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        音樂以何種方式作用于人腦的探究

        2012-04-29 23:45:09王超慧
        人民音樂 2012年3期
        關(guān)鍵詞:腦科學(xué)人腦生物學(xué)

        樂是以何種方式作用于人腦,是長期以來始終困惑于我國音樂界、至今尚沒有得到完滿解釋的一個問題。但是,利用神經(jīng)科學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等相關(guān)學(xué)科的相關(guān)研究卻如雨后春筍般蓬勃發(fā)展,逐漸成長壯大起來。例如:林華所著《音樂審美心理學(xué)教程》中,在介紹情緒和情感時就運用了神經(jīng)科學(xué)和腦科學(xué)進(jìn)行了闡述;羅小平所著《音樂心理學(xué)》一書中,大量介紹了國外利用神經(jīng)生物學(xué)、神經(jīng)心理學(xué)及神經(jīng)解剖學(xué),研究與音樂相關(guān)問題的發(fā)展?fàn)顩r;周海宏所著《音樂與其表現(xiàn)的世界》一書中,在闡述與“音高相關(guān)的聯(lián)覺的發(fā)生”時,也“以神經(jīng)興奮感為中心的聯(lián)覺機制”進(jìn)行了論述;張鴻懿所著《音樂治療學(xué)基礎(chǔ)》一書中,更是利用神經(jīng)科學(xué)及腦科學(xué),介紹了音樂治療的心理學(xué)基礎(chǔ),特別是《音樂治療學(xué)基礎(chǔ)》的第三講中,專門介紹了“關(guān)于音樂與大腦關(guān)系的研究方法”;德國著名音樂心理學(xué)家雷娜特·克洛佩爾女士所著《]奏藝術(shù)的生理心理學(xué)津要》一書中的最后一章介紹了神經(jīng)系統(tǒng)和有關(guān)音樂方面的感覺器官等。近些年,與音樂相關(guān)的書籍、教科書和音樂類學(xué)術(shù)論文中也經(jīng)常會引用神經(jīng)生物學(xué)及生理學(xué)的專業(yè)術(shù)語“聽覺”和“視覺”,并用聽覺和視覺解釋音樂中的問題,由此,我們可以看到神經(jīng)科學(xué)和腦科學(xué)已經(jīng)悄然進(jìn)入了音樂研究領(lǐng)域,一些與音樂相關(guān)的交叉學(xué)科也相繼應(yīng)運而生。

        早在上世紀(jì)90年代初,世界科研強國就加快了對神經(jīng)生物學(xué)研究的大量投入,神經(jīng)生物學(xué)被譽為二十一世紀(jì)的明星學(xué)科。美國于1990年推出了“腦的十年計劃”,接著歐洲于1991年開始實施“EC腦十年計劃”,之后日本于1996年也正式推出了名為“腦科學(xué)時代計劃”的跨世紀(jì)大型研究計劃,預(yù)計在未來20年內(nèi)投入巨額研究經(jīng)費。在神經(jīng)科學(xué)和腦科學(xué)研究成果的強大推動力之下,世界科技強國相繼創(chuàng)建了神經(jīng)藝術(shù)歷史學(xué)(neuroarthistory)①、神經(jīng)音樂學(xué)(Neuromusicology)②、神經(jīng)美學(xué)(neuroaesthetics)③、認(rèn)知神經(jīng)美學(xué)(Cognitive Aesthetics)④、神經(jīng)音樂心理學(xué)(Nervous psychology of music)⑤、神經(jīng)音樂教育學(xué)(Neurological Music Education)⑥、]奏藝術(shù)的生理心理學(xué)(Die Kunst des Musizierens)⑦、神經(jīng)音樂分類學(xué)(Music Classification Neural Networks)⑧、神經(jīng)音樂作曲學(xué)(Neural network music composition)⑨等學(xué)科。這些學(xué)科的建設(shè)都是建立在腦科學(xué)或神經(jīng)科學(xué)的基礎(chǔ)之上,利用腦科學(xué)或神經(jīng)科學(xué)的原理、理論、研究手段、研究方法等作為音樂研究課題的切入點,從事音樂基礎(chǔ)理論和音樂應(yīng)用理論研究?;谀X科學(xué)主體的神經(jīng)生物學(xué)已成為生命科學(xué)中發(fā)展最迅猛的前沿科學(xué)之一,人們探索神經(jīng)系統(tǒng),特別是大腦的奧秘業(yè)已成為現(xiàn)實,致使科學(xué)家及音樂研究工作者把音樂研究的方向直指人類的大腦及神經(jīng)系統(tǒng),希望通過對人腦及神經(jīng)系統(tǒng)的研究,找到或解釋音樂中長期以來困惑于我們的“疑難雜癥”的解決辦法,以及始終未能詮釋音樂中存在的問題。由此可見,采用神經(jīng)生物學(xué)的原理和理論,運用神經(jīng)圖像技術(shù)、電生理技術(shù)、雙光子顯微鏡技術(shù)、功能性磁共振成像技術(shù)(Functional Magnetic Resonance Lmaging)、磁共振成像(Magnetic Resonance Lmaging)、正電子發(fā)射層掃描(Positron Emission Tomography)、腦電圖等,研究音樂中的各種現(xiàn)象;存在的問題以及解釋音樂與人之間的關(guān)系;音樂對神經(jīng)生理上的影響;并利用人體的生理結(jié)構(gòu)和功能更好地為音樂服務(wù),業(yè)已成為世界科技強國音樂研究領(lǐng)域最新的手段和方法。

        神經(jīng)生物學(xué)是研究人和動物的神經(jīng)系統(tǒng)的科學(xué),它從分子、細(xì)胞水平到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),乃至整體系統(tǒng)水平上研究神經(jīng)系統(tǒng),特別是腦的結(jié)構(gòu)與功能及其相互關(guān)系,研究神經(jīng)系統(tǒng)的生長和發(fā)育,其最終目的是闡明行為和心理活動的神經(jīng)機制;同時為闡明物質(zhì)運動如何產(chǎn)生精神活動這一重大哲學(xué)問題提供科學(xué)依據(jù)。人類之所以能成為萬物之靈,是因為我們具有高度發(fā)達(dá)的腦,而人腦的所有功能都是在神經(jīng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下得以完成的,人類的思維和行為正是由神經(jīng)系統(tǒng),特別是腦的活動所主宰。音樂創(chuàng)作、音樂表]、音樂審美、音樂教育、音樂研究,以及與音樂相關(guān)的所有活動,都要通過人的腦機制及神經(jīng)機制才能得以完成。作為腦科學(xué)或神經(jīng)科學(xué)主體的神經(jīng)生物學(xué),自然是涵蓋所有音樂活動及與其相關(guān)研究的基礎(chǔ)學(xué)科。它為人類的音樂活動奠定了神經(jīng)基礎(chǔ)及腦活動規(guī)律,如果與音樂相關(guān)的理論研究,不基于神經(jīng)生物學(xué)的原理和理論,那就不可能有更深入的音樂理論,哪怕最簡單的聽音樂或?qū)δ骋灰魳坊顒舆M(jìn)行研究,都需要人腦對采集的信息進(jìn)行編碼,編制程序,發(fā)出執(zhí)行指令,這些都離不開腦機制及神經(jīng)機制。雖然對人腦及神經(jīng)系統(tǒng)的研究仍處在逐步完善之中,然而以人為本的音樂理論建設(shè)卻是毋庸置疑的。國外在這一方面的研究成果、經(jīng)驗,發(fā)展?fàn)顩r,可以為我們提供借鑒,也可以推動我國在這一領(lǐng)域的發(fā)展。

        1993年美國認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家肖(GordorL.Shaw)教授等人在《自然》雜志上發(fā)表了題為“音樂與空間任務(wù)能力的科學(xué)論文”;1999年法國神經(jīng)生物學(xué)家澤?。ǎ樱澹恚椋颍冢澹耄椋⑺难芯砍晒麑懗蓪V秲?nèi)在視覺:關(guān)于大腦與藝術(shù)關(guān)系的探索》;2003年美國認(rèn)知心理學(xué)家索爾索(RobertL.Soiso)編著了《藝術(shù)心理學(xué)與意識大腦的進(jìn)化》;美國帕泰爾博士(Aniruddh D patel)編著了《音樂語言與腦》;2009年出版了題為《神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)和音樂Ⅲ機能失調(diào)和可塑性》(The Neurosciences andMusic III Disorders and Plasticity)一書,它是2008年6月在加拿大魁北克召開的第四次同名會議的會議文集匯編。此會議的主題是“神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)和音樂”,目的是召集神經(jīng)科學(xué)及音樂領(lǐng)域前沿研究工作者發(fā)表研究成果,提供相互交流,共同探討未來神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)和音樂的發(fā)展,增加研究者之間的協(xié)作,拓展神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)和音樂研究領(lǐng)域,傳播最新研究成果等。像這類音樂與腦科學(xué)及神經(jīng)科學(xué)的研究文獻(xiàn)不勝枚舉,特別值得一提的是國外在這一領(lǐng)域的研究動向。例如:大腦處理音樂信號的中樞機制,及處理方式;腦中是否有專門處理音樂信號的中樞系統(tǒng);音樂與語言信號,中樞系統(tǒng)為什么可以分別處理;不同頻率的音樂信號,為什么可以對人產(chǎn)生不同的生理反應(yīng)和心理反應(yīng);大腦聽覺系統(tǒng)是如何對音樂信號進(jìn)行編碼及編制程序的;不同腦區(qū)為什么可以對音樂信息進(jìn)行分別分析、加工和處理;聽覺系統(tǒng)中的神經(jīng)元,為什么各自有最宜反應(yīng)頻率;音樂的神經(jīng)通路搭建對音樂才能的影響;神經(jīng)細(xì)胞相互間的聯(lián)系對音樂學(xué)習(xí)者的重要性;音樂的節(jié)奏、和聲及音色的腦機制是怎樣的;對音樂的頻率和響度,神經(jīng)元一旦形成反應(yīng)方式,會不會改變;單個神經(jīng)元或群體神經(jīng)元受到音樂刺激,將會對機體產(chǎn)生怎樣的影響;音樂家的聽覺皮質(zhì)面積為什么比常人大;兒時的音樂經(jīng)驗對神經(jīng)系統(tǒng)可塑性變化的影響;音樂帶來情緒和情感變化的腦機制及神經(jīng)機制;協(xié)和音程與不協(xié)和音程,大腦的處理機制為什么完全不同等等。從以上的音樂研究內(nèi)容及研究動向可以看出,所研究的范圍皆在神經(jīng)生物學(xué)的范疇之內(nèi),由此可以斷言,音樂作用于大腦及神經(jīng)系統(tǒng)的研究不但會多元化,全方位地持續(xù)發(fā)展下去,而且更加會如火如荼,方興未艾,比肩疊跡,接踵而至,掀起或引發(fā)21世紀(jì)音樂科學(xué)迅猛發(fā)展的一個又一個高潮。

        如果把音樂喻為神秘的符號,那神經(jīng)生物學(xué)就像羅塞達(dá)碑石(Rosetta Stone)⑩。雖然到目前為止,我們還不能完全破解音樂之謎,但是它已經(jīng)成為了破解音樂之謎最可能的手段和最佳路徑。因此,科學(xué)家和音樂家才會不遺余力,傾盡全力,為此信心百倍,雄心勃勃開拓這一領(lǐng)域的研究。遺憾的是,我國到目前為止還缺乏這方面的系統(tǒng)研究。

        用神經(jīng)生物學(xué)研究音樂的首要問題,就是音樂以何種方式作用于人腦的研究。乍聽起來,這個命題似乎并不難解釋:音樂作用于人腦的方式,主要是通過機體的聽覺、視覺和軀體感覺與人腦建立聯(lián)系,其作用方式為物理信號—化學(xué)信號—電傳遞。聽音樂是將音樂聲波的機械能轉(zhuǎn)換為神經(jīng)信號(cochlear transduction),機械—電轉(zhuǎn)換(mechanoelectrical transduction),看]唱會和音樂會是將光能轉(zhuǎn)換為神經(jīng)信號,器樂]奏通過手指和嘴唇等,將機械能轉(zhuǎn)換為神經(jīng)信號,這些都是物理信號,其中神經(jīng)信號包括電信號和化學(xué)信號,但是機體間和細(xì)胞間的通訊中,最廣泛的信號是化學(xué)信號。無論是音樂帶來的物理信號或化學(xué)信號,最終都要以脈沖式信號,通過動作電位的發(fā)放頻率和發(fā)放模式進(jìn)行編碼,經(jīng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)傳遞或投射到大腦皮質(zhì)。然而,音樂是以何種方式作用于人腦的研究,并非像上述的那么簡單,其中每種方式的原理就極其復(fù)雜,甚至有些神經(jīng)生物學(xué)原理只是假說(如門控彈簧假說gating spring hypothesis)。況且,音樂產(chǎn)生的聲音并非是以純音形式出現(xiàn)的,這就為音樂在腦中的頻率編碼和響度編碼的研究增加了難度,因為音樂產(chǎn)生的頻率波形圖直接對應(yīng)耳蝸的音調(diào)拓?fù)鋱D(tonotopic map),而音調(diào)拓?fù)鋱D有賴于神經(jīng)元特征頻率(characteristic frequency)沿下丘中央核背腹軸由低頻到高頻的排列,這其中一個重大問題就是如何破解大腦用于在神經(jīng)元間傳播信息的密碼。因此,僅僅就音樂發(fā)出的聲波,解釋其作用于人腦的方式,它和音樂以外的聲波作用于人腦的方式,并沒有本質(zhì)的區(qū)別,這是由人的生理功能決定的。隨著神經(jīng)生物學(xué)的迅猛發(fā)展,聲波作用于人腦的奧秘,早已被解開了面紗。但是,音樂作用于人腦的研究,不僅僅局限于方式,更重要的是人的腦機制或神經(jīng)機制如何分析、加工和處理音樂信號,音樂信號在細(xì)胞間的通訊和信號傳導(dǎo),以及信號傳導(dǎo)過程中帶來怎樣的生理反應(yīng)和心理反應(yīng),這些反應(yīng)將對人們產(chǎn)生怎樣的影響。從音樂對神經(jīng)生理上的作用過程看,其實和藥物作用于神經(jīng)生理有類似之處,它們的共同之處都可以對神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)產(chǎn)生影響,帶來不同程度的生化反應(yīng)。而一種藥物帶來的生化反應(yīng),更多的是對生理機能產(chǎn)生的影響,音樂更多的是通過生化反應(yīng),改變?nèi)藗兊木窕顒印榱耸勾蠹冶阌诶斫?,有必要澄清兩個問題。

        第一,音樂是用耳朵聽到的嗎?其實未必盡然。耳朵好比麥克風(fēng),它的作用主要是采音、集音、傳音和共振,它與麥克風(fēng)的區(qū)別在于,耳朵具有擴(kuò)音功能。也就是說,要想聽到音樂僅靠耳朵是不可能完成的。為此,必須重申兩個神經(jīng)生物學(xué)和生理學(xué)的專業(yè)術(shù)語,“聽覺”和“聽知覺”,這也是許多音樂類的教科書、教材及學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中,經(jīng)常會出現(xiàn)混淆的問題。一個具有正常聽覺系統(tǒng)的人,對聲音都具有聽覺功能,也就是他能對聲波產(chǎn)生感覺,形成聲音,但未必會產(chǎn)生聽知覺。為什么我們經(jīng)常會聽到一種聲音,卻無法分辨是什么物體發(fā)出的聲音,反而會問“什么聲”?為什么一個從沒有聽過音樂的人,在聽見音樂聲時會不知所措,滿腹狐疑?為什么一個非洲原始部落,當(dāng)聽到銅管樂時,認(rèn)為大難臨頭了?這說明聽覺和聽知覺是具有完全不同的兩個概念。換句話說,聽音樂憑聽覺只能聽到聲音,并不能辨別是音樂聲還是其它聲音。這就好比用[看物體,[相當(dāng)于攝像機的鏡頭,單憑鏡頭是無法攝像的一樣。

        第二,聽音樂或欣賞音樂的神經(jīng)通路是,耳蝸核—腦干—丘腦—大腦皮質(zhì)—丘腦—大腦皮質(zhì)。耳蝸核是第一級聽覺神經(jīng)中樞;腦干的延髓部分中的上橄欖復(fù)合核是聽覺中樞的第二站;位于丘腦的內(nèi)側(cè)膝狀體是大腦皮層下的最高級聽覺中樞。至此,完成了對音樂的音頻、聲強和空間定位等的加工、處理,但此時人們并不能知道加工、處理聲音的類別,也就是說并不能區(qū)分是音樂聲或非音樂的聲音。丘腦是感覺上行傳導(dǎo)的重要驛站,接受除嗅覺外各種感覺纖維的投射。音樂發(fā)出的聲波信號,在丘腦中受到高爾基Ⅱ型神經(jīng)元的修飾,并形成復(fù)雜的神經(jīng)聯(lián)系,以獲得對音樂聲波信號的聽感覺,這就是機體生理功能意義上的“聽覺”。

        丘腦對音樂的頻率和響度編碼重新修飾,進(jìn)行再編碼后,由內(nèi)側(cè)膝狀體發(fā)出神經(jīng)纖維經(jīng)聽輻射至大腦初級聽皮層,通過內(nèi)側(cè)膝狀體和聽皮層的神經(jīng)通路介導(dǎo)意識的聽知覺。也就是說,“聽知覺”是丘腦和大腦皮質(zhì)折返交互的產(chǎn)物。雖然有些科學(xué)家曾指出:我們的大腦中沒有專門處理音樂的中樞,但是音樂家或音樂人的聽知覺為什么比普通人有優(yōu)勢?音樂家聆聽鋼琴]奏時,為什么左半球熱烈活動區(qū)域比一般人大了25%?音樂家或音樂人在處理音樂相關(guān)信號時至少有兩點和普通人不同:一是,音樂家或音樂人都受過專業(yè)訓(xùn)練,通過對音樂的學(xué)習(xí)或憑借經(jīng)驗,帶來了神經(jīng)通路可塑性變化,也就是他們與音樂相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)路構(gòu)建,比普通人更發(fā)達(dá)。二是,音樂家或音樂人在長期的音樂活動中,參與音樂頻率和響度編碼,以及分析、加工、處理音樂信號的神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量,遠(yuǎn)比普通人逾千越萬。人腦中約有140億個神經(jīng)細(xì)胞,音樂家用于音樂活動的神經(jīng)細(xì)胞,既可以單細(xì)胞“作戰(zhàn)”,也可以群體細(xì)胞的“集團(tuán)作戰(zhàn)”,這就是音樂家聆聽鋼琴]奏時,產(chǎn)生“集團(tuán)作戰(zhàn)”的神經(jīng)細(xì)胞興奮,大量投入的神經(jīng)細(xì)胞的放電,致使左半球熱烈活動區(qū)域的面積比一般人大了25%的原理。

        在音樂活動中,丘腦和大腦參與或投入的感覺細(xì)胞及其他神經(jīng)細(xì)胞的數(shù)量越多,也就越有可能成為音樂家。丘腦中的感覺細(xì)胞在音樂活動中,可以建立數(shù)不勝數(shù)的感覺模塊,每個感覺模塊都存儲著不同的音樂感覺痕跡。我們通常所說的“聽覺”,正是感覺模塊在丘腦中的體現(xiàn),它也將決定一個人的音樂感覺。大腦中的神經(jīng)細(xì)胞在音樂活動中,通過和丘腦間神經(jīng)元的折返交互活動,可以建立不計其數(shù)與音樂相關(guān)的樣本,每一個樣本都存儲著對音樂的意識、概念、認(rèn)識和知覺等,其中,既有對音樂的形象樣本,也有對音樂的抽象樣本,這些音樂樣本就是神經(jīng)生物學(xué)意義上的“聽知覺”的基礎(chǔ),可以說,腦中沒有音樂樣本,就不可能產(chǎn)生對音樂的聽知覺。音樂樣本存在于不同腦區(qū)或核團(tuán)(包括大腦皮質(zhì)、下丘腦、杏仁核、基底核、小腦等),它們之間在腦中交換的次數(shù)越多,距中心距離越遠(yuǎn),音樂樣本就越精細(xì),產(chǎn)生的音樂意識也就越精準(zhǔn)、越清晰。因此,音樂的感覺模塊及音樂樣本是音樂活動的本質(zhì)和核心,研究音樂作用于人腦的方式,實質(zhì)上就是在研究怎樣建立音樂感覺模塊和音樂樣本。音樂界至今尚未得到完滿解釋的另一個問題:音樂為什么能夠表現(xiàn)感情,其本質(zhì)與核心也在于音樂感覺模塊和音樂樣本的形成。機體是一個大型化學(xué)加工廠,感情、情感和情緒就是化學(xué)物質(zhì)制造的化學(xué)反應(yīng)。音樂活動必須建立在腦機制及神經(jīng)機制的基礎(chǔ)之上才能得以完成,而人腦及神經(jīng)系統(tǒng)活動的最基本方式,就是細(xì)胞間的通訊和信號傳導(dǎo),其原理為電信號—化學(xué)信號—電傳遞。音樂活動的每一個細(xì)節(jié)都是通過這一原理實現(xiàn)的,在這一過程中神經(jīng)系統(tǒng)都會釋放許多化學(xué)物質(zhì),如神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)肽和神經(jīng)激素等,可以說沒有這些化學(xué)物質(zhì)的參與,細(xì)胞間就不可能進(jìn)行通訊和信號傳導(dǎo),音樂活動也就不可能實現(xiàn)。這就為我們從事音樂研究,音樂基礎(chǔ)理論建設(shè)提供了發(fā)展方向,也為我們的音樂研究工作奠定了理論基礎(chǔ)。

        目前我國的音樂研究和音樂基礎(chǔ)理論建設(shè)的發(fā)展速度還比較遲緩,與發(fā)達(dá)國家的距離相距甚遠(yuǎn),許多與音樂相關(guān)的學(xué)科都停留在音樂表面現(xiàn)象的研究中,特別是當(dāng)涉及到音樂以何種方式作用于人腦的研究時,要么引用國外的研究成果,要么借鑒已被證實為錯誤的理論,甚至在運用神經(jīng)生物學(xué)解釋音樂中的問題時會出現(xiàn)不少謬誤或值得商榷之處:如聽覺與聽知覺、視覺與視知覺、感覺與感知覺、神經(jīng)電信號的傳導(dǎo)與傳遞的概念混淆;“聽神經(jīng)的中繼站是下丘腦”;“音樂的各種要素有其物理屬性,當(dāng)其作用于人的聽覺時,則轉(zhuǎn)換為一種心理屬性”等等。希望我們在此課題上的研究能夠進(jìn)一步的發(fā)展。

        參考文獻(xiàn)

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        [11]許紹芬《神經(jīng)生物學(xué)》,復(fù)旦大學(xué)出版社2010年版。

        ①英國,East Anglia大學(xué)

        ②法國,尼斯大學(xué)等。

        ③英國,倫敦大學(xué)等。

        ④美國、法國等。

        ⑤美國紐約Plenum出版社,在1982年出版的題為《音樂、思維和大腦》的著作,其副標(biāo)題為《音樂神經(jīng)心理學(xué)》,由Manfred Clynes主編。

        ⑥⑦美國、加拿大等國。

        ⑧美國,斯坦福大學(xué);加拿大,蒙特利爾大學(xué)。

        ⑨美國,科羅拉多大學(xué)。

        ⑩喻指解密工具。

        王超慧首都師范大學(xué)音樂學(xué)院副教授、碩士生導(dǎo)師

        (責(zé)任編輯金兆鈞)

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