□周長(zhǎng)征 黃夢(mèng)婷 楊 華 劉 惠 盧 競(jìng)

[電子科技大學(xué) 成都 610054]

引言

從古至今，音樂(lè)都是人們生活中的一個(gè)重要成分。最初的音樂(lè)就是起源于人的某種難以言說(shuō)的原始沖動(dòng)，這種原始沖動(dòng)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(lè)成為一種生活必需品。在20世紀(jì)，它開(kāi)始具有臨床醫(yī)療價(jià)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(gè)世紀(jì)內(nèi)，人們發(fā)現(xiàn)了腦電波的存在，開(kāi)始研究來(lái)自人體內(nèi)部的生理信號(hào)。隨后，音樂(lè)與腦電波看似無(wú)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(hào)的腦電波轉(zhuǎn)換成音樂(lè)，正是一件開(kāi)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(lè)”反過(guò)來(lái)作用于自身，有很強(qiáng)的催眠作用[2]。

腦波音樂(lè)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(hào)[3]。在當(dāng)今社會(huì)，精神負(fù)擔(dān)過(guò)重的情況下，患上心理疾病的人數(shù)不斷增加。腦波音樂(lè)作為一種新的音樂(lè)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(lè)研究背景

音樂(lè)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(lái)的時(shí)候，不僅能夠傳遞來(lái)自創(chuàng)作者的情感，甚至還能使聽(tīng)者產(chǎn)生共鳴。正是音樂(lè)具有這種獨(dú)特的功能，促使研究者們不斷地探索音樂(lè)的奧秘。從古到今，音樂(lè)的形式在不斷的演變，音樂(lè)的功能也日益廣泛。它從舒緩心情的一種娛樂(lè)方式，逐漸演變?yōu)橐环N心理治療功能，對(duì)提高人們的心理健康水平、改善人們的精神生活質(zhì)量無(wú)疑具有重要意義[4]。

科學(xué)界一直關(guān)注著音樂(lè)與人的大腦的關(guān)系，大腦是音樂(lè)產(chǎn)生的源泉，那么二者會(huì)存在什么樣的聯(lián)系呢？在上個(gè)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(kāi)始嘗試用聽(tīng)覺(jué)的形式來(lái)展現(xiàn)大腦的活動(dòng)[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(kāi)生面的演奏[6]，科學(xué)家們逐漸將生理信號(hào)與音樂(lè)聯(lián)系起來(lái)，早期的研究主要是以腦波信號(hào)為基礎(chǔ)，創(chuàng)作出新的音樂(lè)的形式。隨著時(shí)代的發(fā)展，音樂(lè)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(lè)和人之間的關(guān)系。

其中，音樂(lè)與腦波之間的轉(zhuǎn)化成為一種新的研究方向。音樂(lè)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(lè)與腦電波之間確實(shí)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(dòng)作任務(wù)時(shí)，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(lè)與人腦聯(lián)系起來(lái)。

本研究中，我們以音樂(lè)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(lè)的基本參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，創(chuàng)新地以fMRI中采集的信號(hào)對(duì)應(yīng)音樂(lè)中的音強(qiáng)，將人體獲得的腦波信號(hào)翻譯成音樂(lè)。這樣來(lái)自個(gè)人腦波的音樂(lè)，將具有個(gè)體獨(dú)特性，更能實(shí)時(shí)了解人體的生理狀態(tài)。此外，我們將腦波音樂(lè)反饋于具有焦慮癥狀的被試，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證腦波音樂(lè)是否具有緩解情緒的作用。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（一）EEG-fMRI 腦波音樂(lè)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(shū)。

本次實(shí)驗(yàn)采用腦電和磁共振同時(shí)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(shí)腦電信號(hào)通過(guò)EGI System 200型腦電記錄儀記錄，采集通道為128道。

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

圖1 EEG-fMRI腦波音樂(lè)制作對(duì)應(yīng)關(guān)系

（二）新的腦波音樂(lè)評(píng)定

被試者共有10名被試，所有的人都接受過(guò)至少3年以上的音樂(lè)訓(xùn)練。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在實(shí)驗(yàn)中，被試被要求聆聽(tīng)采自被試A和被試B的兩種腦波音樂(lè)。10名被試被分成5人一組，一組被試首先聽(tīng)EEG腦波音樂(lè)再聽(tīng)EEG-fMRI腦波音樂(lè)，另一組被試則先從EEG-fMRI腦波音樂(lè)開(kāi)始聽(tīng)。聽(tīng)完之后，兩組被試要根據(jù)所聽(tīng)的感受，完成問(wèn)卷。問(wèn)卷內(nèi)容關(guān)于判斷所聽(tīng)兩首曲子的音強(qiáng)快慢。

（三）腦波音樂(lè)對(duì)情緒的影響

被試者是10名存在較強(qiáng)焦慮情緒的在校大學(xué)生，沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的音樂(lè)訓(xùn)練。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

（1）采用SAS（Self-Rating Anxiety Scale）焦慮自評(píng)量表[10]，采用4 級(jí)評(píng)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(duì)10 名被試進(jìn)行焦慮狀況評(píng)估后，選擇實(shí)驗(yàn)一中采集的兩名被試的放松狀態(tài)下的腦波音樂(lè)作為本次實(shí)驗(yàn)的音樂(lè)原材料。

（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，共計(jì)進(jìn)行10 天腦波音樂(lè)反饋訓(xùn)練，每天在相同時(shí)間點(diǎn)持續(xù)1 小時(shí)，要求實(shí)驗(yàn)環(huán)境在安靜、光線柔和的語(yǔ)音室中進(jìn)行。音樂(lè)由電腦以音頻形式播放。被試在聆聽(tīng)音樂(lè)的過(guò)程中，保持閉眼靜息狀態(tài)。在完成整個(gè)音樂(lè)治療實(shí)驗(yàn)后，要求被試再根據(jù)自己目前的心理狀態(tài)完成焦慮測(cè)評(píng) 量表。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（一）腦波音樂(lè)的發(fā)展

根據(jù)圖1所示的對(duì)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(lè)。這些音樂(lè)中，音高和音強(qiáng)分別是由腦電信號(hào)的振幅和fMRI信號(hào)確定的，因此，兩個(gè)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(lái)的音樂(lè)譜成的曲子。

圖2 兩名被試的EEG-fMRI腦電波翻譯出的音樂(lè)的樂(lè)譜

（二）新音樂(lè)評(píng)定結(jié)果

在獲得到兩名被試的腦波音樂(lè)后，我們?yōu)榱藱z驗(yàn)EEG-fMRI腦波音樂(lè)，又進(jìn)行了一次實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)專業(yè)受過(guò)音樂(lè)訓(xùn)練的被試來(lái)對(duì)這種新的腦波音樂(lè)進(jìn)行評(píng)定。實(shí)驗(yàn)提供第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中兩位被試的兩種不同翻譯方法的腦波音樂(lè)，在10名被試分兩組按不同的順序聆聽(tīng)了前面兩名被試的兩種腦波音樂(lè)后，他們對(duì)所聽(tīng)曲子的音強(qiáng)快慢進(jìn)行了判別，以下為問(wèn)卷結(jié)果。

表1 10名被試對(duì)音強(qiáng)差異的識(shí)別結(jié)果表

通過(guò)分析表1中的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，兩組被試盡管在聽(tīng)曲子的順序上不同，但他們?cè)诮Y(jié)果上達(dá)到了高達(dá)90%的一致。很明顯，對(duì)于被試A和被試B的EEG腦波音樂(lè)，幾乎所有10名聆聽(tīng)者都覺(jué)得音強(qiáng)變化過(guò)快，而EEG-fMRI腦波音樂(lè)則音強(qiáng)變化偏緩慢。由這個(gè)實(shí)驗(yàn)，相比于完全由腦電信號(hào)確定的腦波音樂(lè)，EEG-fMRI腦波音樂(lè)與正常人為創(chuàng)作的音樂(lè)十分貼近。根據(jù)被試們反饋的信息，緩慢的EEG-fMRI腦波音樂(lè)音強(qiáng)的改變速度讓聽(tīng)者感覺(jué)更流暢，更放松，更貼近真實(shí)音樂(lè)。

（三）腦波音樂(lè)對(duì)情緒緩解的影響

在完成為期10天的腦波音樂(lè)反饋療程后，我們對(duì)10名被試的實(shí)驗(yàn)前后焦慮自評(píng)量表分?jǐn)?shù)進(jìn)行比較。SAS焦慮自評(píng)量表標(biāo)準(zhǔn)分界值為50分，在實(shí)驗(yàn)前，10名被試的平均測(cè)評(píng)分?jǐn)?shù)為56.5分，最高分值為63分，最低分值為53分。實(shí)驗(yàn)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(duì)比得出，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的腦波音樂(lè)治療后，10名被試的焦慮測(cè)評(píng)分?jǐn)?shù)總體下降，焦慮癥狀有明顯的改善。

在結(jié)束了音樂(lè)治療后，我們分別對(duì)每一位被試進(jìn)行了一次簡(jiǎn)短詢問(wèn)，讓他們對(duì)所聽(tīng)音樂(lè)做一個(gè)評(píng)價(jià)以及聽(tīng)音樂(lè)過(guò)程當(dāng)中的感受。大部分被試表示持續(xù)每天用一段時(shí)間聆聽(tīng)舒緩的音樂(lè)對(duì)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(lè)治療，防止自己又重新回到實(shí)驗(yàn)前的焦慮狀態(tài)。根據(jù)這樣的結(jié)果，可以得出聆聽(tīng)腦波音樂(lè)與心理治療過(guò)程中的音樂(lè)療法具有相同功能，能一定程度上緩解被試的情緒。

四、對(duì)結(jié)果的討論

在之前的研究中，只采用EEG信號(hào)來(lái)翻譯成音樂(lè)，就會(huì)出現(xiàn)曲調(diào)的音強(qiáng)變化過(guò)快的情況，與通常的人工創(chuàng)作音樂(lè)不符。在本次課題研究中，選用EEG-fMRI信號(hào)共同翻譯出的腦波音樂(lè)，音強(qiáng)變化則比較緩慢。并且，音高和音強(qiáng)作為音樂(lè)的兩個(gè)重要基本性質(zhì)，應(yīng)該具有互相獨(dú)立的關(guān)系。過(guò)去只憑腦電信號(hào)獲得的音樂(lè)中，與音高和音強(qiáng)對(duì)應(yīng)的分別是腦電信號(hào)的振幅和腦電平均能量變化值，無(wú)法達(dá)到完全獨(dú)立。本次研究提出的腦電信號(hào)和功能磁共振信號(hào)共同翻譯的方法，則完全解決了這個(gè)問(wèn)題，更加貼近真實(shí)的音樂(lè)。

通過(guò)對(duì)人體生理信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，翻譯成音樂(lè)，來(lái)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(gè)人的情緒發(fā)生變化的時(shí)候，通過(guò)檢測(cè)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(lè)心理治療中，心理治療師都會(huì)選擇音樂(lè)來(lái)對(duì)患者進(jìn)行舒緩治療，但從古至今，音樂(lè)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(wú)論是純音樂(lè)還是歌曲，都可以減輕我們的焦慮，關(guān)鍵在于所選的音樂(lè)是否是自身所喜歡的[11]。如果采用課題中的腦波音樂(lè)，可謂是“以其人之道，還之其身”，實(shí)時(shí)腦電譜成的音樂(lè)，通過(guò)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(shí)驗(yàn)中，我們采用的是來(lái)自兩名被試的腦波音樂(lè)，然后對(duì)10名焦慮癥狀較強(qiáng)的大學(xué)生進(jìn)行腦波音樂(lè)治療。結(jié)果表明聆聽(tīng)腦波音樂(lè)具有緩解焦慮情緒的作用。但目前的驗(yàn)證只是基于一個(gè)較少的被試人數(shù)，并不能就此得到腦波音樂(lè)完全可以緩解緊張情緒的結(jié)論，還需要進(jìn)一步做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。在有更多被試的基礎(chǔ)上延長(zhǎng)音樂(lè)治療時(shí)間，進(jìn)行長(zhǎng)期追蹤記錄，這樣才能更有說(shuō)服性。在將來(lái)的研究中，我們將進(jìn)一步嘗試讓每一位被試聆聽(tīng)自身的腦波音樂(lè)，達(dá)到完全反饋于自身的目的。就目前結(jié)果而言，我們?cè)谥癊EG腦波音樂(lè)的基礎(chǔ)上，研究出更貼近人的生理的EEG-fMRI腦波音樂(lè)。這種來(lái)自人體內(nèi)源性的腦波音樂(lè)用于緩解精神壓力既是音樂(lè)治療的一種創(chuàng)新的嘗試，也對(duì)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(hào)上進(jìn)行更準(zhǔn)確的選取，因?yàn)椴煌l段的fMRI信號(hào)可能扮演不同的功能角色，這樣在腦波信號(hào)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(lè)。這樣更精確地選擇出放松狀態(tài)下的腦波音樂(lè)，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(hào)和功能磁共振信號(hào)結(jié)合起來(lái)轉(zhuǎn)換成音樂(lè)，這種腦波音樂(lè)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(dòng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這個(gè)方法得到的音樂(lè)更切合真實(shí)的音樂(lè)，可以一定程度上緩解焦慮情緒。這幫助我們打開(kāi)了一扇通往大腦奧秘的門(mén)，也提供了一種可能緩解精神壓力的新的音樂(lè)治療方法。

[1]蒲亨建.“循聲說(shuō)”——音樂(lè)起源新論[J].華南師范大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2007 (5):70-76.

[2]LEVIN Y I.“Brain music” in the treatment of patients with insomnia[J].Neuroscience andBehavioral Physiology,1998,28(3):330-335.

[3]KNISPEL J,WRIGHT G.Method and apparatus for translating the EEG into music to induce andcontrol various psychological and physiological states and to control a musical instrument.United States Patent,4883067[P].1989-11-28.

[4]葛雪松,呂茵.論音樂(lè)的心理治療功能[J].當(dāng)代教育論壇,2006(12):132-133.

[5]ADRIAN E,MATTHEWS B.The berger rhythms:potential changes from the occipital lobes in man[J].Brain,1934,57(4):355-385.

[6]LUCIER A.Statement on:Music for solo performer[C]// in:Rosenboom D,eds.Biofeedback and the arts:Rerults of early experiments.Vancouver,Canada:Aesthetic Research Centre of Canada,1976.

[7]FREEMAN W,BREAKSPEAR M.Scale-free neocortical dynamics[J].Scholarpedia,2007,2(2):1357.

[8]LU J,WU D,YANG H,et al.Scale-free brain-wave music from simultaneously EEG and fMRI recordings[J].PLoS ONE,2012,7(11):e49773

[9]WU D,LI C,YAO D.Scale-Free Music of the Brain[J].PLoS One,2009,4(6):e5915

[10]ZUNG W W K.A rating instrument for anxiety disorders[J].Psychosomatics,1971,12(6):371-379.

[11]邱小艷,鄭希付.國(guó)外音樂(lè)療法研究綜述[J].社會(huì)心理科學(xué),2004,19(2):106-109.