音樂以何種方式作用于人腦的探究

樂是以何種方式作用于人腦，是長期以來始終困惑于我國音樂界、至今尚沒有得到完滿解釋的一個問題。但是，利用神經科學、生理學和心理學等相關學科的相關研究卻如雨后春筍般蓬勃發展，逐漸成長壯大起來。例如：林華所著《音樂審美心理學教程》中，在介紹情緒和情感時就運用了神經科學和腦科學進行了闡述；羅小平所著《音樂心理學》一書中，大量介紹了國外利用神經生物學、神經心理學及神經解剖學，研究與音樂相關問題的發展狀況；周海宏所著《音樂與其表現的世界》一書中，在闡述與“音高相關的聯覺的發生”時，也“以神經興奮感為中心的聯覺機制”進行了論述；張鴻懿所著《音樂治療學基礎》一書中，更是利用神經科學及腦科學，介紹了音樂治療的心理學基礎，特別是《音樂治療學基礎》的第三講中，專門介紹了“關于音樂與大腦關系的研究方法”；德國著名音樂心理學家雷娜特·克洛佩爾女士所著《]奏藝術的生理心理學津要》一書中的最后一章介紹了神經系統和有關音樂方面的感覺器官等。近些年，與音樂相關的書籍、教科書和音樂類學術論文中也經常會引用神經生物學及生理學的專業術語“聽覺”和“視覺”，并用聽覺和視覺解釋音樂中的問題，由此，我們可以看到神經科學和腦科學已經悄然進入了音樂研究領域，一些與音樂相關的交叉學科也相繼應運而生。

早在上世紀９０年代初，世界科研強國就加快了對神經生物學研究的大量投入，神經生物學被譽為二十一世紀的明星學科。美國于１９９０年推出了“腦的十年計劃”，接著歐洲于１９９１年開始實施“ＥＣ腦十年計劃”，之后日本于１９９６年也正式推出了名為“腦科學時代計劃”的跨世紀大型研究計劃，預計在未來２０年內投入巨額研究經費。在神經科學和腦科學研究成果的強大推動力之下，世界科技強國相繼創建了神經藝術歷史學（ｎｅｕｒｏａｒｔｈｉｓｔｏｒｙ）①、神經音樂學（Ｎｅｕｒｏｍｕｓｉｃｏｌｏｇｙ）②、神經美學（ｎｅｕｒｏａｅｓｔｈｅｔｉｃｓ）③、認知神經美學（Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ａｅｓｔｈｅｔｉｃｓ）④、神經音樂心理學（Ｎｅｒｖｏｕｓ ｐｓｙｃｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｍｕｓｉｃ）⑤、神經音樂教育學（Ｎｅｕｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｍｕｓｉｃ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ）⑥、]奏藝術的生理心理學（Ｄｉｅ Ｋｕｎｓｔ ｄｅｓ Ｍｕｓｉｚｉｅｒｅｎｓ）⑦、神經音樂分類學（Ｍｕｓｉｃ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）⑧、神經音樂作曲學（Ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｕｓｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）⑨等學科。這些學科的建設都是建立在腦科學或神經科學的基礎之上，利用腦科學或神經科學的原理、理論、研究手段、研究方法等作為音樂研究課題的切入點，從事音樂基礎理論和音樂應用理論研究。基于腦科學主體的神經生物學已成為生命科學中發展最迅猛的前沿科學之一，人們探索神經系統，特別是大腦的奧秘業已成為現實，致使科學家及音樂研究工作者把音樂研究的方向直指人類的大腦及神經系統，希望通過對人腦及神經系統的研究，找到或解釋音樂中長期以來困惑于我們的“疑難雜癥”的解決辦法，以及始終未能詮釋音樂中存在的問題。由此可見，采用神經生物學的原理和理論，運用神經圖像技術、電生理技術、雙光子顯微鏡技術、功能性磁共振成像技術（Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｌｍａｇｉｎｇ）、磁共振成像（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｌｍａｇｉｎｇ）、正電子發射層掃描（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、腦電圖等，研究音樂中的各種現象；存在的問題以及解釋音樂與人之間的關系；音樂對神經生理上的影響；并利用人體的生理結構和功能更好地為音樂服務，業已成為世界科技強國音樂研究領域最新的手段和方法。

神經生物學是研究人和動物的神經系統的科學，它從分子、細胞水平到神經網絡，乃至整體系統水平上研究神經系統，特別是腦的結構與功能及其相互關系，研究神經系統的生長和發育，其最終目的是闡明行為和心理活動的神經機制；同時為闡明物質運動如何產生精神活動這一重大哲學問題提供科學依據。人類之所以能成為萬物之靈，是因為我們具有高度發達的腦，而人腦的所有功能都是在神經系統的協調下得以完成的，人類的思維和行為正是由神經系統，特別是腦的活動所主宰。音樂創作、音樂表]、音樂審美、音樂教育、音樂研究，以及與音樂相關的所有活動，都要通過人的腦機制及神經機制才能得以完成。作為腦科學或神經科學主體的神經生物學，自然是涵蓋所有音樂活動及與其相關研究的基礎學科。它為人類的音樂活動奠定了神經基礎及腦活動規律，如果與音樂相關的理論研究，不基于神經生物學的原理和理論，那就不可能有更深入的音樂理論，哪怕最簡單的聽音樂或對某一音樂活動進行研究，都需要人腦對采集的信息進行編碼，編制程序，發出執行指令，這些都離不開腦機制及神經機制。雖然對人腦及神經系統的研究仍處在逐步完善之中，然而以人為本的音樂理論建設卻是毋庸置疑的。國外在這一方面的研究成果、經驗，發展狀況，可以為我們提供借鑒，也可以推動我國在這一領域的發展。

１９９３年美國認知神經科學家肖（ＧｏｒｄｏｒＬ．Ｓｈａｗ）教授等人在《自然》雜志上發表了題為“音樂與空間任務能力的科學論文”；１９９９年法國神經生物學家澤尅（ＳｅｍｉｒＺｅｋｉ）將他的研究成果寫成專著——《內在視覺：關于大腦與藝術關系的探索》；２００３年美國認知心理學家索爾索（ＲｏｂｅｒｔＬ．Ｓｏｉｓｏ）編著了《藝術心理學與意識大腦的進化》；美國帕泰爾博士（Ａｎｉｒｕｄｄｈ Ｄ ｐａｔｅｌ）編著了《音樂語言與腦》；２００９年出版了題為《神經系統科學和音樂Ⅲ機能失調和可塑性》（Ｔｈｅ Ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄＭｕｓｉｃ ＩＩＩ Ｄｉｓｏｒｄｅｒｓ ａｎｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）一書，它是２００８年６月在加拿大魁北克召開的第四次同名會議的會議文集匯編。此會議的主題是“神經系統科學和音樂”，目的是召集神經科學及音樂領域前沿研究工作者發表研究成果，提供相互交流，共同探討未來神經系統科學和音樂的發展，增加研究者之間的協作，拓展神經系統科學和音樂研究領域，傳播最新研究成果等。像這類音樂與腦科學及神經科學的研究文獻不勝枚舉，特別值得一提的是國外在這一領域的研究動向。例如：大腦處理音樂信號的中樞機制，及處理方式；腦中是否有專門處理音樂信號的中樞系統；音樂與語言信號，中樞系統為什么可以分別處理；不同頻率的音樂信號，為什么可以對人產生不同的生理反應和心理反應；大腦聽覺系統是如何對音樂信號進行編碼及編制程序的；不同腦區為什么可以對音樂信息進行分別分析、加工和處理；聽覺系統中的神經元，為什么各自有最宜反應頻率；音樂的神經通路搭建對音樂才能的影響；神經細胞相互間的聯系對音樂學習者的重要性；音樂的節奏、和聲及音色的腦機制是怎樣的；對音樂的頻率和響度，神經元一旦形成反應方式，會不會改變；單個神經元或群體神經元受到音樂刺激，將會對機體產生怎樣的影響；音樂家的聽覺皮質面積為什么比常人大；兒時的音樂經驗對神經系統可塑性變化的影響；音樂帶來情緒和情感變化的腦機制及神經機制；協和音程與不協和音程，大腦的處理機制為什么完全不同等等。從以上的音樂研究內容及研究動向可以看出，所研究的范圍皆在神經生物學的范疇之內，由此可以斷言，音樂作用于大腦及神經系統的研究不但會多元化，全方位地持續發展下去，而且更加會如火如荼，方興未艾，比肩疊跡，接踵而至，掀起或引發２１世紀音樂科學迅猛發展的一個又一個高潮。

如果把音樂喻為神秘的符號，那神經生物學就像羅塞達碑石（Ｒｏｓｅｔｔａ Ｓｔｏｎｅ）⑩。雖然到目前為止，我們還不能完全破解音樂之謎，但是它已經成為了破解音樂之謎最可能的手段和最佳路徑。因此，科學家和音樂家才會不遺余力，傾盡全力，為此信心百倍，雄心勃勃開拓這一領域的研究。遺憾的是，我國到目前為止還缺乏這方面的系統研究。

用神經生物學研究音樂的首要問題，就是音樂以何種方式作用于人腦的研究。乍聽起來，這個命題似乎并不難解釋：音樂作用于人腦的方式，主要是通過機體的聽覺、視覺和軀體感覺與人腦建立聯系，其作用方式為物理信號—化學信號—電傳遞。聽音樂是將音樂聲波的機械能轉換為神經信號（ｃｏｃｈｌｅａｒ ｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎ），機械—電轉換（ｍｅｃｈａｎｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎ），看]唱會和音樂會是將光能轉換為神經信號，器樂]奏通過手指和嘴唇等，將機械能轉換為神經信號，這些都是物理信號，其中神經信號包括電信號和化學信號，但是機體間和細胞間的通訊中，最廣泛的信號是化學信號。無論是音樂帶來的物理信號或化學信號，最終都要以脈沖式信號，通過動作電位的發放頻率和發放模式進行編碼，經中樞神經系統傳遞或投射到大腦皮質。然而，音樂是以何種方式作用于人腦的研究，并非像上述的那么簡單，其中每種方式的原理就極其復雜，甚至有些神經生物學原理只是假說（如門控彈簧假說ｇａｔｉｎｇ ｓｐｒｉｎｇ ｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓ）。況且，音樂產生的聲音并非是以純音形式出現的，這就為音樂在腦中的頻率編碼和響度編碼的研究增加了難度，因為音樂產生的頻率波形圖直接對應耳蝸的音調拓撲圖（ｔｏｎｏｔｏｐｉｃ ｍａｐ），而音調拓撲圖有賴于神經元特征頻率（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）沿下丘中央核背腹軸由低頻到高頻的排列，這其中一個重大問題就是如何破解大腦用于在神經元間傳播信息的密碼。因此，僅僅就音樂發出的聲波，解釋其作用于人腦的方式，它和音樂以外的聲波作用于人腦的方式，并沒有本質的區別，這是由人的生理功能決定的。隨著神經生物學的迅猛發展，聲波作用于人腦的奧秘，早已被解開了面紗。但是，音樂作用于人腦的研究，不僅僅局限于方式，更重要的是人的腦機制或神經機制如何分析、加工和處理音樂信號，音樂信號在細胞間的通訊和信號傳導，以及信號傳導過程中帶來怎樣的生理反應和心理反應，這些反應將對人們產生怎樣的影響。從音樂對神經生理上的作用過程看，其實和藥物作用于神經生理有類似之處，它們的共同之處都可以對神經內分泌系統產生影響，帶來不同程度的生化反應。而一種藥物帶來的生化反應，更多的是對生理機能產生的影響，音樂更多的是通過生化反應，改變人們的精神活動。為了使大家便于理解，有必要澄清兩個問題。

第一，音樂是用耳朵聽到的嗎？其實未必盡然。耳朵好比麥克風，它的作用主要是采音、集音、傳音和共振，它與麥克風的區別在于，耳朵具有擴音功能。也就是說，要想聽到音樂僅靠耳朵是不可能完成的。為此，必須重申兩個神經生物學和生理學的專業術語，“聽覺”和“聽知覺”，這也是許多音樂類的教科書、教材及學術文獻中，經常會出現混淆的問題。一個具有正常聽覺系統的人，對聲音都具有聽覺功能，也就是他能對聲波產生感覺，形成聲音，但未必會產生聽知覺。為什么我們經常會聽到一種聲音，卻無法分辨是什么物體發出的聲音，反而會問“什么聲”？為什么一個從沒有聽過音樂的人，在聽見音樂聲時會不知所措，滿腹狐疑？為什么一個非洲原始部落，當聽到銅管樂時，認為大難臨頭了？這說明聽覺和聽知覺是具有完全不同的兩個概念。換句話說，聽音樂憑聽覺只能聽到聲音，并不能辨別是音樂聲還是其它聲音。這就好比用[看物體，[相當于攝像機的鏡頭，單憑鏡頭是無法攝像的一樣。

第二，聽音樂或欣賞音樂的神經通路是，耳蝸核—腦干—丘腦—大腦皮質—丘腦—大腦皮質。耳蝸核是第一級聽覺神經中樞；腦干的延髓部分中的上橄欖復合核是聽覺中樞的第二站；位于丘腦的內側膝狀體是大腦皮層下的最高級聽覺中樞。至此，完成了對音樂的音頻、聲強和空間定位等的加工、處理，但此時人們并不能知道加工、處理聲音的類別，也就是說并不能區分是音樂聲或非音樂的聲音。丘腦是感覺上行傳導的重要驛站，接受除嗅覺外各種感覺纖維的投射。音樂發出的聲波信號，在丘腦中受到高爾基Ⅱ型神經元的修飾，并形成復雜的神經聯系，以獲得對音樂聲波信號的聽感覺，這就是機體生理功能意義上的“聽覺”。

丘腦對音樂的頻率和響度編碼重新修飾，進行再編碼后，由內側膝狀體發出神經纖維經聽輻射至大腦初級聽皮層，通過內側膝狀體和聽皮層的神經通路介導意識的聽知覺。也就是說，“聽知覺”是丘腦和大腦皮質折返交互的產物。雖然有些科學家曾指出：我們的大腦中沒有專門處理音樂的中樞，但是音樂家或音樂人的聽知覺為什么比普通人有優勢？音樂家聆聽鋼琴]奏時，為什么左半球熱烈活動區域比一般人大了２５％？音樂家或音樂人在處理音樂相關信號時至少有兩點和普通人不同：一是，音樂家或音樂人都受過專業訓練，通過對音樂的學習或憑借經驗，帶來了神經通路可塑性變化，也就是他們與音樂相關的神經網路構建，比普通人更發達。二是，音樂家或音樂人在長期的音樂活動中，參與音樂頻率和響度編碼，以及分析、加工、處理音樂信號的神經細胞數量，遠比普通人逾千越萬。人腦中約有１４０億個神經細胞，音樂家用于音樂活動的神經細胞，既可以單細胞“作戰”，也可以群體細胞的“集團作戰”，這就是音樂家聆聽鋼琴]奏時，產生“集團作戰”的神經細胞興奮，大量投入的神經細胞的放電，致使左半球熱烈活動區域的面積比一般人大了２５％的原理。

在音樂活動中，丘腦和大腦參與或投入的感覺細胞及其他神經細胞的數量越多，也就越有可能成為音樂家。丘腦中的感覺細胞在音樂活動中，可以建立數不勝數的感覺模塊，每個感覺模塊都存儲著不同的音樂感覺痕跡。我們通常所說的“聽覺”，正是感覺模塊在丘腦中的體現，它也將決定一個人的音樂感覺。大腦中的神經細胞在音樂活動中，通過和丘腦間神經元的折返交互活動，可以建立不計其數與音樂相關的樣本，每一個樣本都存儲著對音樂的意識、概念、認識和知覺等，其中，既有對音樂的形象樣本，也有對音樂的抽象樣本，這些音樂樣本就是神經生物學意義上的“聽知覺”的基礎，可以說，腦中沒有音樂樣本，就不可能產生對音樂的聽知覺。音樂樣本存在于不同腦區或核團（包括大腦皮質、下丘腦、杏仁核、基底核、小腦等），它們之間在腦中交換的次數越多，距中心距離越遠，音樂樣本就越精細，產生的音樂意識也就越精準、越清晰。因此，音樂的感覺模塊及音樂樣本是音樂活動的本質和核心，研究音樂作用于人腦的方式，實質上就是在研究怎樣建立音樂感覺模塊和音樂樣本。音樂界至今尚未得到完滿解釋的另一個問題：音樂為什么能夠表現感情，其本質與核心也在于音樂感覺模塊和音樂樣本的形成。機體是一個大型化學加工廠，感情、情感和情緒就是化學物質制造的化學反應。音樂活動必須建立在腦機制及神經機制的基礎之上才能得以完成，而人腦及神經系統活動的最基本方式，就是細胞間的通訊和信號傳導，其原理為電信號—化學信號—電傳遞。音樂活動的每一個細節都是通過這一原理實現的，在這一過程中神經系統都會釋放許多化學物質，如神經遞質、神經肽和神經激素等，可以說沒有這些化學物質的參與，細胞間就不可能進行通訊和信號傳導，音樂活動也就不可能實現。這就為我們從事音樂研究，音樂基礎理論建設提供了發展方向，也為我們的音樂研究工作奠定了理論基礎。

目前我國的音樂研究和音樂基礎理論建設的發展速度還比較遲緩，與發達國家的距離相距甚遠，許多與音樂相關的學科都停留在音樂表面現象的研究中，特別是當涉及到音樂以何種方式作用于人腦的研究時，要么引用國外的研究成果，要么借鑒已被證實為錯誤的理論，甚至在運用神經生物學解釋音樂中的問題時會出現不少謬誤或值得商榷之處：如聽覺與聽知覺、視覺與視知覺、感覺與感知覺、神經電信號的傳導與傳遞的概念混淆；“聽神經的中繼站是下丘腦”；“音樂的各種要素有其物理屬性，當其作用于人的聽覺時，則轉換為一種心理屬性”等等。希望我們在此課題上的研究能夠進一步的發展。

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①英國，Ｅａｓｔ Ａｎｇｌｉａ大學

②法國，尼斯大學等。

③英國，倫敦大學等。

④美國、法國等。

⑤美國紐約Ｐｌｅｎｕｍ出版社，在１９８２年出版的題為《音樂、思維和大腦》的著作，其副標題為《音樂神經心理學》，由Ｍａｎｆｒｅｄ Ｃｌｙｎｅｓ主編。

⑥⑦美國、加拿大等國。

⑧美國，斯坦福大學；加拿大，蒙特利爾大學。

⑨美國，科羅拉多大學。

⑩喻指解密工具。

王超慧首都師范大學音樂學院副教授、碩士生導師

（責任編輯金兆鈞）