音樂訓練對人腦結構與功能的影響

欒天池 宋蓓

大腦是人類目前所知的最為復雜的一個系統(tǒng)。從結構上來講，它擁有約1000億個神經(jīng)元，這些神經(jīng)元通過約100萬億個神經(jīng)突觸相互連接，控制著個體的感知覺、運動、注意、記憶、情緒、思維、語言等各種初級和高級行為。大腦是個體產(chǎn)生一切行為的根源，反過來，這些行為又對大腦進行塑造，其在形態(tài)結構和功能活動以及化學物質(zhì)諸多方面均能因?qū)W習、大腦發(fā)育及病變等內(nèi)部因素和外部環(huán)境的變化而發(fā)生重新建構，這被稱為腦的“可塑性”（plasticity）。

可塑性是腦神經(jīng)系統(tǒng)的重要特性，也是人類行為適應性的生理基礎，并貫穿于我們生命的始終。而音樂訓練在此過程中扮演著重要的角色，它能夠?qū)δX的宏觀與微觀結構產(chǎn)生重要影響。這是因為音樂本身的成分極其復雜，涉及音色、節(jié)奏、和聲、曲調(diào)及旋律等多種因素，因此個體在從事各種音樂活動時，需要大腦的運動皮層、聽覺皮層以及視覺皮層等多個腦區(qū)的廣泛參與、感知與信息處理（見圖1）。而且很多研究已經(jīng)證實，長期密集的音樂訓練會改變大腦各個感覺皮層的結構和功能。

音樂訓練對大腦聽覺皮層的影響

大腦的聽覺皮層是負責聽的神經(jīng)中樞，主要位于大腦兩半球外側顳葉的顳橫回和顳上回。此外，腦島也接受聽覺信息的投射，傳入的聽覺信息在此被分析和綜合并產(chǎn)生聽覺。聽覺皮層可分為初級聽覺皮層和次級聽覺皮層兩部分。

眾所周知，音樂是通過聲音來塑造藝術形象的音響藝術，無論是對音高、音色、節(jié)奏、和聲及旋律等各種因素的聽與感受，還是將這些要素整合成為一首完整的樂曲進行演奏，個體腦內(nèi)的聽覺皮層都起著重要的監(jiān)聽和辨識作用，因此涉及聲音分析、聽覺記憶及聽覺場景分析等復雜的腦部活動。也就是說，從獲得對音響及其結構形式的映像和知覺到理解作曲家的創(chuàng)作意圖，再到評價表演者的演奏水平等一切音樂活動都離不開聽覺皮層的積極參與。

研究者通過一系列的腦科學研究發(fā)現(xiàn)，長期接受音樂訓練的音樂表演者或音樂家在初級聽覺皮層的顳上回區(qū)域的灰質(zhì)體積、中心性和皮層厚度比控制組更大，而器樂訓練的時間長短與顳上回的體積正相關，且音樂表演的專業(yè)能力與顳上回的灰質(zhì)密度呈正相關。

這是由于在大量的音樂訓練中，對錯誤的檢測是音樂訓練中最基本的環(huán)節(jié)與能力，而聽覺系統(tǒng)對錯誤的檢測主要由顳上回區(qū)域負責。其次，在音樂訓練中，為了達到對每個旋律的合理詮釋，演奏者必須對旋律特征進行解碼，而顳上回對音樂旋律、音樂結構的加工，以及音樂語義記憶發(fā)揮著重要作用。最后，在長期的音樂訓練中聽覺反饋對音樂訓練效果具有積極意義，而顳上回在功能上參與了聽覺反饋的整合加工。

綜上，音樂訓練可以使得機體擁有更敏感的聽覺分辨與分析能力，并且可以使他們獲得更強的音樂記憶。這可以體現(xiàn)出音樂訓練與腦結構變化之間存在因果關系，且有力地證明了音樂訓練經(jīng)驗對腦結構的影響。

音樂訓練對人腦運動皮層的影響

大腦的運動皮層也是可塑性較強的皮層之一，位于額葉的后部，主要包括初級運動皮層、前運動皮層和輔助運動皮層三部分。

身體各個部位在大腦皮層均具有相應固定的投射區(qū)，隨著各部位精細運動技能的提高，皮層相應的代表區(qū)域就會擴大，同時皮層還會發(fā)生功能重塑。

很多研究均已證實，一定時間的感官刺激或新的運動技能的習得可以導致運動皮層結構和功能變化。例如，腦成像研究發(fā)現(xiàn)小提琴家的大腦半球之間存在顯著的不對稱性，由于音樂訓練與演奏時需要左手手指的頻繁活動，小提琴家不僅發(fā)展出精細的左手手指運動技能，而且左手對應的大腦右側初級運動皮層與初級感覺皮層的表征區(qū)域明顯大于對側。

同時，中央前回是與音樂訓練密切相關的腦區(qū)。中央前回是額葉后部的一個重要結構區(qū)域，它位于中央后回之前，屬于初級運動皮層所在區(qū)域。研究者發(fā)現(xiàn)，與非音樂家相比，長期進行音樂表演訓練的鋼琴家的大腦左右半球中央前回內(nèi)溝具有更高的對稱性;在觀看右手鋼琴演奏時，左側中央前回得到更強的激活;在被動聆聽鋼琴旋律時， 雙側的中央前回區(qū)域比控制組有更強的激活;而在運動相關任務中，鋼琴家的中央前回有顯著激活，而非音樂家則沒有出現(xiàn)類似的激活。這可能是源于接受長期音樂訓練的音樂家大腦的中央前回與其他腦區(qū)之間的局部功能連接密度比非音樂家更大，從而體現(xiàn)出長期的音樂訓練有助于對高水平認知控制與注意加工能力。

此外，一般來說小腦與運動控制有關。研究者發(fā)現(xiàn)，鋼琴家在觀察手指運動時，小腦的激活水平比控制組更高。同時，小腦還與音樂表演中的多通道信息整合功能、工作記憶、認知符合以及執(zhí)行功能相關。近年的一些研究證實，音樂表演者在顳上溝—前運動區(qū)—小腦的連結性更強;表演者工作記憶以及執(zhí)行控制的提高也與小腦灰質(zhì)密度的增加有關;基于此，可見小腦參與音樂表演活動的整個過程，而長期的音樂表演訓練在一定程度上能調(diào)節(jié)從表演的行為計劃到視覺運動再到聲音的一個內(nèi)在傳送模型，進而體現(xiàn)出長期的音樂訓練可以對小腦以及運動皮層的結構與功能產(chǎn)生有效的重塑。

音樂訓練對人腦軀體感覺皮層的影響

軀體感覺皮層是管理身體上各種感覺的神經(jīng)中樞，位于頂葉和后頂葉皮層區(qū)域，主要包括第一（初級）軀體感覺皮層（S1）、第二（次級）軀體感覺皮層（S2）以及位于第一軀體感覺皮層后方的5區(qū)和7區(qū)（見圖2）。其中，第一軀體感覺皮層由四個不同的皮層去（3a、3b、1區(qū)和2區(qū)）組成，體表各部位在這個皮層的代表區(qū)明確而清晰（見圖3），是最主要的軀體感覺皮層。第二軀體感覺皮層只對感覺信息做粗糙的分析，且與痛覺關系較為密切。而后頂葉皮層對感知和解釋空間關系及精確的肌體圖像是必不可少的，也是肌體在空間活動時進行動作協(xié)調(diào)所必需的，也就是說它主要負責將軀體感覺信息與其他感覺信息進行復雜的整合。

已有研究證明，長期的音樂訓練和練習能夠?qū)е落撉偌业目臻g觸覺敏感度顯著高于普通人，并且其敏感度與音樂家開始學習音樂的年齡和日常練琴時間呈正相關;弦樂器演奏家的軀體感覺皮層因長期接受弦樂演奏的訓練，致使其加強了感知系統(tǒng)內(nèi)部的突出傳遞，從而使弦樂器演奏家的軀體感覺皮層經(jīng)音樂訓練發(fā)生了重塑，并增強了位于中央溝首部感覺區(qū)的抑制性中間神經(jīng)元的激活。