音乐以何种方式作用于人脑的探究

乐是以何种方式作用于人脑，是长期以来始终困惑于我国音乐界、至今尚没有得到完满解释的一个问题。但是，利用神经科学、生理学和心理学等相关学科的相关研究却如雨后春笋般蓬勃发展，逐渐成长壮大起来。例如：林华所著《音乐审美心理学教程》中，在介绍情绪和情感时就运用了神经科学和脑科学进行了阐述；罗小平所著《音乐心理学》一书中，大量介绍了国外利用神经生物学、神经心理学及神经解剖学，研究与音乐相关问题的发展状况；周海宏所著《音乐与其表现的世界》一书中，在阐述与“音高相关的联觉的发生”时，也“以神经兴奋感为中心的联觉机制”进行了论述；张鸿懿所著《音乐治疗学基础》一书中，更是利用神经科学及脑科学，介绍了音乐治疗的心理学基础，特别是《音乐治疗学基础》的第三讲中，专门介绍了“关于音乐与大脑关系的研究方法”；德国著名音乐心理学家雷娜特·克洛佩尔女士所著《]奏艺术的生理心理学津要》一书中的最后一章介绍了神经系统和有关音乐方面的感觉器官等。近些年，与音乐相关的书籍、教科书和音乐类学术论文中也经常会引用神经生物学及生理学的专业术语“听觉”和“视觉”，并用听觉和视觉解释音乐中的问题，由此，我们可以看到神经科学和脑科学已经悄然进入了音乐研究领域，一些与音乐相关的交叉学科也相继应运而生。

早在上世纪９０年代初，世界科研强国就加快了对神经生物学研究的大量投入，神经生物学被誉为二十一世纪的明星学科。美国于１９９０年推出了“脑的十年计划”，接着欧洲于１９９１年开始实施“ＥＣ脑十年计划”，之后日本于１９９６年也正式推出了名为“脑科学时代计划”的跨世纪大型研究计划，预计在未来２０年内投入巨额研究经费。在神经科学和脑科学研究成果的强大推动力之下，世界科技强国相继创建了神经艺术历史学（ｎｅｕｒｏａｒｔｈｉｓｔｏｒｙ）①、神经音乐学（Ｎｅｕｒｏｍｕｓｉｃｏｌｏｇｙ）②、神经美学（ｎｅｕｒｏａｅｓｔｈｅｔｉｃｓ）③、认知神经美学（Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ａｅｓｔｈｅｔｉｃｓ）④、神经音乐心理学（Ｎｅｒｖｏｕｓ ｐｓｙｃｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｍｕｓｉｃ）⑤、神经音乐教育学（Ｎｅｕｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｍｕｓｉｃ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ）⑥、]奏艺术的生理心理学（Ｄｉｅ Ｋｕｎｓｔ ｄｅｓ Ｍｕｓｉｚｉｅｒｅｎｓ）⑦、神经音乐分类学（Ｍｕｓｉｃ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）⑧、神经音乐作曲学（Ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｕｓｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）⑨等学科。这些学科的建设都是建立在脑科学或神经科学的基础之上，利用脑科学或神经科学的原理、理论、研究手段、研究方法等作为音乐研究课题的切入点，从事音乐基础理论和音乐应用理论研究。基于脑科学主体的神经生物学已成为生命科学中发展最迅猛的前沿科学之一，人们探索神经系统，特别是大脑的奥秘业已成为现实，致使科学家及音乐研究工作者把音乐研究的方向直指人类的大脑及神经系统，希望通过对人脑及神经系统的研究，找到或解释音乐中长期以来困惑于我们的“疑难杂症”的解决办法，以及始终未能诠释音乐中存在的问题。由此可见，采用神经生物学的原理和理论，运用神经图像技术、电生理技术、双光子显微镜技术、功能性磁共振成像技术（Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｌｍａｇｉｎｇ）、磁共振成像（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｌｍａｇｉｎｇ）、正电子发射层扫描（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、脑电图等，研究音乐中的各种现象；存在的问题以及解释音乐与人之间的关系；音乐对神经生理上的影响；并利用人体的生理结构和功能更好地为音乐服务，业已成为世界科技强国音乐研究领域最新的手段和方法。

神经生物学是研究人和动物的神经系统的科学，它从分子、细胞水平到神经网络，乃至整体系统水平上研究神经系统，特别是脑的结构与功能及其相互关系，研究神经系统的生长和发育，其最终目的是阐明行为和心理活动的神经机制；同时为阐明物质运动如何产生精神活动这一重大哲学问题提供科学依据。人类之所以能成为万物之灵，是因为我们具有高度发达的脑，而人脑的所有功能都是在神经系统的协调下得以完成的，人类的思维和行为正是由神经系统，特别是脑的活动所主宰。音乐创作、音乐表]、音乐审美、音乐教育、音乐研究，以及与音乐相关的所有活动，都要通过人的脑机制及神经机制才能得以完成。作为脑科学或神经科学主体的神经生物学，自然是涵盖所有音乐活动及与其相关研究的基础学科。它为人类的音乐活动奠定了神经基础及脑活动规律，如果与音乐相关的理论研究，不基于神经生物学的原理和理论，那就不可能有更深入的音乐理论，哪怕最简单的听音乐或对某一音乐活动进行研究，都需要人脑对采集的信息进行编码，编制程序，发出执行指令，这些都离不开脑机制及神经机制。虽然对人脑及神经系统的研究仍处在逐步完善之中，然而以人为本的音乐理论建设却是毋庸置疑的。国外在这一方面的研究成果、经验，发展状况，可以为我们提供借鉴，也可以推动我国在这一领域的发展。

１９９３年美国认知神经科学家肖（ＧｏｒｄｏｒＬ．Ｓｈａｗ）教授等人在《自然》杂志上发表了题为“音乐与空间任务能力的科学论文”；１９９９年法国神经生物学家泽尅（ＳｅｍｉｒＺｅｋｉ）将他的研究成果写成专著——《内在视觉：关于大脑与艺术关系的探索》；２００３年美国认知心理学家索尔索（ＲｏｂｅｒｔＬ．Ｓｏｉｓｏ）编著了《艺术心理学与意识大脑的进化》；美国帕泰尔博士（Ａｎｉｒｕｄｄｈ Ｄ ｐａｔｅｌ）编著了《音乐语言与脑》；２００９年出版了题为《神经系统科学和音乐Ⅲ机能失调和可塑性》（Ｔｈｅ Ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｍｕｓｉｃ ＩＩＩ Ｄｉｓｏｒｄｅｒｓ ａｎｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）一书，它是２００８年６月在加拿大魁北克召开的第四次同名会议的会议文集汇编。此会议的主题是“神经系统科学和音乐”，目的是召集神经科学及音乐领域前沿研究工作者发表研究成果，提供相互交流，共同探讨未来神经系统科学和音乐的发展，增加研究者之间的协作，拓展神经系统科学和音乐研究领域，传播最新研究成果等。像这类音乐与脑科学及神经科学的研究文献不胜枚举，特别值得一提的是国外在这一领域的研究动向。例如：大脑处理音乐信号的中枢机制，及处理方式；脑中是否有专门处理音乐信号的中枢系统；音乐与语言信号，中枢系统为什么可以分别处理；不同频率的音乐信号，为什么可以对人产生不同的生理反应和心理反应；大脑听觉系统是如何对音乐信号进行编码及编制程序的；不同脑区为什么可以对音乐信息进行分别分析、加工和处理；听觉系统中的神经元，为什么各自有最宜反应频率；音乐的神经通路搭建对音乐才能的影响；神经细胞相互间的联系对音乐学习者的重要性；音乐的节奏、和声及音色的脑机制是怎样的；对音乐的频率和响度，神经元一旦形成反应方式，会不会改变；单个神经元或群体神经元受到音乐刺激，将会对机体产生怎样的影响；音乐家的听觉皮质面积为什么比常人大；儿时的音乐经验对神经系统可塑性变化的影响；音乐带来情绪和情感变化的脑机制及神经机制；协和音程与不协和音程，大脑的处理机制为什么完全不同等等。从以上的音乐研究内容及研究动向可以看出，所研究的范围皆在神经生物学的范畴之内，由此可以断言，音乐作用于大脑及神经系统的研究不但会多元化，全方位地持续发展下去，而且更加会如火如荼，方兴未艾，比肩叠迹，接踵而至，掀起或引发２１世纪音乐科学迅猛发展的一个又一个高潮。

如果把音乐喻为神秘的符号，那神经生物学就像罗塞达碑石（Ｒｏｓｅｔｔａ Ｓｔｏｎｅ）⑩。虽然到目前为止，我们还不能完全破解音乐之谜，但是它已经成为了破解音乐之谜最可能的手段和最佳路径。因此，科学家和音乐家才会不遗余力，倾尽全力，为此信心百倍，雄心勃勃开拓这一领域的研究。遗憾的是，我国到目前为止还缺乏这方面的系统研究。

用神经生物学研究音乐的首要问题，就是音乐以何种方式作用于人脑的研究。乍听起来，这个命题似乎并不难解释：音乐作用于人脑的方式，主要是通过机体的听觉、视觉和躯体感觉与人脑建立联系，其作用方式为物理信号—化学信号—电传递。听音乐是将音乐声波的机械能转换为神经信号（ｃｏｃｈｌｅａｒ ｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎ），机械—电转换（ｍｅｃｈａｎｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎ），看]唱会和音乐会是将光能转换为神经信号，器乐]奏通过手指和嘴唇等，将机械能转换为神经信号，这些都是物理信号，其中神经信号包括电信号和化学信号，但是机体间和细胞间的通讯中，最广泛的信号是化学信号。无论是音乐带来的物理信号或化学信号，最终都要以脉冲式信号，通过动作电位的发放频率和发放模式进行编码，经中枢神经系统传递或投射到大脑皮质。然而，音乐是以何种方式作用于人脑的研究，并非像上述的那么简单，其中每种方式的原理就极其复杂，甚至有些神经生物学原理只是假说（如门控弹簧假说ｇａｔｉｎｇ ｓｐｒｉｎｇ ｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓ）。况且，音乐产生的声音并非是以纯音形式出现的，这就为音乐在脑中的频率编码和响度编码的研究增加了难度，因为音乐产生的频率波形图直接对应耳蜗的音调拓扑图（ｔｏｎｏｔｏｐｉｃ ｍａｐ），而音调拓扑图有赖于神经元特征频率（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）沿下丘中央核背腹轴由低频到高频的排列，这其中一个重大问题就是如何破解大脑用于在神经元间传播信息的密码。因此，仅仅就音乐发出的声波，解释其作用于人脑的方式，它和音乐以外的声波作用于人脑的方式，并没有本质的区别，这是由人的生理功能决定的。随着神经生物学的迅猛发展，声波作用于人脑的奥秘，早已被解开了面纱。但是，音乐作用于人脑的研究，不仅仅局限于方式，更重要的是人的脑机制或神经机制如何分析、加工和处理音乐信号，音乐信号在细胞间的通讯和信号传导，以及信号传导过程中带来怎样的生理反应和心理反应，这些反应将对人们产生怎样的影响。从音乐对神经生理上的作用过程看，其实和药物作用于神经生理有类似之处，它们的共同之处都可以对神经内分泌系统产生影响，带来不同程度的生化反应。而一种药物带来的生化反应，更多的是对生理机能产生的影响，音乐更多的是通过生化反应，改变人们的精神活动。为了使大家便于理解，有必要澄清两个问题。

第一，音乐是用耳朵听到的吗？其实未必尽然。耳朵好比麦克风，它的作用主要是采音、集音、传音和共振，它与麦克风的区别在于，耳朵具有扩音功能。也就是说，要想听到音乐仅靠耳朵是不可能完成的。为此，必须重申两个神经生物学和生理学的专业术语，“听觉”和“听知觉”，这也是许多音乐类的教科书、教材及学术文献中，经常会出现混淆的问题。一个具有正常听觉系统的人，对声音都具有听觉功能，也就是他能对声波产生感觉，形成声音，但未必会产生听知觉。为什么我们经常会听到一种声音，却无法分辨是什么物体发出的声音，反而会问“什么声”？为什么一个从没有听过音乐的人，在听见音乐声时会不知所措，满腹狐疑？为什么一个非洲原始部落，当听到铜管乐时，认为大难临头了？这说明听觉和听知觉是具有完全不同的两个概念。换句话说，听音乐凭听觉只能听到声音，并不能辨别是音乐声还是其它声音。这就好比用[看物体，[相当于摄像机的镜头，单凭镜头是无法摄像的一样。

第二，听音乐或欣赏音乐的神经通路是，耳蜗核—脑干—丘脑—大脑皮质—丘脑—大脑皮质。耳蜗核是第一级听觉神经中枢；脑干的延髓部分中的上橄榄复合核是听觉中枢的第二站；位于丘脑的内侧膝状体是大脑皮层下的最高级听觉中枢。至此，完成了对音乐的音频、声强和空间定位等的加工、处理，但此时人们并不能知道加工、处理声音的类别，也就是说并不能区分是音乐声或非音乐的声音。丘脑是感觉上行传导的重要驿站，接受除嗅觉外各种感觉纤维的投射。音乐发出的声波信号，在丘脑中受到高尔基Ⅱ型神经元的修饰，并形成复杂的神经联系，以获得对音乐声波信号的听感觉，这就是机体生理功能意义上的“听觉”。

丘脑对音乐的频率和响度编码重新修饰，进行再编码后，由内侧膝状体发出神经纤维经听辐射至大脑初级听皮层，通过内侧膝状体和听皮层的神经通路介导意识的听知觉。也就是说，“听知觉”是丘脑和大脑皮质折返交互的产物。虽然有些科学家曾指出：我们的大脑中没有专门处理音乐的中枢，但是音乐家或音乐人的听知觉为什么比普通人有优势？音乐家聆听钢琴]奏时，为什么左半球热烈活动区域比一般人大了２５％？音乐家或音乐人在处理音乐相关信号时至少有两点和普通人不同：一是，音乐家或音乐人都受过专业训练，通过对音乐的学习或凭借经验，带来了神经通路可塑性变化，也就是他们与音乐相关的神经网路构建，比普通人更发达。二是，音乐家或音乐人在长期的音乐活动中，参与音乐频率和响度编码，以及分析、加工、处理音乐信号的神经细胞数量，远比普通人逾千越万。人脑中约有１４０亿个神经细胞，音乐家用于音乐活动的神经细胞，既可以单细胞“作战”，也可以群体细胞的“集团作战”，这就是音乐家聆听钢琴]奏时，产生“集团作战”的神经细胞兴奋，大量投入的神经细胞的放电，致使左半球热烈活动区域的面积比一般人大了２５％的原理。

在音乐活动中，丘脑和大脑参与或投入的感觉细胞及其他神经细胞的数量越多，也就越有可能成为音乐家。丘脑中的感觉细胞在音乐活动中，可以建立数不胜数的感觉模块，每个感觉模块都存储着不同的音乐感觉痕迹。我们通常所说的“听觉”，正是感觉模块在丘脑中的体现，它也将决定一个人的音乐感觉。大脑中的神经细胞在音乐活动中，通过和丘脑间神经元的折返交互活动，可以建立不计其数与音乐相关的样本，每一个样本都存储着对音乐的意识、概念、认识和知觉等，其中，既有对音乐的形象样本，也有对音乐的抽象样本，这些音乐样本就是神经生物学意义上的“听知觉”的基础，可以说，脑中没有音乐样本，就不可能产生对音乐的听知觉。音乐样本存在于不同脑区或核团（包括大脑皮质、下丘脑、杏仁核、基底核、小脑等），它们之间在脑中交换的次数越多，距中心距离越远，音乐样本就越精细，产生的音乐意识也就越精准、越清晰。因此，音乐的感觉模块及音乐样本是音乐活动的本质和核心，研究音乐作用于人脑的方式，实质上就是在研究怎样建立音乐感觉模块和音乐样本。音乐界至今尚未得到完满解释的另一个问题：音乐为什么能够表现感情，其本质与核心也在于音乐感觉模块和音乐样本的形成。机体是一个大型化学加工厂，感情、情感和情绪就是化学物质制造的化学反应。音乐活动必须建立在脑机制及神经机制的基础之上才能得以完成，而人脑及神经系统活动的最基本方式，就是细胞间的通讯和信号传导，其原理为电信号—化学信号—电传递。音乐活动的每一个细节都是通过这一原理实现的，在这一过程中神经系统都会释放许多化学物质，如神经递质、神经肽和神经激素等，可以说没有这些化学物质的参与，细胞间就不可能进行通讯和信号传导，音乐活动也就不可能实现。这就为我们从事音乐研究，音乐基础理论建设提供了发展方向，也为我们的音乐研究工作奠定了理论基础。

目前我国的音乐研究和音乐基础理论建设的发展速度还比较迟缓，与发达国家的距离相距甚远，许多与音乐相关的学科都停留在音乐表面现象的研究中，特别是当涉及到音乐以何种方式作用于人脑的研究时，要么引用国外的研究成果，要么借鉴已被证实为错误的理论，甚至在运用神经生物学解释音乐中的问题时会出现不少谬误或值得商榷之处：如听觉与听知觉、视觉与视知觉、感觉与感知觉、神经电信号的传导与传递的概念混淆；“听神经的中继站是下丘脑”；“音乐的各种要素有其物理属性，当其作用于人的听觉时，则转换为一种心理属性”等等。希望我们在此课题上的研究能够进一步的发展。

参考文献

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[１１]许绍芬《神经生物学》，复旦大学出版社２０１０年版。

①英国，Ｅａｓｔ Ａｎｇｌｉａ大学

②法国，尼斯大学等。

③英国，伦敦大学等。

④美国、法国等。

⑤美国纽约Ｐｌｅｎｕｍ出版社，在１９８２年出版的题为《音乐、思维和大脑》的著作，其副标题为《音乐神经心理学》，由Ｍａｎｆｒｅｄ Ｃｌｙｎｅｓ主编。

⑥⑦美国、加拿大等国。

⑧美国，斯坦福大学；加拿大，蒙特利尔大学。

⑨美国，科罗拉多大学。

⑩喻指解密工具。

王超慧 首都师范大学音乐学院副教授、硕士生导师

（责任编辑 金兆钧）