音樂節奏與動作節奏的序列匹配認知機制研究①

王東雪 （河南師范大學 音樂舞蹈學院，河南 新鄉 453007）

音樂節奏與動作節奏的序列匹配認知機制研究①

王東雪 （河南師范大學 音樂舞蹈學院，河南 新鄉 453007）

演奏家是通過聽覺對音樂感知，以動作節奏來詮釋音樂內涵與演奏風格，動作節奏不僅展現出了肌肉收縮的動態變化，而且在視覺空間中與聽覺聯合進而展現身體動靜結合的姿態。人體這種在身體生理性與心理神經性的復雜關系，足以說明動作節奏與音樂節奏互為同步，而且演奏時，動作節奏中的動作序列是按照音樂節奏時序而逐一展現出來的，也就是說二者是以“序列匹配”為認知基礎的，本研究試圖從腦認知神經科學的視角出發，對音樂節奏與動作節奏的這種序列匹配關系進行深入剖析。

音樂節奏時序；動作節奏序列；序列匹配認知

引 言

鋼琴、小提琴等樂器演奏家在進行表演時，他們正是憑借對音樂節奏的認知：“通過中樞神經系統的興奮擴散效應，誘發動覺中樞的興奮，從而產生節奏感，即聽覺和動覺的聯合知覺”[1]，以動作節奏來“回應”音樂節奏。這兩種不同類型、不同性質的節奏是互為同步的：因為音樂節奏是以一定時間間隔先后順序出現的，具有時序性，所以，動作組合中那些既定順序排列的動作——動作序列（如：鋼琴家手指觸鍵順序）與音樂節奏時序是相互匹配的。也就是說，音樂節奏與動作節奏之間存在著序列匹配認知關系。本研究擬從音樂節奏序列認知和動作節奏時序認知入手，來闡述二者的序列匹配認知機制。

一、關于序列匹配認知

（一）音樂節奏時序

從作曲理論角度來看，音樂節奏有著如下界定：“節奏這個概念在音樂理論中具有不同層次的意義。狹義地說，它僅作為與‘旋律’（而不是‘曲調’）相對應的一個概念，單純只指音樂中的時間因素。……再擴大一些來看，節奏還涉及音樂作品時間段（即‘句法’或‘曲式結構’）的劃分、比例與平衡問題（彭志敏，1997）”[2]，“節奏是循環的拍子和重音，規律的或是零散的。節奏還與速度的概念不同。節奏是時間中的比例和順序，但又不是時間本身（姚恒路，2003）”[3]；“在音樂中，音的長短、強弱有組織地進行叫做節奏。節奏是音樂在時間上的組織（晏成佺,童忠良，2006）”[4]。從上述界定來看，至少有一點認識是較為統一的：即音樂節奏與時間相關，而“音樂節奏本質上就是音符時值序列（時間間隔）”[5]。所以，將節奏中音符時值的順序排列稱之為音樂節奏時序。從以上分析來看，音樂節奏序列具有以下特征：（1）聽覺時序性。因為音樂節奏的產生是通過聽覺信息傳導：即聽覺系統通過外耳接收聲波、辨別聲源的，由內耳使感音器官——耳蝸的基底膜震動，從而刺激基底膜上的毛細胞，產生神經沖動，“這些神經沖動以特定的頻率和組合形式編碼聲音信息”[6]，“在聽覺通道，初級聽皮層中的神經細胞對于聲音頻率是有選擇性的，兩個不同頻率的音調能被整合為一個按照出現順序而具有不同頻譜分布的知覺事件”[7]，又以音符時值序列作為時間間隔標準。（2）強、弱性。在音樂中，節奏和節拍總是同時存在的，相同時值的強拍和弱拍會進行有規律的循環出現，這樣樂器演奏家就可以隨著強、弱節拍展現出一定視覺意義上的動作節奏表征：力度大小。（3）速度性。音樂進行的快慢通常是根據樂曲的風格、內容而定，每首作品都有自己確切的速度。如在譜中有“=108”的標記，指的是使用節拍器標示速度，即速率，意思是每分鐘演奏108個四分音符。另外，目前國際上通用的意大利文速度術語對音樂作品的速度有進行明確的規定，一般在中國科協制造的節拍器就有像行板（Andante）為每分鐘拍數66、中板（Moderato）每分鐘拍數88、廣板（Largo）每分鐘拍數46、快板（Allegro）每分鐘拍數132、急板（Presto）每分鐘拍數189、最急板（Prestissimo）每分鐘拍數210等的速率界定[8]。這充分表明：樂器演奏家只有準確地“聽出”音樂速度才能產生出正確的動作速度（如：動作的快、慢）。

（二）動作節奏序列

在運動訓練學理論中，動作節奏是指：在完成動作過程中的時間特征。包括用力的大小、時間間隔的長短、動作幅度的大小及動作快慢等因素[9]。《體育科學詞典》（2000）對動作節奏的衍生概念——“節奏感”進行定義：訓練學上的節奏感（sense of rhythm）指運動員練習過程中，在完成動作的時間和力度上呈現出來的快慢、強弱有序變化的能力；心理學上的節奏感（rhythmic perception）則指個體對運動表象或自身運動的時間與空間動態特征的知覺[10]。無論是從何種角度出發，毋庸置疑，在運動過程中，動作節奏實質上是以動作組合中按照既定順序排列的動作——即動作序列為核心的，所以，本研究將動作節奏中的動作序列定義為“動作節奏序列”。動作節奏序列有以下特征：（1）時間性。動作的完成是一個從開始到結束的完整過程，這一過程本身就是以節奏的時間間隔為特征的。（2）順序性。從其定義上來看，成套動作中單個動作之間是以既定先后順序連接而成的，以保證動作的連續性。（3）動態性。動作序列表現出的是各種不同動作的空間性與時間性，是一種從生理——心理到肌肉輸出動作的過程。

（三）序列匹配認知的界定

音樂節奏與動作節奏保持同步，是需要接受兩類感覺信息進行“意識性”的動作轉化：“第一類是來自聽覺、視覺的信息，但有研究證實：與視覺節奏相比，節奏性運動更傾向于受到聽覺節奏的影響（Bruno H． Repp，Amandine Penel，2004）”[11]，而后大腦聽覺中樞將“聲音信息”（聽覺信息）傳導至中樞神經系統，并對“聲音信息”——音樂節奏進行認知；第二類感覺信息：即“來自肌肉、關節和前庭器官的傳入沖動，提供關于肌肉長度、張力、關節位置、身體的空間位置等信息”[12]，簡而言之，動作節奏序列與音樂節奏時序是一一對應匹配的。本研究將這一現象的心理活動過程稱之為：序列匹配認知。

二、音樂節奏時序認知機制

音樂節奏時序認知，是指在既定節拍下，將不同時值長短的音樂節奏按照時間先后順序進行排列的心理過程。音樂節奏時序認知機制如下：（1）與時間間隔有關的腦區：神經動力學通過腦磁圖測量（MEG）研究，發現初級聽覺皮層與節奏間隔變化相關[13]；右側DLPFC參與時間間隔的估計[14]；當節奏以固定時間間隔出現特定重音（給人的感覺是一個簡單的節拍）時，基底神經節、pre-SMA/SMA和前上顳腦回表現出較大的活躍[15]。（2）與時機相關的腦區：小腦在時間加工中具有重要的作用，比如前饋和糾錯計算，以及感覺——運動的整合[16]；基底神經節也具有時機作用[17]。時機作用的發生，還與腦對時間順序的控制有關，時間控制主要涉及前輔助運動區、額下回、中央前溝、顳腦回，而且輔助運動區（SMA）、顳上回、下頂葉皮質這組區域對于抽象概念、運動獨立、時序控制來說是重要的[18]，后頂葉皮層參與了時間信息加工[19]。（3）與時間序列有關的腦區：前運動皮質內側（Schubotz和von Cramon，2001b）和外側（Schubotz和von Cramon，2001a；Schubotz等，2003）與時間序列相關；而輔助運動區（SMA）的“恰當時機”和背側前運動皮層（PMd）的順序序列有關[20]；顳上回（STG）包括皮層在顳-頂葉的結點、次皮質、基底神經節和小腦，這些區域對時間序列性能扮演不同角色[21]，而且在音樂背景下，基底神經節、dPMC和小腦涉及到了更復雜的序列活動[22]；小腦后葉主要與非節奏性的時間模式有關，而在組塊形成后，前葉有助于組織節奏模式[23]；前額皮質（PFC）在時序知覺中的作用可能與注意和工作記憶對時間信息的獲得、維持和組織等功能有關[24]。

三、動作節奏序列認知機制

前文提到動作節奏的核心就是動作序列，所以，這里主要針對動作序列展開討論。美國學者拉什利較早地提出了運動順序原理，認為運動是以一連串動作的方式進行的，一個運動順序將要完成時，另一個順序即準備啟動[25]，所以，動作……大多數都是具有完整序列的運動（Bernstein，1996）[26]。像樂器演奏家在學習動作技能時：“新的運動可以被分割成塊（分為組塊），按照一定的節奏進行學習。漸漸地，組塊被組合以形成整個動作序列”[27]，經過長期練習后，將動作序列以程序性記憶（是指對動作和認知技能的學習[28]）的形式記下來，形成“運動程序”儲存在大腦里。這樣一來，動作技能達到高度自動化，加上動作序列是“依賴于中樞模式發生器（central pattern generators）——脊髓內產生運動，輸出一定節律模式的神經機制”[29]，使得“動作序列具有節奏性，而且節奏反映出（動作）序列被組塊分為短序列的運動（節奏有利于動作技能的學習，是通過連續的動作組塊學習而實現自動化）”[30]。由此推之，動作節奏序列認知是指：通過心理活動（如：感覺與知覺、學習與記憶、注意與意識等等），對一定節奏，按照既定動作序列所進行的信息編碼與加工過程。

PET研究顯示出在動作序列過程中，輔助運動復合體（SMC，supplementary motor complex）有所激活。前輔助運動區在動作組合或正確順序的動作鏈接中也有一定的作用（Parashkev Nachev, Christopher Kennard,Masud Husain，2008）[31]，還和SMA主要參與組織或更復雜的、分塊的運動序列；前運動皮質參與相對復雜序列的任務，其可能促進了對運動的預測；研究顯示，如果是更復雜的序列則需要來自基底神經節、dPMC和小腦的共同活動（Doyon, J等，2003；Penhune, V等，2005；Hikosaka, O．等2002；Thach, W． T，2005；Sakai, K．等，2004；Kennerley, S． W．，2004；Janata, P．等，2003；Schubotz, R．I．等；2003；Bengtsson, S． L．等，2004）[16]，而小腦對于序列學習和個人動作序列整合統一來說是重要的（Doyon, J．, Penhune, V． B．等，2003；Penhune, V． B． & Doyon, J．等，2005；Hikosaka, O．, Nakamura等，2002；Thach, W． T．，1998；Garraux, G．等，2005）[16]，動作節奏序列認知機制具體如下（如圖1所示）：（1）前額葉皮質和輔助運動皮質在計劃和按特定順序組織一個運動的快速序列中是重要的[32]；（2）當人們在視覺、聽覺或感覺運動的反饋線索指導下完成動作時，運動前區（前運動皮質）激活[33]，又和輔助運動皮質負責動作序列，其中實現快速肢體動作和精細靈巧的任務，啟動和終止運動與小腦半球外側有關，皮質小腦促成運動準備（前饋和預期）活動；（3）由脊髓、小腦對運動執行或（反饋）調整，其中間區域復制運動程序，通過運動皮質（負責動作執行）發送到肌肉[34]，輸出動作序列。

圖1.動作序列和計劃的皮質基礎與機制[34]

樂器演奏最大的特點是音樂與身體運動（抬指、觸鍵、運弓、滾揉等）互為融合。所以，運動程序中除了有對動作序列學習記憶外，還應包括音樂的記憶，即當行動者預計即將到來的音調時，尤其是當旋律曲調與運動轉變保持一致時，……聽覺反饋的預計導致了較強的聯合知覺以控制運動時間和運動（cf．Wolpert，Miall與kawato，1998）[35]，一旦聽覺接收到“與序列中特定的動作相對應的關鍵音樂元素”[36]，與序列動作對應的音樂就成為一種外在刺激，運動皮質就開始“按圖索驥”，對應的運動程序啟動，動作序列就會逐一展現出來。盡管動作節奏本身就具有時間特征，但這種“時間特征”已轉移到“音樂節奏”上：學習新的動作時，“新的動作被分成組塊，按照一定的節奏進行學習。然后，將組塊組合以形成完整動作序列。所以，音樂節奏就以時間節律的形式來‘引導’動作序列的發生（Sakai，2004）”[37]，這使得動作序列必須在音樂節奏的“約束”下完成，樂器演奏家需要根據音樂節奏對動作序列進行“時序（時間順序）”分配。

四、音樂節奏與動作節奏的序列匹配認知機制

（一）音樂節奏與動作節奏的腦區匹配

人腦對音樂節奏產生認知，所涉及到的腦區主要有：（1）左、右腦區：左半球優先激活熟悉的音樂、音程任務和節奏，右半球主要負責音色任務。……節奏任務激活左下BA44/6區，并延伸到鄰近的島葉，意味著這一腦區的任務是對連續的聲音進行加工處理（Platel H, Price C等，1997）[38]。對連續聽覺節奏（auditory rhythmic sequences）的處理加工涉及到一個特定的左腦半球顳緩沖區（Di Pietro M 等，2004）[39]。（2）額葉、頂葉、顳葉、小腦、丘腦等。額葉皮層、尤其是Broca區對節奏知覺具有一定作用[40]，而且左額（BA6）、頂葉皮層和右前小腦負責記憶熟悉、定期的節奏（Katsuyuki Sakai等，1999）[41]。另一方面，右額葉、額（BA6）、頂葉區域，以及雙側后小腦則負責記憶不熟悉的節奏（Lawrence M，2001）[42]。再有，音色特征的處理與小腦的認知區域被激活有關（Alluri V,Toiviainen P等，2012）[43]。旋律方面，顳上回對旋律的處理起著重要的作用（Liégeois-Chauvel C, Peretz I等，1998）[44]，可能因為前顳部分參與和弦的認知（Satoh M,Takeda K 等，2007）[45]。雙側額葉腦回、丘腦內側、和背扣帶皮層能被主旋律和次旋律調動起來（Mizuno和Sugishita ，2007）[46]。（3）基底神經節對于音樂節奏的認知作用是非常重要的。其主要作用是在大腦內部產生節拍，而且，視覺節奏也可以激活內部聽覺節奏（Grahn JA,Henry MJ, McAuley JD，2010）[47]。同時，對一系列短暫音程的跳躍、或節拍的感知，也與基底神經節活動有關（Grahn JA, Rowe JB，2012）[48]。

當然，樂器演奏家之所以能夠伴隨音樂節奏進行動作技能的表演，不僅僅是因為腦能夠對音樂節奏產生認知（見前文部分），而且其腦運動皮質也同時對音樂節奏有所認知：特別是在外側運動前區、輔助運動區和軀體運動區（Popescu M, Otsuka A 等，2004）[49]、雙側額下回、顳上回和前運動皮層在內的雙側皮質網絡（Minati L 等，2008）[50]、左腹側前運動皮層（PMV）的激活與音樂節奏有關（Kornysheva等，2010）[51]。另外，在神經結構存在一個共享網絡（雙側顳區、左頂下小葉、右額島蓋區）主要負責節奏認知，且不受音樂背景影響（Limb CJ, Kemeny S等，2006）[52]。基底神經節和SMA已被認為與韻律和脈沖知覺有關，并已被證明當傾聽韻律性的節奏時二者表現得更為活躍，而僅僅是聽節奏就不可能誘發脈沖認知（Grahn and Brett，2007；Grahn，2009；Grahn and Rowe, 2009）[53]。一項正電子發射斷層掃描術（PET）研究（Penhune 等，1998）還證實了外側小腦和基底神經節具有重現節奏的功能[54]。隨后的功能磁共振成像研究發現，在不同水平的音樂訓練中，節奏均能引起基底神經節和輔助運動區（SMA）較高的活性……前運動皮層、小腦和SMAs（輔助運動前區和輔助運動區）的激活增加與節奏類型無關，但基底神經節和SMAs可能對節拍知覺起到調解作用（Grahn JA, Brett M等，2007）[55]。Heather L．Chapin等研究者（2010）[56]對神經回路中潛在的節奏和韻律知覺進行調查研究，發現腦區之間的功能是部分重疊的，對節奏序列的產生和有關運動較為敏感（Dhamala 等，2003；Chen等，2006, 2008b；Karabanov等, 2009；Thaut等, 2009）。節奏知覺可以激活相關運動腦區，即使沒有明顯的動作，在初級運動皮層（PMC）（Schubotz等, 2000； Grahn and Brett, 2007；Chen等，2008a；Bengtsson等，2009；Grahn, 2009；Grahn and Rowe，2009）、小腦（Schubotz等, 2000；Grahn and Brett, 2007；Chen等, 2008a；Bengtsson等，2009）、前輔助運動區（Schubotz等，2000；Grahn and Brett, 2007；Bengtsson等，2009)、輔助運動區（SMA）（Schubotz等，2000；Grahn and Brett，2007；Chen等，2008a；Bengtsson等, 2009；Grahn，2009； Grahn and Rowe，2009）和基底神經節（（Schubotz等，2000；Grahn and Brett, 2007；Grahn，2009；Grahn and Rowe，2009）仍然能顯示出活動狀態。

至此，不難發現音樂認知腦區與運動腦區及其功能是相互疊加、匹配的，從而使音樂節奏與動作節奏認知同步。各腦區作用總結如下（見圖2）：

（1）輔助運動區：計劃運動與編碼；對音樂節奏產生認知。（2）額葉皮質：主要根據各種信號（光、聲音等）輸出計劃運動；具有節奏知覺，能夠記憶音樂節奏。（3）前運動皮質：與輔助運動皮質共同參與運動計劃與編碼等；能夠對音樂節奏產生偏好。（4）頂葉皮質：感知空間（軀體、視聽覺）知覺，對音樂節奏產生認知。（5）基底神經節：控制動作力度，負責動作執行等；產生或參與內部節拍，調節節拍知覺；（6）小腦：對運動計時，協調與執行動作等；能夠記憶與識別音樂節奏。（7）腦干—脊髓系統：負責動作執行；識別音樂小調。

（二）音樂節奏與動作節奏的序列匹配認知機制

前文分別對音樂節奏序列與動作節奏序列的認知機制進行了解釋，那么二者之間的序列匹配認知機制是如何發生的呢？見圖3所示：

1．聽覺與記憶是互為交互的。一旦聽覺接收到音樂節奏，凡是能夠對音樂節奏產生認知的相關運動腦區（諸如：輔助運動區、前運動皮質、額葉皮質、頂葉皮質、基底神經節、小腦、腦干—脊髓等）就會被激活，繼而觸發額葉皮質做出運動計劃，SMA前部也參與了運動計劃和運動決策（Marsden等，1996），特別是pre-SMA負責提前運動準備，指導內部線索（Deiber等，1991）[57]。額葉皮質產生節奏知覺的同時，開始啟動程序性記憶，恢復對接收音樂節奏的記憶，搜尋與之對應的運動程序。

2．與此同時，前運動皮質準備運動程序，前額皮質通過小腦與聽覺來控制時間，組織動作序列，并對動作序列進行時間分配，在該過程中，額葉皮質中的內側運動區和基底神經節在多個動作的時間序列扮演了特別重要的角色，還有輔助和前輔助運動區領域參與了構建多個動作序列執行的時間結構[58]。動作（前額葉皮層）意圖的產生依靠pre-SMA，它又與基底節連接啟動行動，并確定動作序列的時間結構，即pre-SMA主要對即將發生的動作行為進行時間結構策劃（Mita等，2009），小腦可能參與了對動作的時間微調[59]。

圖3.音樂節奏與動作節奏的認知序列匹配機制圖②圖3改編自Arnold L． Glass． http://www．rci．rutgers．edu/～aglass/02_MotorSystem．ppt[EB/OL]和Sonja A． E． Kotz,Michael Schwartze． Differential input of the supplementary motor area to a dedicated temporal processing network: functional and clinical implications[J]．Front Integr Neurosci,2011,5:86．

3．音樂節奏序列與動作節奏序列的整合。在伴隨音樂進行的動作中，聽覺對于音樂節奏的辨識非常重要，因為動作與音樂被作為一個整體加以記憶。也就是說，最初學習動作時，動作“序列被組成若干個短序列的組塊[60]”，而音樂節奏根據時間間隔也被劃分成與動作“短序列組塊”相對應的組塊，由于運動技能學習是一種定時模式（Sakai K．等，2004）[61]：小腦后葉和前額葉皮層被用于節奏的形成，這一加工過程需要聯合（認知）電路和關注，而節奏一經形成，由前小腦、運動前區組成運動路線就會變得活躍[62]，所以，演奏家根據音樂節奏來完成各種動作，“每一個動作的產生能有相對應的聲音(Zatorre等,2007）”[63]，而且只有“聽覺才能夠影響到隨后的一個個動作（Robert J． Zatorre等，2007）”[16]。

4．音樂節奏時序認知的最終信息與負責組織動作序列的關鍵腦區——前運動皮質“會合”，而此時，節奏感知和產生的區域——小腦和基底神經節（Ivry，Keele 1989；Janata，Grafton，2003）以及多個領域，如前運動皮層和輔助運動區（Halsband等，1993）開始活躍，定時、同步和輸送可能會由小腦中的分層控制振蕩器系統負責（Ivry 和Hazeltine 1995；Ivry 和Schlerf 2008；Sternberg 等，1982），促進節奏感的產生(Levitin和Cook，1996）[64]，初級運動區與初級軀體感覺皮質共同協調，由腦干、脊髓控制，小腦和基底神經節執行與控制相關肌肉的收縮以產生動作節奏。

結 論

樂器演奏家是比較特殊的，特殊之處就是在于他（她）們需要在音樂節奏中完成動作。在完成動作過程中，動作節奏通過音樂節奏來準確展現動作的表征，即：肌肉收縮的動態變化——動作力度、快慢、動靜，樂器演奏家以動作節奏來詮釋音樂的內涵以及表現個人技術風格，并與音樂節奏交相呼應。研究發現：音樂節奏與動作節奏的認知腦區及其功能是重疊的，足以說明二者認知是同步進行的。既然二者同步，而且動作節奏序列是以動作序列為核心的，音樂節奏時序又是以音符時值序列（時間間隔）為標準，那么二者的認知應該是建立在“序列”匹配基礎之上的，也就是說音樂節奏與動作節奏之間存在序列匹配認知的關系：（1）聽覺與記憶是互為交互的。一旦聽覺接收到音樂節奏，凡是能夠對音樂節奏產生認知的相關運動腦區（諸如：輔助運動區、前運動皮質、額葉皮質、頂葉皮質、基底神經節、小腦、腦干—脊髓等）就會被激活，聽覺能夠啟動程序性記憶中與音樂節奏相應的運動程序。（2）前額葉負責計劃動作，前運動皮質組織動作序列，由運動皮質執行動作的輸出，而此過程中的動作節奏序列會按照音樂節奏中音符時值的順序——音樂節奏時序排列而逐一展現出來。（3）動作節奏序列與音樂節奏序列互為整合。因為動作節奏序列在學習初，是以“序列組塊”加以記憶的，并與音樂節奏中音符時值的順序排列——音樂節奏時序的劃分相匹配。（4）音樂節奏時序認知的最終信息與負責組織動作序列的關鍵腦區——前運動皮質“會合”，產生動作節奏輸出。

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（責任編輯：李小戈）

J613．7；J60-05

A

1008－9667（2017）01－0099－08

2015-11-28

王東雪（1980—），女，吉林鎮賚人，音樂學博士，河南師范大學音樂舞蹈學院校聘副教授，碩士生導師，研究方向：民族音樂學、音樂教育學。

①本文為河南師范大學博士科研啟動費支持課題《中國民族音樂學科研方法應用及現狀分析》（項目編號：11169）階段性研究成果之一。