情緒緩解方法探析：聆聽腦波音樂

□周長征 黃夢婷 楊 華 劉 惠 盧 競

[電子科技大學(xué) 成都 610054]

引言

從古至今，音樂都是人們生活中的一個重要成分。最初的音樂就是起源于人的某種難以言說的原始沖動，這種原始沖動的激情具有各種激情的基本屬性，卻缺乏具體的情感指向[1]。隨著科技的發(fā)展，生活節(jié)奏的加快，音樂成為一種生活必需品。在20世紀(jì)，它開始具有臨床醫(yī)療價值，被嘗試性地應(yīng)用于緩解病人的焦慮情緒。在相同的一個世紀(jì)內(nèi)，人們發(fā)現(xiàn)了腦電波的存在，開始研究來自人體內(nèi)部的生理信號。隨后，音樂與腦電波看似無關(guān)的兩種存在形態(tài)，逐漸被研究者聯(lián)系在了一起。眾多研究中，將包含生理信號的腦電波轉(zhuǎn)換成音樂，正是一件開創(chuàng)先例的嘗試。目前有研究表明，利用患者自己的腦波制作的“腦音樂”反過來作用于自身，有很強的催眠作用[2]。

腦波音樂在精神治療上具有相當(dāng)大的潛力，其自身就能反映人體本身的生理信號[3]。在當(dāng)今社會，精神負(fù)擔(dān)過重的情況下，患上心理疾病的人數(shù)不斷增加。腦波音樂作為一種新的音樂創(chuàng)作形式，若是能為心理治療師提供更有效的情緒緩解方式，將有助于改變當(dāng)下精神疾病頻發(fā)的現(xiàn)狀。

一、腦波音樂研究背景

音樂是由人類創(chuàng)造的一種藝術(shù)形式，它源自于人們內(nèi)心的情感宣泄，當(dāng)它被演奏出來的時候，不僅能夠傳遞來自創(chuàng)作者的情感，甚至還能使聽者產(chǎn)生共鳴。正是音樂具有這種獨特的功能，促使研究者們不斷地探索音樂的奧秘。從古到今，音樂的形式在不斷的演變，音樂的功能也日益廣泛。它從舒緩心情的一種娛樂方式，逐漸演變?yōu)橐环N心理治療功能，對提高人們的心理健康水平、改善人們的精神生活質(zhì)量無疑具有重要意義[4]。

科學(xué)界一直關(guān)注著音樂與人的大腦的關(guān)系，大腦是音樂產(chǎn)生的源泉，那么二者會存在什么樣的聯(lián)系呢？在上個世紀(jì)初，Hans Berger發(fā)現(xiàn)了人類腦電波(EEG，Electroencephalograph)的存在，不久之后，就有研究者開始嘗試用聽覺的形式來展現(xiàn)大腦的活動[5]。在上世紀(jì)60年代，Alvin Lucier成功地采用腦電波作為原材料舉辦了一次別開生面的演奏[6]，科學(xué)家們逐漸將生理信號與音樂聯(lián)系起來，早期的研究主要是以腦波信號為基礎(chǔ)，創(chuàng)作出新的音樂的形式。隨著時代的發(fā)展，音樂與人的生活愈加密不可分，科學(xué)家們研究的內(nèi)容也更多地涉及音樂和人之間的關(guān)系。

其中，音樂與腦波之間的轉(zhuǎn)化成為一種新的研究方向。音樂參數(shù)存在標(biāo)度行為首先被發(fā)現(xiàn)，接著有關(guān)腦電的研究表明，腦電波的相關(guān)參數(shù)，如振幅、相位等也有標(biāo)度性質(zhì)[7]。因此得出，音樂與腦電波之間確實存在一定的相關(guān)性。另外，在功能核磁共振成像（fMRI，functional magnetic resource imaging）的研究中，發(fā)現(xiàn)人體在執(zhí)行動作任務(wù)時，大腦的功能性連接結(jié)果也存在相似的標(biāo)度性質(zhì)[8]。這些結(jié)果使我們相信存在一定方法能使音樂與人腦聯(lián)系起來。

本研究中，我們以音樂與腦波都服從分形標(biāo)度性質(zhì)為依據(jù)，建立從腦波的基本參數(shù)到音樂的基本參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，創(chuàng)新地以fMRI中采集的信號對應(yīng)音樂中的音強，將人體獲得的腦波信號翻譯成音樂。這樣來自個人腦波的音樂，將具有個體獨特性，更能實時了解人體的生理狀態(tài)。此外，我們將腦波音樂反饋于具有焦慮癥狀的被試，通過實驗來驗證腦波音樂是否具有緩解情緒的作用。

二、實驗內(nèi)容

（一）EEG-fMRI 腦波音樂的制作

被試有兩人，分別是一名31歲的女性（被試A）和一名14歲的女性（被試B），所有被試者均簽署知情同意書。

本次實驗采用腦電和磁共振同時采集儀器。被試在靜息狀態(tài)下進(jìn)行磁共振掃描，3T磁共振掃描儀（EXCITE,GE Milwaukee,USA）。同時腦電信號通過EGI System 200型腦電記錄儀記錄，采集通道為128道。

音樂的基本屬性主要由音高、音色、音長、音強組成，在本次研究中，我們分別進(jìn)行兩種方法將腦波信號轉(zhuǎn)換成音樂。一種是之前的研究中一直采用的用EEG信號翻譯[9]，另一種則由我們創(chuàng)新性地將fMRI信號引入，和同時采集的EEG信號共同翻譯。兩種方法的區(qū)別只在于音強的對應(yīng)關(guān)系不同。前者腦波音樂的音強與腦電信號的平均能量變化值對應(yīng)，后者采用fMRI信號來對應(yīng)音強。其余音色與鋼琴的音色一致，音長與腦電信號的周期對應(yīng)，音高與腦電信號的振幅對應(yīng)。圖1是本實驗中采用的對應(yīng)的規(guī)則。

圖1 EEG-fMRI腦波音樂制作對應(yīng)關(guān)系

（二）新的腦波音樂評定

被試者共有10名被試，所有的人都接受過至少3年以上的音樂訓(xùn)練。

實驗內(nèi)容在實驗中，被試被要求聆聽采自被試A和被試B的兩種腦波音樂。10名被試被分成5人一組，一組被試首先聽EEG腦波音樂再聽EEG-fMRI腦波音樂，另一組被試則先從EEG-fMRI腦波音樂開始聽。聽完之后，兩組被試要根據(jù)所聽的感受，完成問卷。問卷內(nèi)容關(guān)于判斷所聽兩首曲子的音強快慢。

（三）腦波音樂對情緒的影響

被試者是10名存在較強焦慮情緒的在校大學(xué)生，沒有經(jīng)過系統(tǒng)的音樂訓(xùn)練。

實驗內(nèi)容：

（1）采用SAS（Self-Rating Anxiety Scale）焦慮自評量表[10]，采用4 級評分，共20 道題。標(biāo)準(zhǔn)分的分界值為50 分，其中50～59 分為輕度焦慮，60～69 分為中度焦慮，70 分以上為重度焦慮。

（2）對10 名被試進(jìn)行焦慮狀況評估后，選擇實驗一中采集的兩名被試的放松狀態(tài)下的腦波音樂作為本次實驗的音樂原材料。

（3）實驗過程中，共計進(jìn)行10 天腦波音樂反饋訓(xùn)練，每天在相同時間點持續(xù)1 小時，要求實驗環(huán)境在安靜、光線柔和的語音室中進(jìn)行。音樂由電腦以音頻形式播放。被試在聆聽音樂的過程中，保持閉眼靜息狀態(tài)。在完成整個音樂治療實驗后，要求被試再根據(jù)自己目前的心理狀態(tài)完成焦慮測評 量表。

三、實驗結(jié)果

（一）腦波音樂的發(fā)展

根據(jù)圖1所示的對應(yīng)準(zhǔn)則，將兩名被試在靜息狀態(tài)下同步采集的EEG-fMRI數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為音樂。這些音樂中，音高和音強分別是由腦電信號的振幅和fMRI信號確定的，因此，兩個分量之間并不存在直接相關(guān)的關(guān)系。圖2為被試A和被試B的EEG-fMRI腦波翻譯出來的音樂譜成的曲子。

圖2 兩名被試的EEG-fMRI腦電波翻譯出的音樂的樂譜

（二）新音樂評定結(jié)果

在獲得到兩名被試的腦波音樂后，我們?yōu)榱藱z驗EEG-fMRI腦波音樂，又進(jìn)行了一次實驗，請專業(yè)受過音樂訓(xùn)練的被試來對這種新的腦波音樂進(jìn)行評定。實驗提供第一個實驗中兩位被試的兩種不同翻譯方法的腦波音樂，在10名被試分兩組按不同的順序聆聽了前面兩名被試的兩種腦波音樂后，他們對所聽曲子的音強快慢進(jìn)行了判別，以下為問卷結(jié)果。

表1 10名被試對音強差異的識別結(jié)果表

通過分析表1中的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，兩組被試盡管在聽曲子的順序上不同，但他們在結(jié)果上達(dá)到了高達(dá)90%的一致。很明顯，對于被試A和被試B的EEG腦波音樂，幾乎所有10名聆聽者都覺得音強變化過快，而EEG-fMRI腦波音樂則音強變化偏緩慢。由這個實驗，相比于完全由腦電信號確定的腦波音樂，EEG-fMRI腦波音樂與正常人為創(chuàng)作的音樂十分貼近。根據(jù)被試們反饋的信息，緩慢的EEG-fMRI腦波音樂音強的改變速度讓聽者感覺更流暢，更放松，更貼近真實音樂。

（三）腦波音樂對情緒緩解的影響

在完成為期10天的腦波音樂反饋療程后，我們對10名被試的實驗前后焦慮自評量表分?jǐn)?shù)進(jìn)行比較。SAS焦慮自評量表標(biāo)準(zhǔn)分界值為50分，在實驗前，10名被試的平均測評分?jǐn)?shù)為56.5分，最高分值為63分，最低分值為53分。實驗后10名被試的平均分?jǐn)?shù)降為49，最高分值為55分，最低分值為46分。可以對比得出，在經(jīng)過一段時間的腦波音樂治療后，10名被試的焦慮測評分?jǐn)?shù)總體下降，焦慮癥狀有明顯的改善。

在結(jié)束了音樂治療后，我們分別對每一位被試進(jìn)行了一次簡短詢問，讓他們對所聽音樂做一個評價以及聽音樂過程當(dāng)中的感受。大部分被試表示持續(xù)每天用一段時間聆聽舒緩的音樂對放松他們的緊張情緒很有幫助。還有的被試希望能繼續(xù)進(jìn)行音樂治療，防止自己又重新回到實驗前的焦慮狀態(tài)。根據(jù)這樣的結(jié)果，可以得出聆聽腦波音樂與心理治療過程中的音樂療法具有相同功能，能一定程度上緩解被試的情緒。

四、對結(jié)果的討論

在之前的研究中，只采用EEG信號來翻譯成音樂，就會出現(xiàn)曲調(diào)的音強變化過快的情況，與通常的人工創(chuàng)作音樂不符。在本次課題研究中，選用EEG-fMRI信號共同翻譯出的腦波音樂，音強變化則比較緩慢。并且，音高和音強作為音樂的兩個重要基本性質(zhì)，應(yīng)該具有互相獨立的關(guān)系。過去只憑腦電信號獲得的音樂中，與音高和音強對應(yīng)的分別是腦電信號的振幅和腦電平均能量變化值，無法達(dá)到完全獨立。本次研究提出的腦電信號和功能磁共振信號共同翻譯的方法，則完全解決了這個問題，更加貼近真實的音樂。

通過對人體生理信號的實時采集，翻譯成音樂，來反應(yīng)人的生理狀態(tài)。我們相信這是一種較新的，且有效地了解人體的狀態(tài)的方法。當(dāng)一個人的情緒發(fā)生變化的時候，通過檢測他的腦波可以發(fā)現(xiàn)他情緒上的差異。在當(dāng)前許多音樂心理治療中，心理治療師都會選擇音樂來對患者進(jìn)行舒緩治療，但從古至今，音樂的種類、風(fēng)格都是數(shù)之不盡，各有不同。如何選擇適合患者的并且有效的曲子呢？已有研究論證無論是純音樂還是歌曲，都可以減輕我們的焦慮，關(guān)鍵在于所選的音樂是否是自身所喜歡的[11]。如果采用課題中的腦波音樂，可謂是“以其人之道，還之其身”，實時腦電譜成的音樂，通過捕捉被試本人特異的與深度放松有關(guān)的腦電波而形成，回放給被試后，與被試大腦中這種腦電波產(chǎn)生共振與反饋的作用，相信能達(dá)到放松的效果。

本次實驗中，我們采用的是來自兩名被試的腦波音樂，然后對10名焦慮癥狀較強的大學(xué)生進(jìn)行腦波音樂治療。結(jié)果表明聆聽腦波音樂具有緩解焦慮情緒的作用。但目前的驗證只是基于一個較少的被試人數(shù)，并不能就此得到腦波音樂完全可以緩解緊張情緒的結(jié)論，還需要進(jìn)一步做驗證實驗。在有更多被試的基礎(chǔ)上延長音樂治療時間，進(jìn)行長期追蹤記錄，這樣才能更有說服性。在將來的研究中，我們將進(jìn)一步嘗試讓每一位被試聆聽自身的腦波音樂，達(dá)到完全反饋于自身的目的。就目前結(jié)果而言，我們在之前EEG腦波音樂的基礎(chǔ)上，研究出更貼近人的生理的EEG-fMRI腦波音樂。這種來自人體內(nèi)源性的腦波音樂用于緩解精神壓力既是音樂治療的一種創(chuàng)新的嘗試，也對神經(jīng)反饋的研究具有重要意義。

在以后的研究中，我們將進(jìn)一步在fMRI信號上進(jìn)行更準(zhǔn)確的選取，因為不同頻段的fMRI信號可能扮演不同的功能角色，這樣在腦波信號上更小心地選擇將有助于翻譯出更能展現(xiàn)人體生理狀態(tài)的腦波音樂。這樣更精確地選擇出放松狀態(tài)下的腦波音樂，更有助于緩解人的緊張情緒。

五、總結(jié)

在本次研究中，我們提出了一種新的研究方法將腦電信號和功能磁共振信號結(jié)合起來轉(zhuǎn)換成音樂，這種腦波音樂中必然包含了一定的生理信息，可以反映我們?nèi)梭w內(nèi)部大腦的生命活動。通過實驗驗證，這個方法得到的音樂更切合真實的音樂，可以一定程度上緩解焦慮情緒。這幫助我們打開了一扇通往大腦奧秘的門，也提供了一種可能緩解精神壓力的新的音樂治療方法。

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