的奖赏系统,刚刚讲过的。


 

很有意思的是,音乐中表达的情感是跨文化的,比如我们给一个外国人听《二泉映月》,他可能也能准确地判断出这段音乐流露的情感是悲伤,而不是喜悦的。

 

音乐不仅能够如此强烈地左右我们自己的情感,还会影响我们对他人的情绪判断。有这样一个研究——给被试呈现一个中性的、情绪不太明确的面孔,然后给他们听不同的音乐。


如果给他们听的是一个令他愉悦、他很喜爱的音乐,他对这个面孔的判断是更趋向于正性情绪的。如果我们给他听的是令人不悦、他不喜欢的音乐片段,那他对这个面孔的判断是更趋向于负性情绪的。

 

正是因为音乐可以左右我们的情感,甚至可以影响我们的决策,因此在一些快餐店,他们就倾向于使用这种轻快的流行歌曲,因为这样可以加快我们进食的节奏,赶紧吃了走人。在一些高级的商场,他们就会使用这种优美的轻音乐和古典音乐,以增加顾客驻留的时间以及消费的可能性。


大家有没有听过这样一个段子?说卖红酒的高档商店,如果给大家放的是古典音乐的话,人们更倾向于购买那些更昂贵的红酒。

 

既然音乐如此重要,我们大脑中是如何加工这个音乐的呢?可以发现,相对于音乐,语言其实更多激活了大脑左侧半球的一些脑区。而相对于言语,我们在加工音乐的时候更多激活的是大脑右半球的脑区。但是这并不等于像我们传统认为的那样,左脑加工语言,右脑加工音乐。


事实上,我们的大脑半球同时都在加工这两种声音,只是大脑半球的激活程度和它们的激活的模式对两者的反应是不太一样的。比如说右侧听皮层这个地方,它同样在加工音乐也在加工言语。


所以我们大脑中并没有一个脑区是对音乐特异性敏感的,音乐和言语它们其实是有共享的一个神经网络。


Peretz. et al., Phil Trans R Soc, 2015

 

这张图左边是正常孩子的激活模式,右边是自闭症儿童。自闭症的一个症状就是对他人的语言反应特别低,但是他们对音乐却有很强的敏感性。相对于语言,音乐能够点亮他们大脑中更多的脑区。所以,对于这些来自星星的孩子,音乐是一个很好的与他们交流的工具。


Lai et al, Brain, 2012


那听音乐可不可以改变我们的认知呢?它可以让我们变得更聪明吗?之所以问这个问题,其实是来源于1993年的一个研究。


他们发现相对于给被试听10分钟放松的音乐,或者什么都不听静坐在那里,给他们听10分钟莫扎特的《D大调双钢琴奏鸣曲K488》的一个片段,可以让被试的空间推理能力提高。空间推理能力其实是我们人类智力的一种,换到这个智力得分上,可以让我们的智力提高大约8分。


Rauscher et al, Nature, 1993


这在当时引起了巨大的轰动,以至于后来有很多的妈妈,她们倾向于在胎教的时候就给宝宝听古典音乐,特别是听莫扎特的音乐,希望能够生出健康聪明的宝宝。


莫扎特的《D大调双钢琴奏鸣曲K488》(点此可听)

 

不管这个宝宝生出来会不会变聪明,但是的确胎儿的听觉系统的发育是很早的。他们在妈妈肚子里的时候就已经能够分辨出妈妈的声音和其他人的声音,他们在出生以后也能够分辨出这段音乐是我在妈妈肚子里听过的,那段音乐是我没听过的。

 

我还想举一个极端的例子来说明听音乐是可以改变我们的认知能力的。


这是一个视觉忽略症的患者,他们因为中风或者脑肿瘤,右侧顶叶出现了脑损伤,因此如果一个东西呈现在左侧视野,他是没有办法意识到和感知到的。


对于这样的一些病人,如果给他们听他喜欢的音乐和不喜欢的音乐,相对于不喜欢的音乐,当他们听喜欢的音乐时,出现在左侧视野的物体能够更好地被感知和意识到。也就是说,听喜欢的音乐其实是可以调节我们的注意力水平,甚至是意识水平的。

 

Soto et al., PNAS, 2009

 

刚刚谈的是被动地听音乐,那主动的音乐训练是如何影响我们的认知能力呢?


音乐训练是一种涉及听觉、运动和视觉多系统、长时程的学习过程,调用了广泛的脑区以及一系列高级认知加工的参与,比如额叶执行功能、海马记忆过程,以及情绪和奖赏加工。


Levitin 2007 This Is Your Brain on Music


有这样几个大脑结构是经常被报道受到音乐训练的可塑化调节的:两个大脑的灰质结构,一个是右侧听觉皮层,一个是双侧的运动皮层,它们的厚度以及它们的体积在音乐家的大脑中是增加的。


Munteetal, Nature Reviews Neuroscience, 2002


另外两个是很重要的大脑白质纤维束,也就是右边这些颜色很好看的纤维结构。其中的一个结构叫胼胝体,它是连接大脑半球的一个枢纽,可以起到连接大脑半球信息整合的功能。


另外一个纤维束是弓状束,它是一个连接同侧半球前额叶、顶叶和颞叶纵向纤维束。它其实是连接跟发音运动相关的运动区,以及我们的听觉区的一个重要结构。


研究发现,这两条纤维束的信息传导速率在音乐家中是增强的。


Hawanii et al., Frontiersin Psychology, 2011;
Oechslin et al., Frontiersin Human Neuroscience, 2009


这是一个大脑结构的变化,反映在行为上,音乐家到底有哪些更强的认知能力呢?


研究发现,音乐训练其实可以提高我们的推理能力和执行功能,可以提高我们的言语记忆能力,可以提高我们的阅读能力,甚至是数学能力。能在一些标准化的智力测试中获得更高的得分,还可以提高我们的言语加工能力,特别是在嘈杂环境下的言语认知能力。



我这里想说的是,很多的研究做的都是音乐家和非音乐家两组人在同样一个行为任务下不同的得分,或者说训练的年限跟他们行为成绩的提高有一个正相关。


但是相关并不等于因果,我们并不能做出这样的一个因果推断,说是音乐训练导致了他们这个能力的提高。

 

那你可能还会问,是不是成为音乐家的人天生就跟我们不一样?为了回答这个问题,其实是有两个途径的。


第一个就是通过双生子的研究。我们现在正在做的是通过心理所一个很大的双生子遗传数据库,想看看遗传和音乐训练到底是怎样影响到大脑的发育以及各种认知能力。


另外一条途径就是通过这种纵向追踪的研究,对同一个人进行音乐训练前后的某种能力的对比。


这张图就是对8岁儿童进行了9个月的音乐训练或者绘画训练,发现音乐训练能够提高儿童的阅读能力,但是绘画却不行。


Moreno et al., Cerebral Cortex, 2009


我们心理所正在做的一个project,叫作“彩巢计划”,其实我们就是想对6到18岁的儿童和青少年进行一个多队列的纵向追踪,其中一个方向就想看看中国的儿童和青少年,音乐训练是如何影响到了他们大脑的发育以及各种认知能力。如果在座的有小朋友的家庭,也欢迎来参加我们的研究。

 

下面我想讲一讲的是音乐训练和言语的关系。音乐和言语就是一个双生子,它们之间有很多的共同之处,比如说它们有一些共享的声学特征,不管是节奏、音高、音色,它们还有共享的脑网络以及加工机制。

 

言语加工是我们人类进行社会交往的一个非常高效的途径,大家可以想一想,我们在使用微信的时候是不是收发语音比打字来得更轻松呢?

 

人类的言语交流其实很大程度上都是发生在一些嘈杂环境下的。比如说在一个喧嚣的马路上打电话,或者是在一个嘈杂的饭馆里跟人交谈。



试想一下我们参加一个聚会,想跟男神或者女神交谈,比如说话人A,但是周围还有其他说话人B、C、D,他们也在那说话,那到达我们耳朵的其实是一个复合的整合在一起的声波。


那人如何在这样一个复合的声波中去提取、分离和理解你感兴趣的目标说话人的语音?这其实就是非常著名的“鸡尾酒会问题”。

 

很多的研究就发现,音乐家特别擅长在这样一个复杂听觉场景中去加工声音,不管是音乐还是语言。



为什么呢?其实是因为音乐训练增强了我们“自下而上”以及“自上而下”的听觉加工过程。“自下而上”包括声音频率的加工、音色和节奏的编码,“自上而下”涉及到很多高级认知功能,比如说听觉注意能力以及听觉工作记忆。


那什么叫作工作记忆?工作记忆差的人,他们在听你说后半段话的时候就已经忘了你前半段话在说什么。


Kraus & Chandrasekaran, NRN, 2010

 

“自上而下”的加工机制里面还有一个特别重要的机制,就是“感觉运动整合”。音乐,不管是在听音乐还是在弹奏音乐中,都存在紧密的听觉感觉系统和运动系统的一个信息整合。



暂且不问这只凤头鹦鹉的节拍踩得有多准,我想问问大家,刚才大家在听这段音乐节奏的时候,是不是也在不由自主地点脚或者是点头呢?人类随着音乐摆动自己的身体,这种音乐节奏跟运动系统的同步化其实是人类的一个本能。


我自己是一个研究音乐的人,但是很可惜我也是一个五音不全的人。五音不全的人其实是听不到自己唱跑调的,即使是他们听到自己唱跑调了,他也没有办法有效地依据听觉反馈来有效地控制自己的发音,这就是跟感觉运动整合机制的缺陷有关系。

 

感觉运动整合机制背后的神经机制,其实是跟镜像神经元相关的。镜像神经元是由意大利科学家在恒河猴上偶然发现的。


他们本来是想研究大脑中某一个区域的神经元是如何进行运动编码的,但是他们发现猴子上有一个额叶,这个前运动皮层一个f5的地方里面有一些神经元,在猴子指使某些动作,比如说抓握香蕉的时候可以被激活。而旁边一只猴子坐在那什么都没动,就只是看着这只猴子在做这个动作,它的那些神经元也被激活了。


 

镜像神经元就像照镜子一样,连接起了我们的感觉过程和运动过程。镜像神经元系统是人类动作模仿、学习、语言和共情心的一个神经基础。



其实我们在听人说话的时候也存在同样的一个机制。我们最近的一个研究就发现,在听人说话的时候,其实我们自己发音相关的那些脑区也被自动地激活了。它们在干什么呢?它们主动在预测你将要说什么,通过这样一个感觉跟运动系统信息的整合,是有助于我们在嘈杂环境下更好地去理解他人的语音的。


Du et al. ,PNAS, 2014


那我们就想问这样的一个问题,既然音乐训练涉及感觉系统之间的整合,那音乐训练是否可以通过强化这样一个机制,来促进我们在嘈杂环境下更好地理解他人的语音呢?


我们最近的一个研究就发现,相对于非音乐家,音乐家的听觉区以及他们的发音运动区的激活水平是增加的。


Du & Zatorre, PNAS, 2017


同样,他们这个听觉区跟运动区的激活程度可以更好地对语音具有一个区分——比如说根据这两个脑区的激活模式就可以预测出我听到的到底是BA还是TA——而且这两个脑区之间的功能连接也是变强的。

 Du & Zatorre, PNAS, 2017


换句话说,音乐训练,它通过增强听觉区跟运动区之间的一个信息整合,来促进我们在嘈杂环境下有更好的言语感知和理解。


这就比较有意思了,因为对于一些人,特别是老年人,他们就存在这种在噪音环境下言语理解的困难。大家可能都有这样的体验,家里的长辈跟你抱怨说,我听得见,但是我听不清楚你或者电视机里的人在说什么。

 

那我们是不是可以通过音乐训练来减缓老龄化带的来这样一个言语识别困难呢?我们实验室就做了这样一个研究。


我们找了四组人,一组是老年的非音乐家,一组是老年的器乐家,一组是老年的歌唱家,还有一组是年轻的非音乐家。我们让这四组人去听三个女生同时说话,让他识别其中一个女生的说话内容。


我们发现,相对于老年的非音乐家,两组老年音乐家他们的成绩是明显更高的,尽管他们比年轻人还是差那么一点点。这就是说,音乐训练事实上是可以减缓老龄化带来的言语识别困难的。


Zhang, Fu & Du, unpublished data

 

特别有意思的是,我们特别关心这两种老年音乐家之间的关系——老年器乐家和老年歌唱家。


我们之所以关心这个,是因为唱歌的时候,加工旋律的那部分其实是更多调用了右侧半球脑区,加工歌词那部分更多调用的是左侧半球的脑区,通过唱歌这样一种形式是可以把两侧半球的信息整合在一起的,而且唱歌还调用了我们跟发音相关的这些运动区。所以我们觉得相对于器乐,声乐对老年人而言是一个更轻松,也比较有效的训练方式。

 

再说一点,通过对大脑的结构影像的机器学习去预测大脑的年龄。


Rogenmoser et al., Brain Structure & Function, 2017


可以发现,相对于非音乐家,业余音乐家和职业音乐家的大脑的年龄都更加年轻。而且很有意思的是,业余音乐家的大脑年龄甚至比职业音乐家的大脑年龄更加年轻。所以其实不用成为一个职业的音乐家,把它作为一个爱好,把音乐训练作为一个爱好,已经可以让我们的大脑更加年轻了。

 

最后我想说一下音乐治疗。音乐治疗带给我最大的一次感触是在医院的言语康复科,我亲眼看见一个70多岁的老大爷,他因为中风得了运动性的失语症。听和理解是没有问题的,他能听懂你说话,但是自己发音很困难,很多单字的音都发不出来,但是他通过使用《东方红》的节奏,能够唱出很多的话。


 

除了治疗失语症,音乐治疗还被用于治疗阿尔兹海默氏症。我们知道阿尔兹海默氏症病人的记忆能力逐渐地下降,音乐其实是可以唤起患者很多跟音乐相关的记忆的,而且音乐还可以激活很多大脑的区域,可以作为整合破碎大脑的一个有效工具。

 

刚刚也提到,音乐其实是可以强烈地唤起我们的情绪的,因此它也可以作为一些情感障碍治疗的辅助工具,比如说抑郁症,以及我们刚才提到的自闭症。

 

总之,音乐就是一个温柔但是强大的工具,它不仅能够治愈我们的心灵,抚慰我们的心灵,还能减轻我们人类很多的病痛。

 

最后我想说的是,音乐虽好,别让音乐毁了耳朵。现在有很多的人都喜欢戴着耳机走路,或者是坐公交车、坐地铁,甚至是跑步。但是要提醒大家的是,音量要控制在60分贝以下,连续听音乐的时间也不要超过一个小时。

 

谢谢大家。


作者简介:杜忆,认知与发展心理学研究室研究员,主要从事听觉信息加工和言语感知、理解的神经机制方面的研究。本文经授权转载自微信公众号:一席(ID:yixiclub)

责任编辑:Spencer 沐风

原作者名: 杜忆

转载来源: 一席(ID:yixiclub)

转载原标题: 音乐如何塑造我们的大脑:音乐让大脑更年轻

授权说明: 口头授权转载

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