音樂和語言神經基礎的重合與分離
—— 基于腦成像研究元分析的比較*

賴 寒 徐 苗 宋宜穎 劉 嘉,2

(1北京師范大學認知神經科學與學習國家重點實驗室;2北京師范大學心理學院,北京 100875)

1 引言

音樂和語言都是人類最基本的能力之一,他們都是由聲音構成,有特定的組織規則,可讀寫,并且能夠傳達特定含義。在不同的人類群體中,音樂和語言都是其文化的重要組成部分。日常生活中,我們利用語言來交流思想,抒發見解,同時我們也借助于音樂來表達情感,引發共鳴。音樂同語言在組織結構和功能上的相似,使得不同領域的研究者對二者關系的探討從未停止過。本研究將試圖從認知神經科學的角度,探討音樂和語言在加工區域和機制上可能存在的聯系和區別。

由于音樂和語言的加工過程都較為復雜,無論是初級的聲音特征(聲源、音高、音色)的分析,還是高級的句法(Syntax)和結構(Structure)加工,都影響著人們對音樂和語言的理解。為系統全面地描述和分析音樂和語言的關系,本文依照音樂和語言的層級結構,從各個加工階段出發,探討音樂和語言的關系。

以往的研究表明,無論是音樂還是語言,都是按照一定的規則組織起來的,二者均采用層級分析的形式進行加工(Bharucha&Krumhansl,1983;Patel,2003)。音高(Pitch)按照不同的組合形成了不同的和弦,和弦經過排列變換又形成了有調的旋律;同樣的,詞語通過組織形成了短語,而短語經過排列變換也形成了具有語法規則的句子。音樂和語言的這種較為類似的組織方式(Jackendoff&Lerdahl,2006),暗示二者可能存在聯系。根據Koelsch等在2011年(Koelsch,2011)提出的音樂知覺加工模型,當物理的聲音流進入人耳后,第一個加工階段是對聲音特征的提取階段(Auditory feature extraction)。基底神經核團(如上/下丘、膝狀體、丘腦)和初級聽覺皮層通過對聲音信息的解碼和分析來提取并分析頻率、音色、強度和聲源等聲音特征。第二個階段是格式塔片段形成階段(Gestalt formation)。此階段根據格式塔規則,如相似性、接近性等原則,對頻率類似、節奏類似或音色類似的聲音特征進行重構,將聲音特征組織為具有整體特性的格式塔片段。第三階段為音程分析階段(Interval analysis),即在格式塔片段的基礎上分析和弦內部或旋律內部音(Pitch)與音的音程關系,以對旋律的音程進行表征。最后是對音樂結構的分析(Music structure analysis)。在這個階段,大腦依據音調系統和旋律和諧等原則,通過對和弦(Chord)功能及其關系的分析,從而對音樂的旋律信息進行進一步的整合(Koelsch,2011;Koelsch&Siebel,2005)。對比Friederici等(Friederici,2002,2005)提出的語言知覺加工模型,語言知覺的加工也可大致分為四個階段。第一個階段與音樂知覺類似,即為聲音特征的提取階段。第二個階段是語音分析階段(Phonological analysis),主要負責詞語語音邊界的分割與組織,與音樂知覺的格式塔片段形成階段類似。第三個階段為詞語分析階段(Lexical analysis),即對詞語的詞形(Lexical form)和詞義(Lexicosemantic)進行分析,并進行詞語形音義的轉換。最后是句子分析階段(Sentence analysis),即在詞語分析的基礎上,完成句子的句法及其句義信息的加工和整合(Friederici,2002,2005)。對比音樂和語言的知覺加工模型發現,音樂和語言都是從聲音特征的提取開始,通過層級加工的模式完成對旋律或語言的加工。以往對音樂和語言不同層級加工過程的研究進一步暗示了音樂和語言可能存在加工過程的關聯。

已有研究表明,在低層級的語音加工階段及較為低層級的音程分析和詞義分析階段,音樂和語言可能存在加工機制的重合。對音程分析的研究發現,讓被試進行與音程分析有關的任務時,在顳上回(superior temporal gyrus,STG)(Brown&Martinez,2007;Foster&Zatorre,2010;Wehrum et al.,2011)、中央前回(precentral gyrus,Prec)(Brown&Martinez,2007;Foster&Zatorre,2010;Wehrum et al.,2011)、額下回的三角部(pars triangularis of the inferior frontalgyrus,IFGt)(Brown & Martinez,2007;Doeller et al.,2003;Schwenzer&Mathiak,2011)和腦島(insular,Ins)(Foster&Zatorre,2010;Schwenzer&Mathiak,2011;Wehrum et al.,2011)等腦區都有明顯激活。同時,大量研究表明,這些腦區也參與語言加工(Bitan,Lifshitz,Breznitz,&Booth,2010;Burman,Bitan,&Booth,2008;Kurth,Zilles,Fox,Laird,&Eickhoff,2010;Mutschler et al.,2009;Raettig,Frisch,Friederici,&Kotz,2010;Shuster&Lemieux,2005;Vigneau et al.,2006,2011)。一些探討音樂與語言關系的研究進一步支持了音樂與語言可能存在共有加工機制這一觀點。研究發現,早期的聲調語言環境能夠促進音程分析的發展(Stevens,Keller,&Tyler,2004),音程分析過程受損的樂盲,其對語言聲調的加工也受損(Jiang,Hamm,Lim,Kirk,&Yang,2010);并且,當給被試同時呈現旋律與歌詞時,在顳上回、顳中回(middle temporal gyrus,MTG)、腦島和額下回等腦區,音樂的音程分析與語言的詞義分析相互干擾(Sch?n et al.,2010)。也就是說,在相對于句法加工較為低層級的加工階段,音樂和語言就已表現出了共同的加工機制。

并且,研究發現,在高層級的加工階段(結構分析和句子分析),音樂與語言也可能存在共有的加工機制。有關旋律結構分析的研究表明,旋律結構分析所激活的顳上回(Foster&Zatorre,2010;Fujisawa&Cook,2011;Koelsch,Fritz,V Cramon,Müller,&Friederici,2005)、額中回(middle frontal gyrus,MFG)(Foster&Zatorre,2010;Fujisawa&Cook,2011;Schmithorst,2005)、額下回的島蓋部(pars opercularis of the inferior frontal gyrus,IFGo)(Foss,Altschuler,&James,2007;Fujisawa&Cook,2011;Koelsch,Fritz,Schulze,Alsop,&Schlaug,2005;Schmithorst,2005;Tillmann et al.,2006;Wehrum et al.,2011)、中央前回(Foss et al.,2007;Foster&Zatorre,2010;Fujisawa&Cook,2011;Koelsch,2005;Schmithorst,2005;Wehrum et al.,2011)、額極(frontal pole,Fpole)(Foss et al.,2007;Fujisawa&Cook,2011;Janata,Birk,et al.,2002;Koelsch,2005;Schmithorst,2005;Schulze,Mueller,&Koelsch,2011;Tillmann et al.,2006;Wehrum et al.,2011)和腦島(Fujisawa&Cook,2011;Tillmann et al.,2006;Wehrum et al.,2011)等腦區也參與語言的加工(Binder,Desai,Graves,&Conant,2009;Bitan et al.,2010;Burman et al.,2008;Kurth et al.,2010;Mutschler et al.,2009;Pinel&Dehaene,2010;Raettig et al.,2010;Shuster& Lemieux,2005;Vigneau et al.,2006,2011)。同時,旋律的加工激活了與語言緊密聯系的布洛卡區(額下回區域)和威爾尼克區(顳上回區域),這兩個區域均參與了語言的句法加工,表明在句法層面上,音樂和語言也可能存在共有的加工機制(Schmithorst,2005)。行為和ERP的研究進一步支持了這一觀點。研究發現,同時讓被試進行音樂和語言的任務時,語言的句法加工會受到音樂句法加工的干擾(Fedorenko,Patel,Casasanto,Winawer,& Gibson,2009;Koelsch,2005)。語言句法加工能力受損的兒童其音樂句法加工的能力也受到損壞(Jentschke,Koelsch,Sallat,&Friederici,2008)。研究者通過顱內ERP定位發現,在早期句法錯誤偵測階段,在顳下回區域,音樂和語言存在加工的重合(Sammler et al.,2009)。此外,還有研究發現,當給被試同時呈現旋律與歌詞時,和諧的旋律會促進歌詞句義的加工(Poulin-Charronnat,Bigand,Madurell,&Peereman,2005)。

然而,也有證據表明音樂和語言存在分離的加工機制。有關腦損傷的研究發現,失語癥患者的言語能力受損時其旋律表達能力完好(Polk&Kertesz,1993),顳枕區中風患者的言語理解能力受損時其音樂能力也基本未受影響(Mendez,2001),而樂盲在其旋律加工能力受損時其語言能力也基本表現正常(Liu et al.,2012;Piccirilli,Sciarma,&Luzzi,2000;Polk&Kertesz,1993)。并且,對正常被試的腦成像研究也發現,雖然音樂和語言存在加工重合的腦區,但是其不重合的腦區也有很多(Rogalsky,Rong,Saberi,&Hickok,2011),甚至音樂的結構分析幾乎不能激活相應句子分析的區域(Fedorenko,Behr,&Kanwisher,2011)。研究者據此認為,音樂和語言分屬不同的模塊,各有一套獨特的加工機制。

音樂和語言是否同屬同一個模塊爭論已久,之所以出現研究結果的不一致,可能是由于研究者所采用的研究范式不一致導致,也可能受其被試數量和分析方法的影響。鑒于此,為系統探討音樂和語言加工的關系,本研究希望通過對比音樂和語言的元分析結果,從各個加工層級出發,探查音樂和語言加工的關系,并具體探討音樂和語言在神經基礎上的異同。

2 方法

2.1 數據提取和描述

由于已有研究者對特定于音樂知覺的兩個層級,即較為低層級的音程分析和高層級的結構分析(賴寒,徐苗,宋宜穎,劉嘉,2013),以及語言知覺的三個層級,即低層級的語音分析、較為低層級的詞義分析和高層級的句子分析(Vigneau et al.,2006,2011),做了較為完善的元分析,因此,本研究直接采用其結果,以進行后續的分析。研究中各層級元分析的文獻搜索策略、以及所納入文獻的標準、文獻總數、實驗對比條件(Contrast)總數、峰值(Peaks)總數和最終聚類得到的簇(Cluster)總數具體如表1所示。

2.2 元分析結果的對比

由于元分析所得到的簇的中心坐標所依據的標準大腦模板均采用的是MNI(Montreal Neurological Institute)坐標系,因此,為了清楚的將音樂和語言各層級的加工機制進行對比,我們首先使用Caret軟件(van Essen et al.,2001)將音樂和語言各層級加工所激活的簇的中心坐標投射到Caret自帶的MNI模板上,即得到音樂和語言各層級加工的簇中心坐標對比圖(圖1)。

2.3 音樂和語言加工區域的重合

為了探查音樂和語言知覺的神經基礎之間的關系,我們進一步分析了分屬音樂和語言各層級加工的簇在大腦皮層上是否有重合。具體而言,我們將首先探查音程分析和語言各層級的簇在大腦皮層上是否有重合。具體而言,重合分析由以下四個步驟構成。首先,我們將音程分析與語言各層級的簇兩兩隨機進行配對,并計算出每對簇的中心坐標的歐式距離,篩選出簇間間距小于7 mm(約3個體素以內)的配對。隨后,我們將篩選出的配對中的兩個簇的峰值混合,采用K-means聚類分析方法,指定聚類數目為K=2,迭代次數T=10。若重新聚類后,兩簇的峰值混合在一起,則從描述上表明這兩個簇所在的腦區上可能有重合。再次,為了從統計上進一步驗證配對中的兩個簇是否存在重合,我們對由K-means聚類篩選出的配對做了多元方差分析。具體而言,我們對配對中的兩個簇的峰值在X、Y、Z方向上分別進行了多元方差分析。若配對的簇在X、Y、Z方向上的組間差異均不顯著,則可認為這兩個簇所在的腦區上有重合(Reich,Szwed,Cohen,&Amedi,2011)。最后,為了進一步量化參與音程分析和語言加工的簇在多大程度上有重合,我們分別計算了其左右腦的簇重合率,計算方法為音程分析左(右)腦的重合簇總數除以音程分析左(右)腦的簇總數。同樣的流程被采用來尋找結構分析與語言各層級加工有重合的簇。

表1 音樂和語言各層級元分析的詳細信息

圖1 音樂和語言各層級加工的簇中心坐標對比圖

3 結果

首先,為描述性地考察音樂和語言各層級加工所激活的區域在大腦皮層上是否可能有重合,我們將音樂和語言的元分析研究所得到的簇中心坐標,標記在Caret自帶的MNI模板上。結果如圖1所示,音樂的兩個層級,音程分析(紅色的點)和結構分析(黃色的點)所激活的簇,與語言的三個層級,語音分析(綠色的點)、詞義分析(藍色的點)和句子分析(青色的點)所激活的簇,在左腦的額葉、顳葉和頂葉以及右腦的額葉和腦島等區域,均比較接近,暗示音樂和語言可能存在共享的神經基礎。

為了進一步探查音樂和語言知覺的神經基礎之間的關系,我們分別對分屬音樂和語言各層級加工的簇進行了重合分析。

具體而言,對于音程分析,我們篩選出了5個簇間間距小于7 mm的配對。進一步分別對篩選出來的5個配對做K-means聚類分析,我們發現,這5個配對的簇的峰值均混合在一起,表明這5個配對可能有重合。再次,為了從統計上進一步驗證配對中的兩個簇是否有重合,我們對由K-means聚類篩選出的5個配對做了多元方差分析。結果發現,這5個配對的簇中心坐標在X、Y、Z方向上的組間差異均不顯著,表明了這5個配對的兩個簇所在的腦區的重合。

各配對的簇的分布及坐標位置具體如圖2所示,各配對的簇的中心坐標以及其在X、Y、Z方向上的F值與

p

值具體如表2所示。其中,參與音程分析的簇,與參與語言三個層級加工的簇,兩兩間均存在重合。其中,它與語音分析發生重合的區域位于左側顳上回和左側中央前回;與詞義加工發生重合的區域位于左側顳上回和左側額下回的三角部;與句子分析發生重合的區域位于右側腦島。通過計算左右腦的簇重合率發現,音程分析與語言加工重合較多,主要表現在大腦左側(50%)有較多重合。對于結構分析,我們篩選出了6個簇間間距小于7 mm的配對。進一步分別對篩選出來的6個配對做K-means聚類分析,我們發現,這6個配對的簇的峰值均混合在一起,表明這6個配對可能有重合。再次,為了從統計上進一步驗證配對中的兩個簇是否有重合,我們對由K-means聚類篩選出的6個配對做了多元方差分析。結果發現,除了一對配對,即結構分析的簇,中央前回,與語音分析的簇,中央前回,在Y方向上的簇峰值坐標存在顯著差異外(

p

=0.04),其余5個配對的簇中心坐標在X、Y、Z方向上的組間差異均不顯著,表明了這5個配對的兩個簇所在的腦區的重合。

圖2 音樂和語言各層級加工的重合

表2 音程分析和語言各層級加工的重合率、重合腦區坐標、簇間距離及F檢驗統計值

各配對的簇的分布及坐標位置具體如圖2所示,各配對的簇的中心坐標以及其在X、Y、Z方向上的F值與

p

值具體如表3所示。其中,參與結構分析的簇,與參與語言三個層級加工的簇,兩兩間均存在重合。其中,它與語音分析發生重合的區域位于左側額蓋區(Rolandic operculum,RoLo)和右側腦島;與詞義分析發生重合的區域位于右側額下回的島蓋部和右側腦島;與句子分析發生重合的區域位于右側腦島。通過計算左右腦的簇重合率發現,結構分析與語言加工重合較少,在大腦左側(7%)和右側(14%)均只存在少量重合。

4 討論

本研究根據音樂和語言的層級結構,從各個加工階段出發,探討音樂和語言的關系。具體而言,我們對二者已有的元分析結果進行對比,進而探討了音樂和語言在神經基礎上的異同。結果表明,音樂的兩個層級,音程分析和結構分析,與語言的三個層級,語音分析、詞義分析和句子分析,兩兩間均存在加工重合的區域。音程分析和語言加工重合更多,在大腦左側有較多重合(50%),而結構分析與語言加工重合較少,在大腦左側(7%)和右側(14%)均只有少量重合,暗示了在較為低層級的加工階段,音樂和語言更可能存在共享的神經基礎,而在更為高層級的加工階段,音樂和語言的加工更多地表現出各自獨特的特點。

表3 結構分析和語言各層級加工的重合率、重合腦區坐標、簇間距離及F檢驗統計值

具體而言,音程分析與語言三個層級的重合區域主要分布在左側顳葉(顳上回)、左側前運動區(中央前回)、左側前額葉(額下回的三角部)和右側腦島;結構分析與語言三個層級的重合區域主要分布在左側前運動區(額蓋區)、右側前額葉(額下回的島蓋部)和右側腦島(圖3)。這些區域可能為音樂知覺與語言知覺各層級加工的神經環路的共有節點,暗示了二者在聽覺—運動環路、核心環路和認知—情緒環路上可能存在的聯系。下面,我們將在音樂知覺和語言知覺的神經環路的基礎上,詳細探討音樂和語言的關系。

4.1 音樂和語言知覺在神經環路上的重合

4.1.1 音樂與語音分析在“聽覺—運動環路”存在重合節點

已有研究表明,音程分析和結構分析均需要聽覺—運動環路的參與,而此在語音分析中也有涉及(Vigneau et al.,2006,2011;賴寒等,2013)。本結果表明,音程分析和結構分析均可能與語音分析在聽覺—運動環路存在重合節點。不同的是,音程分析與語音加工的重合節點主要分布在左側中央前回,而結構分析與語音加工的重合節點則主要分布在左側額蓋區(圖4)。

圖3 音樂和語言知覺示意圖

圖4 音程分析、結構分析與語音分析的的各神經環路關系圖

具體而言,對于音程分析,其與語音分析在左側中央前回存在重合,表明二者可能存在聽覺—運動整合上的聯系。已有研究表明,位于前運動皮層的中央前回與音樂和語言的聽覺—運動整合有關(Bangert et al.,2006;Hyde et al.,2009;Pulvermüller&Fadiga,2010;Vigneau et al.,2006),主要負責口舌和鄂的運動(Mohammadietal.,2009;Pulvermülleretal.,2006;Schubotz,Anwander,Kn?sche,Von Cramon,&Tittgemeyer,2010;Wong,Dzemidzic,Talavage,Romito,&Byrd,2011),參與音程分析和語音分析聽覺—運動環路的加工(Vigneau et al.,2006;賴寒等,2013)。因此,我們認為,左側中央前回可能為音程分析和語音分析在聽覺—運動環路的共有節點。在音程分析階段,左側中央前回主要擔任音程—運動聯合區的角色,整合音程—運動的加工,以幫助重復和記憶旋律信息,反映了旋律加工中所存在的默唱的加工過程(賴寒等,2013);而在語音分析階段,左側中央前回則主要擔任語音—運動聯合區的角色,整合語音—運動的加工,幫助重復和記憶語音信息,反映了語音加工中所存在的默讀的加工過程(Szenkovits,Peelle,Norris,&Davis,2012;Vigneau et al.,2006)。

同樣,結構分析與語音分析在左側額蓋區存在重合,也表面二者可能存在聽覺—運動整合上的聯系。位于前運動區的額蓋區也與音樂和語言的聽覺—運動整合有關(Kell et al.,2009;Koelsch et al.,2009;Szenkovits et al.,2012;Vigneau et al.,2006),主要負責喉結的運動控制(Brown,Ngan,&Liotti,2008;Chang,Erickson,Ambrose,Hasegawa-Johnson,&Ludlow,2008;J?ncke,H?nggi,&Steinmetz,2004),參與結構分析和語音分析聽覺—運動環路的加工(Vigneau et al.,2006;賴寒等,2013)。因此,我們認為,左側額蓋區可能為結構分析和語音分析在聽覺—運動環路的共有結點。在結構分析階段,左側額蓋區主要擔任旋律—運動聯合區的角色,整合旋律—運動的加工;而在語音分析階段,左側額蓋區則和左側中央前回一起,擔任語音—運動聯合區的角色,整合語音—運動的加工。

4.1.2 音樂與詞義分析在“核心環路”存在重合節點

已有研究表明,左側顳上回與左側額下回均參與音程分析核心環路的加工,右側額下回參與結構分析核心環路的加工(賴寒等,2013);這些區域在詞義加工的核心環路之一,背側語義環路中均有涉及(Friederici,2012;Hickok & Poeppel,2004;Vigneau et al.,2006,2011;賴寒等,2013)。本研究結果表明,音程分析和結構分析均可能與詞義分析在其核心環路存在重合節點。不同的是,音程分析與詞義分析的重合節點主要分布在左側顳上回與左側額下回,而結構分析與詞義分析的重合節點主要分布在右側額下回(圖5)。

具體而言,對于音程分析,其與詞義分析在左側顳上回存在重合,表明二者可能存在聽覺加工上的聯系。左側顳上回可能為連接音程分析核心環路和詞義分析背側語義環路的共有節點。在音程分析階段,左側顳上回主要負責旋律輪廓、和弦與旋律音程變化的知覺以及相對音高關系的精細分析(賴寒等,2013);而在詞義分析階段,左側顳上回主要擔任詞語語音、詞形和詞義的中轉站的角色,負責整合詞語的語音、詞形和詞義信息,將所知覺的字母和字形轉換成音節形式,并將語音信息轉換成相應的語義表征,進而促進詞語的概念加工和后續的句子加工(Friederici,2012;Houdé,Rossi,Lubin,&Joliot,2010;Pulvermüller&Fadiga,2010;Vigneau et al.,2006)。此外,音程分析還與詞義分析在左側額下回存在重合,表明二者還存在工作記憶加工上的聯系。左側額下回可能與左側顳上回一起,共同作為連接音程分析核心環路和詞義分析背側語義環路的節點。在音程分析階段,左側額下回負責對和弦及旋律信息進行保持與存儲,為顳上回完成音程分析奠定基礎(賴寒等,2013);而在詞義分析階段,左側額下回則主要負責對詞語的抽象詞義進行判斷、選擇與提取,為后續的詞義整合及句子分析奠定基礎(Moss et al.,2005;Vigneau et al.,2006;Whitney,Kirk,O'Sullivan,Ralph,& Jefferies,2011)。

同樣,結構分析與詞義分析在右側額下回存在重合,表明二者也可能存在工作記憶加工上的聯系。已有研究表明,右側額下回的島蓋部與執行功能有關(Boehler,Appelbaum,Krebs,Hopf,&Woldorff,2010;Brown et al.,2012;Hampshire,Chamberlain,Monti,Duncan,&Owen,2010;Vigneau et al.,2011),在旋律結構和詞語加工等工作記憶有關的任務中均有激活,既參與結構工作記憶環路的加工(Janata,Tillmann,et al.,2002;賴寒等,2013),又輔助語言各層級工作記憶環路的加工(Vigneau et al.,2011)。因此,我們認為,右側額下回的島蓋部可能為連接結構分析核心環路和詞義分析背側語義環路的共有節點。在結構分析階段,右側額下回的島蓋部與前額葉其他區域一起,負責對顳上回整合而來的聲音序列信息進行注意、保持與存儲,以助于旋律句法結構的建構及實驗任務的完成(賴寒等,2013);而在詞義分析階段,右側額下回的島蓋部則主要負責對詞義信息的注意、保持及存儲過程,以助于詞義提取及實驗任務的完成(Vigneau et al.,2011)。

4.1.3 音樂與句子分析在“認知—情緒環路”存在重合節點

以往研究表明,音程分析和結構分析均需要認知—情緒環路的參與,而此在句子分析中也有涉及(Vigneau et al.,2006,2011;賴寒等,2013)。本研究結構表明,音程分析和結構分析均可能與句子分析在認知—情緒環路存在重合節點,且重合節點均分布于右側腦島(圖6)。

圖5 音程分析、結構分析與詞義分析的的各神經環路關系圖

已有研究表明,無論是音樂知覺(Han,Rho,Jun,&Hwang,2010;Huq,Bello,&Rowe,2010;Kim et al.,2010;Omar et al.,2011;Yang,Lin,Su,&Chen,2008),還是語言知覺(Jones,Ward,&Critchley,2010;Mutschler et al.,2009),均會引發個體情緒體驗的產生,并且這種情緒體驗的加工大多需要腦島的參與(Boso,Politi,Barale,&Emanuele,2006;Jones et al.,2010;Koelsch,2010;Koelsch&Siebel,2005)。對音樂和語言知覺的元分析發現,右側腦島不僅參與音程分析和結構分析的認知—情緒環路的加工(賴寒等,2013),也參與句子分析認知—情緒環路的加工(Kurth et al.,2010)。

因此,我們認為,右側腦島可能為音程分析和結構分析分別與句子分析在認知—情緒環路的共有節點。在音程分析和結構分析階段,腦島參與旋律音程分析和旋律結構分析的情緒喚起過程,而在句子分析階段,腦島參與句子分析的情緒喚起過程。

4.2 音樂和語言知覺在神經環路上的分離

然而,雖然音樂和語言知覺在神經環路上存在共有的節點,但是二者不重合的節點則更多,二者的加工表現出各自獨特的特點,在神經環路上存在以下三個方面的區別。

第一、音樂和語言知覺的神經環路不盡相同(圖4-6)。例如,音樂與語言知覺均包含各自獨特的核心環路。雖然音程分析和結構分析的核心環路與詞義分析的背側語義環路分別存在著共有節點,但是環路內二者不重合的節點更多,可能反映了各自獨特的加工機制。

第二、雖然音樂和語言知覺均包含了相同的神經環路,但是二者所涉及的腦區絕大多數并不相同(圖4-6)。并且,即使有的腦區名字相同,但是他們卻不是重合在一起的,可能反映了他們在功能上的側重不一樣。例如,結構分析與句子分析均包含認知—情緒環路,但結構分析的認知—情緒環路主要依靠腦島、扣帶前回、旁扣帶回完成,而句子分析主要依靠腦島完成。又如音程分析和語音分析的聽覺—運動環路均包含右側中央前回,然而二者在右側中央前回卻并未發生重合。

第三、神經環路的分離更多地發生在更為高層級的加工階段。對于音樂知覺,與較為低層級的音程分析相比,結構分析在聽覺—運動環路、核心環路和認知—情緒環路內,均與語言加工存在更多不重合節點。且對于語言知覺,與低層級的語音分析及較為低層級的詞義分析相比,句子分析只在外圍的認知—情緒環路與音樂知覺發生重合,在句子分析核心環路則并未與音樂知覺發生重合。這可能反映出音樂和語言所特有的加工過程更可能發生在更為高層級的加工階段。

5 展望

本研究通過對比音樂和語言的元分析結果,從各個加工層級出發,首次對音樂和語言的神經基礎的關系進行了全面地分析,從而探討了音樂和語言在神經基礎上的異同。

本研究認為,音樂和語言的各層級間均存在共有的神經環路節點,分別位于左側顳葉(顳上回)、左側前運動區(中央前回和額蓋區)、雙側前額葉(左側額下回的三角部和雙側額下回的島蓋部)和右側腦島。并且,音樂和語言共有的神經基礎更可能存在于較為低層級的加工階段,而在更為高層級的加工階段,音樂和語言的加工更多地表現出各自獨特的特點。然而,本研究的結果只是基于已有音樂和語言元分析結果的對比,還需要更為科學和嚴格的方法加以驗證。未來研究有必要在同一批被試中直接比較音樂和語言各層級加工的關系,看看哪些腦區特異于音樂和語言知覺,哪些腦區是音樂和語言知覺所共享,嚴格探查其共享及分離的神經基礎具體發生于音樂和語言知覺的哪一層級。同時,由于音程分析和結構分析是一個相對粗略的加工過程,音程分析包含了旋律輪廓和音程兩類信息的加工,結構分析包含了和旋和諧、旋律和旋和音調結構等信息的加工。因此,隨著相關fMRI研究量的增加,在未來的元分析中,有必要對二者的加工層級進行進一步細分,并在其與語言知覺所對應的層級上,更為精細的比較音樂知覺和語言知覺的關系。

此外,對比音樂和語言的元分析結果發現,不僅音樂和語言的各層級間均存在共有的神經環路節點,而且在不同層級,其重合的神經環路不盡相同。由于音樂訓練相較于語言訓練更方便也更簡單,已有大量研究將音樂訓練應用于提高個體的語言能力(J?ncke,2012;Moreno&Besson,2006;Moreno et al.,2009;Paul,Sharda,&Singh,2012;Sch?n&Fran?ois,2011),因此,本研究不僅為其提供了理論支持,而且對如何將音樂訓練更為有效的運用于語言發展提供了線索。例如,本研究發現,語音分析與音樂旋律分析在聽覺—運動環路存在共有節點,那么對于在語音加工方面存在障礙的個體,則可以通過器樂和歌唱等訓練加強聽覺—運動整合能力,由此提高誦讀等語音能力,實現個體語音能力的改善。又如,本研究發現,結構分析和詞義分析在核心環路存在工作記憶加工過程的聯系,那么對于在詞義加工方面存在障礙的個體,則可以通過加強其結構分析的工作記憶能力提高其詞義分析的工作記憶能力,從而改善個體的詞義加工。

圖6 音程分析、結構分析與句子分析的各神經環路關系圖,虛線表示聯系

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