李谷靜 李 薪 賀 輝 羅 程 堯德中

(電子科技大學生命科學與技術(shù)學院, 成都 610054)

1 引言

大腦的可塑性受多種因素影響, 其中長期學習訓練是其結(jié)構(gòu)改變的重要因素(Draganski et al.,2004)。舞蹈或音樂訓練是指依據(jù)科學原理, 計劃性地對受訓者進行機體結(jié)構(gòu)機能重建和技術(shù)加工,使其通過長期練習掌握常人不易獲得的特殊技能的過程(覃嬪, 2018; 馬清, 2000)。兩類訓練的特殊性與長期性為研究腦可塑性提供了良好模型。舞蹈訓練與音樂訓練具有許多異同點：兩者都是復雜感覺運動過程, 涉及大腦對多種感知覺信息的加工整合; 都是情感表達性藝術(shù)訓練, 需要腦對內(nèi)部軀體變化與外部刺激信息進行交互加工, 實現(xiàn)藝術(shù)情感的表現(xiàn)。不同在于舞蹈訓練是以舞者自身為工具的韻律性動覺訓練, 它強調(diào)本體感覺與身體控制, 強調(diào)視?聽?動的高度整合。舞蹈學習往往通過大量的動作觀察與動作模仿而實現(xiàn)(平心, 2004)。音樂訓練特別是器樂訓練, 是以掌握特殊演奏技能為目標的訓練, 它強調(diào)聽覺與手指精細運動的高度協(xié)調(diào)與快速反饋, 要求聽?動的高度整合。音樂學習通過聽覺信息修正動作,從而達到對演奏技能的修正(Mutschler et al., 2007;蔣存梅, 2016)。

目前, 相關研究主要從腦功能與腦結(jié)構(gòu)的改變來刻畫兩種訓練的可塑性影響。關于舞蹈的研究主要聚焦于動作觀察網(wǎng)絡(action observation network, AON)以及感覺運動網(wǎng)絡。研究AON主要是為探索舞蹈專業(yè)性對動作知覺以及對目標導向性行為的影響。這些研究發(fā)現(xiàn)個體通過舞蹈訓練所獲得的真實動作經(jīng)驗, 與動作觀察所獲得的間接經(jīng)驗都會影響其動作觀察網(wǎng)絡, 具體來講兩種動作經(jīng)驗都會增進該網(wǎng)絡的激活(Calvo-Merino,Glaser, Grèzes, Passingham, & Haggard, 2005; Cross,Hamilton, & Grafton, 2006; Jola et al., 2013)。與此同時, 研究者們通過掃描舞者執(zhí)行下肢舞蹈動作時的腦功能活動情況, 進而研究舞蹈動作中獨特的感覺運動過程。其結(jié)果顯示舞蹈動作執(zhí)行時與本體感覺、動作控制、節(jié)奏保持等功能相關的皮層、皮層下結(jié)構(gòu)及小腦等廣泛區(qū)域被激活(Brown,Martinez, & Parsons, 2006; Ono et al., 2014)。關于腦結(jié)構(gòu)方面的研究也表明長期舞蹈訓練將導致感覺運動區(qū)域的灰質(zhì)與白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生廣泛改變。H?nggi, Koeneke, Bezzola 和 J?ncke (2010)首次開展芭蕾舞蹈家的大腦結(jié)構(gòu)研究。他們發(fā)現(xiàn)舞蹈家的左側(cè)前運動皮層、輔助運動皮層、殼核與額上回的灰質(zhì)體積顯著降低; 雙側(cè)皮質(zhì)脊髓束、雙側(cè)內(nèi)囊與胼胝體的白質(zhì)體積顯著降低; 連接前運動皮層的白質(zhì)纖維微結(jié)構(gòu)出現(xiàn)各向異性降低。舞蹈家大腦的廣泛結(jié)構(gòu)改變引起了其他研究者的關注。Giacosa, Karpati, Foster, Penhune和 Hyde(2016)通過進一步對比舞蹈家與音樂家的白質(zhì)纖維微結(jié)構(gòu), 發(fā)現(xiàn)舞蹈家感覺運動網(wǎng)絡內(nèi)的白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)(如皮質(zhì)脊髓束、上縱束和胼胝體)變化明顯。較之音樂家與對照組, 舞蹈家的白質(zhì)纖結(jié)構(gòu)更為發(fā)散和長程, 連接了更為廣泛的感覺運動皮層。綜上所述, 舞蹈訓練對腦結(jié)構(gòu)的特異性影響主要表現(xiàn)在涉及感覺運動的廣泛腦區(qū)發(fā)生改變,具體表現(xiàn)為功能皮層灰質(zhì)體積的減小, 且連接這些皮層的白質(zhì)纖維微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變(各項異性降低)。關于音樂的研究主要集中于聽?動整合相關網(wǎng)絡以及音樂認知的神經(jīng)過程。研究發(fā)現(xiàn)音樂家的感覺運動皮層、聽覺皮層及小腦的功能增強,說明音樂訓練可能提升了大腦對聽?動信息的處理與整合(Baumann et al., 2007; Bangert et al.,2006)。另一類研究則揭示音樂訓練中的句法加工、工作記憶和音樂情緒加工的神經(jīng)過程, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)音樂訓練增強了額下回、頂下小葉、腦島等相關腦區(qū)的功能(Groussard et al., 2010; Koelsch &Siebel, 2005)。關于音樂家腦結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果基本與其腦功能的特異性改變一致。相關研究發(fā)現(xiàn)灰質(zhì)體積的增加與音樂專業(yè)性呈顯著正相關(Bermudez,Lerch, Evans, & Zatorre, 2009), 且分布在與音樂技能訓練高度相關的腦區(qū), 如顳橫回(Schneider et al., 2002)、左側(cè)顳平面(Schlaug, Jancke, Huang, &Steinmetz, 1995)、顳上回(Bermudez et al., 2009)、中央溝內(nèi)手指感覺區(qū)域(Li et al., 2010)、小腦(Hutchinson,Lee, Gaab, & Schlaug, 2003)等。也有研究發(fā)現(xiàn)音樂家的手指運動區(qū)(位于中央前回)的灰質(zhì)結(jié)構(gòu)更清晰和典型(Bangert & Schlaug, 2006)。相應的, 音樂家大腦中連接以上灰質(zhì)區(qū)域的白質(zhì)結(jié)構(gòu)也發(fā)生特異性改變, 出現(xiàn)各項異性的增高, 如連接前運動皮層與感覺運動皮層的胼胝體前部和后部(?ztürk,Tas?ioglu, Aktekin, Kurtoglu, & Erden, 2002)、連接皮層?脊髓的皮質(zhì)脊髓束(Rüber, Lindenberg, &Schlaug, 2015)等?？偟膩碚f, 音樂訓練對腦結(jié)構(gòu)的特異性影響主要表現(xiàn)在與聽覺、手指運動與語義分析高度相關的皮層發(fā)生改變, 具體表現(xiàn)為皮層灰質(zhì)體積的增大, 且連接這些區(qū)域的白質(zhì)纖維微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變(各項異性增高)。

綜上所述, 舞蹈與音樂的腦可塑性研究呈現(xiàn)以下幾點不足：對音樂的關注遠遠多于舞蹈, 舞蹈的相關研究還有待于進一步豐富與深入。結(jié)構(gòu)研究遠遠少于功能研究, 且有限的結(jié)構(gòu)研究結(jié)果并不穩(wěn)定。單獨研究舞蹈或音樂的可塑性改變較普遍, 而比較兩種訓練導致的差異非常有限, 僅有兩篇文章報道了舞蹈家與音樂家的白質(zhì)與灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的異同(Giacosa et al., 2016; Karpati, Giacosa,Foster, Penhune, & Hyde, 2017)。對兩種訓練導致的灰質(zhì)體積變化結(jié)果存在爭議, 如 Giacosa等人(2016)發(fā)現(xiàn)舞蹈家與音樂家灰質(zhì)體積在顳葉上部有共同的增加, 但最近發(fā)表的一項研究則報告舞蹈訓練對灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變并無顯著影響(Burzynska,Finc, Taylor, Knecht, & Kramer, 2017)。除了上述不足, 我們的前期研究結(jié)果還無法完整描述舞蹈訓練的特異性影響。我們雖然發(fā)現(xiàn)舞蹈訓練對大腦皮層?基底節(jié)回路的連接具有增強作用(Li et al.,2015), 說明舞蹈訓練提高了受訓者的感覺運動整合功能, 但這種改變也發(fā)生在全身性運動的體育訓練中(Huang et al., 2017)。同時由于舞蹈與音樂關系最為密切, 它往往在音樂節(jié)奏中進行, 因此要刻畫舞蹈的特征就涉及對音樂效應的考慮。所以我們將研究重點放在兩種訓練的腦結(jié)構(gòu)對比上,希望一定程度上分離舞蹈中的音樂影響, 進一步探索舞蹈訓練相關的腦結(jié)構(gòu)特異性改變?；谇笆龅难芯扛艣r與深入探索舞蹈特征的需要, 我們選取接受現(xiàn)代舞與弦樂訓練的被試, 對兩種被試的腦灰質(zhì)體積進行比較研究。選擇現(xiàn)代舞是因為它更接近舞蹈本質(zhì)。相對于單純追求形式與技巧的芭蕾, 現(xiàn)代舞更強調(diào)人體動作本身。這正如表現(xiàn)主義現(xiàn)代舞創(chuàng)始人瑪麗.魏格曼在關于舞蹈本體論中所述, 舞蹈的核心因素是人體動作, 即人體動作構(gòu)成的“力”的因素, 因此沒有音樂要素的舞蹈也能獨立存在(呂藝生, 2013)。選擇弦樂是因為它更典型地體現(xiàn)了音樂訓練中的聽?動整合。相對于吹奏類與鍵盤類樂器的訓練, 弦樂訓練對演奏者音準要求非常高。弦樂演奏音高的變化是演奏者根據(jù)聽覺反饋, 精準確定手指在琴弦上的位置而實現(xiàn)(馬清, 2000)。因此弦樂訓練涉及快速、密集和精確的聽?動整合。

本文的創(chuàng)新與意義在于：訓練組的類型齊整統(tǒng)一。我們選取相同舞蹈風格與樂器類型的被試,在腦結(jié)構(gòu)可塑性分析研究中降低了舞蹈訓練風格與樂器不一致因素的干擾, 進而更好地描繪兩種訓練對腦結(jié)構(gòu)的特異性影響。研究的問題具有探索性。關于兩種訓練對灰質(zhì)結(jié)構(gòu)影響的研究非常有限且存在爭議, 我們的研究能為這一問題提供新的證據(jù)。研究具有延續(xù)性?；谡n題組前期研究發(fā)現(xiàn), 我們通過比較進一步刻畫舞蹈訓練對腦結(jié)構(gòu)的獨特影響。

本研究采用基于體素的形態(tài)學分析方法(voxelbased morphometry, VBM)進行組間灰質(zhì)體積對比。我們預測訓練組的腦灰質(zhì)體積可能存在如下改變：現(xiàn)代舞與弦樂訓練組的變化范圍主要位于感覺運動網(wǎng)絡; 現(xiàn)代舞訓練組可能出現(xiàn)灰質(zhì)體積的減小, 而弦樂訓練組則可能是增加; 兩組被試還可能出現(xiàn)顳葉上部灰質(zhì)體積的共同增高。

2 材料與方法

2.1 研究對象及納入標準

本研究招募了3組被試, 包括18名現(xiàn)代舞被試(現(xiàn)代舞訓練組)、20名弦樂被試(弦樂訓練組)及25名對照被試(對照組) (見表1)。訓練組被試均為大學藝術(shù)特長生或藝術(shù)專業(yè)學生, 其中現(xiàn)代舞訓練組主修現(xiàn)代舞, 弦樂訓練組主修西洋弦樂(小提琴、中提琴或大提琴)。在納入本實驗前, 兩組專業(yè)被試分別接受兩名舞蹈或兩名音樂專業(yè)教師的綜合評估, 其專業(yè)性被評價為達到舞蹈專長或音樂專長條件。舞蹈教師對現(xiàn)代舞訓練組被試進行如下評估：舞蹈模仿。向被試示范3次長度為 4個八拍的全新舞蹈動作(被試之前從未訓練過), 要求被試根據(jù)自己的記憶重復舞蹈片段, 評估其動作完整性與準確性。舞蹈基本功。要求被試完成下橫豎叉、下腰等動作, 同時要求被試根據(jù)自己的軟開度進行跳、轉(zhuǎn)、翻的技巧組合, 評估其柔韌度與技巧。舞蹈即興。要求被試根據(jù)隨機選擇的音樂進行即興舞蹈, 評估其舞蹈動作運用與舞蹈表現(xiàn)力。音樂教師對弦樂訓練組被試進行如下評估：自選曲目演奏。要求被試演奏一首自選曲目(3分鐘以內(nèi)), 考察被試的器樂演奏與表現(xiàn)力。視奏能力。音樂教師譜寫一段16個小節(jié)的中等難度的演奏片段(被試之前從未演奏或練習過), 要求被試現(xiàn)場演奏, 考察其識譜演奏能力?，F(xiàn)代舞訓練組被試均無音樂訓練經(jīng)歷, 弦樂訓練組被試均無舞蹈訓練經(jīng)歷。兩組專業(yè)被試訓練年限從7至17年不等。對照組為與之匹配的大學生,無任何舞蹈、音樂訓練經(jīng)驗?，F(xiàn)代舞訓練組、弦樂訓練組及對照組在年齡、性別和受教育年限方面均無統(tǒng)計顯著性差異, 兩種訓練組在訓練年限方面無統(tǒng)計顯著性差異, 分組達到均衡性(見表1)。3組被試完成艾丁伯格手性問卷(Oldfield, 1971)測試, 均為右利手。所有被試均無神經(jīng)系統(tǒng)疾病、發(fā)展性疾病或物質(zhì)濫用。本實驗符合赫爾辛基宣言, 并獲得作者所在研究機構(gòu)倫理委員會許可,所有被試簽署實驗知情同意書。

2.2 數(shù)據(jù)獲取

本研究在電子科技大學信息醫(yī)學中心完成。MRI數(shù)據(jù)的采集設備為GE Discovery 750 3.0T磁共振系統(tǒng)(GE Medical Systems, Milwaukee, WI),使用標準的GE全頭線圈。高分辨率T1加權(quán)圖像通過3D梯度回波序列(T1-3DFSPGR)獲得。掃描參數(shù)為：TR = 6.008 ms, TE = 1.984 ms, 反轉(zhuǎn)角 9?,矩陣 256×256, FOV=25.6 cm × 20 cm, 層厚 1 mm,層數(shù) 152層。采集數(shù)據(jù)時, 被試在掃描儀中盡量保持頭部不動。實驗使用海綿來固定被試頭部以減少頭動, 使用耳塞來降低掃描過程中的噪音。

2.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

VBM是一種全腦無偏算法, 用來計算腦體積與容量(Ashburner & Friston, 2000, 2005)。本研究采用VBM8工具包進行灰質(zhì)分析。(1)首先對3組被試的T1加權(quán)腦圖像進行數(shù)據(jù)預處理, 包括檢查

表1 被試人口學信息

所有被試數(shù)據(jù)的成像質(zhì)量, 手動調(diào)整所有結(jié)構(gòu) MRI的原點到前連合。(2)其后在 MATLAB 2014環(huán)境下使用嵌套于SPM8 (http://www.fil.ion.ac.uk/spm)內(nèi)的VBM8工具包對被試三維T1加權(quán)腦圖像進行常規(guī)的灰質(zhì)體積估計流程：1)將所有被試的結(jié)構(gòu)MRI圖像分割成灰質(zhì)、白質(zhì)和腦脊液。2)使用DARTEL算法對分割后的灰質(zhì)圖像建立基于組水平的模板。3)利用構(gòu)建的模板將所有灰質(zhì)圖像配準到蒙特利爾神經(jīng)研究所(Montreal Neurological Institute, MNI)標準人腦模板空間。4)將配準后的圖像進行調(diào)制得到灰質(zhì)體積圖像。5)使用半高全寬為 8毫米高斯核將配準后的灰質(zhì)圖像進行平滑。(3)最后對3組被試平滑后的灰質(zhì)MRI圖像進行組間單因素方差分析(進行高斯隨機場理論校正, 校正后p＜ 0.05) (Nichols, 2012), 進而對差異腦區(qū)通過兩兩比較進行事后檢驗分析(雙樣本t檢驗,p＜ 0.05)。

3 結(jié)果

較之對照組, 現(xiàn)代舞訓練組與弦樂訓練組均表現(xiàn)出灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的特異性改變(見表2)。其中現(xiàn)代舞訓練組的雙側(cè)丘腦、右側(cè)輔助運動皮層(SMA)與左側(cè)中央前回(M1)灰質(zhì)體積顯著低于對照組和弦樂訓練組; 其右側(cè)眶部額上回、右側(cè)殼核與左側(cè)小腦則顯著高于其他兩組(p＜ 0.05,t檢驗) (見圖1)。弦樂訓練組的右側(cè)額中回、右側(cè)顳上回與左側(cè)中央前回灰質(zhì)體積顯著大于對照組和現(xiàn)代舞訓練組(p＜ 0.05,t檢驗) (見圖 1)。

表2 現(xiàn)代舞訓練組、弦樂訓練組與對照組灰質(zhì)體積的組間比較

4 討論

VBM分析結(jié)果表明, 較之對照組現(xiàn)代舞訓練組與弦樂訓練組的灰質(zhì)體積存在特異性改變, 兩者灰質(zhì)體積改變的區(qū)域和方式存在差異?，F(xiàn)代舞訓練組的改變涉及左側(cè)小腦、雙側(cè)丘腦、右側(cè)殼核、右側(cè)輔助運動區(qū)等有關感覺運動控制的廣泛腦區(qū), 不同區(qū)域灰質(zhì)體積既有增加也有減小。弦樂訓練組的改變集中于聽?動?讀相關腦區(qū), 并統(tǒng)一表現(xiàn)為增加的灰質(zhì)體積。組間灰質(zhì)體積的特異性改變說明現(xiàn)代舞訓練與弦樂訓練對腦可塑性的不同影響。

4.1 現(xiàn)代舞訓練對腦灰質(zhì)體積的影響

圖1 現(xiàn)代舞訓練組、弦樂訓練組與對照組灰質(zhì)體積的組間比較

較之弦樂訓練組與對照組, 現(xiàn)代舞訓練組大腦灰質(zhì)體積變化區(qū)域更廣泛, 在這些區(qū)域中同時存在灰質(zhì)體積的增高與降低。該結(jié)果可能反映了全身性舞蹈動作訓練對腦的特異性影響。Brown等人(2006)利用正電子發(fā)射斷層成像(positron emission tomography, PET)技術(shù)觀察到舞者進行下肢舞步移動時的腦功能狀態(tài), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)小腦蚓部、右側(cè)殼核、腹側(cè)丘腦、內(nèi)側(cè)上小葉、輔助運動皮層(SMA)、初級運動皮層(M1)與前運動皮層區(qū)域的激活明顯。我們的結(jié)果基本屬于以上功能區(qū)內(nèi),從結(jié)構(gòu)上說明舞蹈訓練可能影響感覺運動網(wǎng)絡內(nèi)的廣泛腦區(qū)。另外, 現(xiàn)代舞訓練組灰質(zhì)體積的增減也可能體現(xiàn)某種結(jié)構(gòu)與功能的優(yōu)化。增高的灰質(zhì)體積往往意味著該區(qū)域的神經(jīng)元更多, 處理信息的效率更高, 對應的認知和行為功能更強大。大部分相關研究表明訓練水平往往與灰質(zhì)體積成正比(Maguire et al., 2000)。與此一致, 現(xiàn)代舞訓練組在動作控制相關腦區(qū)中表現(xiàn)出增高的灰質(zhì)體積：比如眶部額上回, 該區(qū)域與身體平衡維持相關(Taubert et al., 2010); 小腦下部, 該區(qū)域?qū)⒈倔w感覺信息與運動前庭功能相整合, 與平衡保持及姿勢維持高度相關(Kheradmand & Zee, 2011)?，F(xiàn)代舞訓練要求舞者不斷創(chuàng)造自發(fā)動作, 很多自發(fā)動作的組合可能是全新的, 因此需要大腦付出更多努力來進行各種動作和姿態(tài)的調(diào)控與保持, 進而導致以上兩個區(qū)域灰質(zhì)體積的增大。其次現(xiàn)代舞訓練組還表現(xiàn)出右側(cè)殼核灰質(zhì)體積的增高與雙側(cè)丘腦灰質(zhì)體積的降低。這一相反變化可能與殼核與丘腦在節(jié)奏運動中的功能有關。相關研究報道舞蹈家的右側(cè)殼核在節(jié)奏運動條件下激活明顯,而丘腦在非節(jié)奏復雜運動時有明顯激活(Brown et al., 2006)。我們前期的研究也發(fā)現(xiàn)舞蹈家的殼核與全腦的功能連接更顯著(Li et al., 2015)?，F(xiàn)代舞訓練強調(diào)動作性, 常常通過動作的力度變化來表現(xiàn)舞蹈情感, 而這種力度變化往往借助于動作節(jié)奏的改變而實現(xiàn)。因此, 在現(xiàn)代舞訓練中不僅需要舞者保持動作的節(jié)奏性, 還需要在不同節(jié)奏間進行動作切換。這必然需要殼核的高度參與而丘腦保持抑制, 因此可能導致這兩個區(qū)域相反的灰質(zhì)體積變化。進一步我們還發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代舞訓練組右側(cè)輔助運動皮層(SMA)與左側(cè)初級運動皮層(M1)的體積顯著減小。這兩個腦區(qū)在復雜運動控制和感覺運動表征方面扮演重要角色, 是參與舞蹈過程的重要腦區(qū)。關于芭蕾舞蹈家和體操運動員的相關研究均發(fā)現(xiàn)這兩個腦區(qū)的灰質(zhì)體積顯著降低(H?nggi et al., 2010; Huang, Lu, Song, & Wang,2015), 這可能體現(xiàn)了全身性運動技能訓練的特殊效應。綜上所述, 現(xiàn)代舞訓練所影響的灰質(zhì)結(jié)構(gòu)變化范圍更廣泛, 灰質(zhì)體積增高與降低的區(qū)域并存。同時這些變化都分布于皮層?基底節(jié)?丘腦?小腦神經(jīng)回路內(nèi)(該回路貫穿全腦, 與高級認知、運動調(diào)控高度相關) (Bostan, Dum, & Strick, 2013)。以上結(jié)果可能反映了現(xiàn)代舞獨有的訓練效應。相對于注重形式和規(guī)范的傳統(tǒng)舞蹈, 現(xiàn)代舞是一種更為自由和靈活的舞種, 強調(diào)創(chuàng)造性的自發(fā)動作,要求舞者容納和表現(xiàn)更為復雜和廣泛的內(nèi)外感受。這一特點可能需要腦在更大尺度上去加工和整合信息。因此我們推測現(xiàn)代舞訓練影響的可能是涉及全腦感覺運動功能協(xié)同的廣泛腦區(qū)。

4.2 弦樂訓練對腦灰質(zhì)體積的影響

較之對照組和現(xiàn)代舞訓練組, 弦樂訓練組灰質(zhì)體積的改變集中于與音樂技能直接相關的腦區(qū),且全部是增高。這一發(fā)現(xiàn)顯示弦樂訓練這種聽?動結(jié)合的精細運動對大腦的特異性影響。聽是音樂家的重要能力之一。我們的結(jié)果表明弦樂訓練組在右側(cè)聽皮層(顳上回)有顯著的體積增高。相關元分析研究顯示, 顳上回在音樂訓練中協(xié)調(diào)聽覺系統(tǒng)對錯誤的檢查, 負責對音樂旋律的解碼和音樂語義的記憶并參與音樂中的動?聽整合過程(周臨舒, 趙懷陽, 蔣存梅, 2017; Lahav, Saltzman, &Schlaug, 2007)。此外大腦聽皮層對音樂的處理具有某種程度的偏側(cè)性, 其中右側(cè)顳上回對音樂更為敏感(Hyde, Peretz, & Zatorre, 2008)。相關的結(jié)構(gòu)研究也發(fā)現(xiàn)音樂家顳上回的灰質(zhì)體積顯著增大,其體積與音樂訓練時間成正比(Groussard et al.,2014)。除了聽覺皮層的變化, 我們發(fā)現(xiàn)弦樂訓練組左側(cè)初級運動皮層(M1)的灰質(zhì)體積顯著增加。這個區(qū)域是所有運動執(zhí)行的核心區(qū)域, 類似的結(jié)果也出現(xiàn)在各類器樂演奏家的灰質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中(Bermudez et al., 2009; Han et al., 2009; Sluming et al., 2002)。進一步我們還發(fā)現(xiàn)弦樂訓練組右側(cè)額中回灰質(zhì)體積的增加。這個區(qū)域與工作記憶的處理與存儲相關(Jones, Adlam, Benattayallah, & Milton, 2017), 且與顳中回共同完成語義啟動(Laufer, Negishi, Lacadie,Papademetris, & Constable, 2011)。相關研究發(fā)現(xiàn)音樂家在這一部位的灰質(zhì)體積是增加的(Bermudez et al., 2009)。弦樂訓練需要受訓者識別樂譜符號并記憶樂譜, 這個過程會頻繁調(diào)用語義表征與工作記憶的腦區(qū), 可能促成該腦區(qū)灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的特異性改變。綜上所述, 弦樂訓練對皮層的影響可能更為集中, 其灰質(zhì)體積變化區(qū)域位于與訓練高度相關的聽覺、運動與語義加工皮層。這些區(qū)域表現(xiàn)出灰質(zhì)體積的一致增高。我們推測這種改變可能與弦樂訓練要求的高度精準性相關。相對于其他樂器訓練, 弦樂訓練需要更為細微精準的手指控制和穩(wěn)定的內(nèi)部音高知覺。受訓者需要通過頻繁的聽?動信息整合與反饋, 才能進行正確演奏。因此弦樂訓練可能導致與訓練技能直接相關的皮層發(fā)生改變。

4.3 本研究的有趣發(fā)現(xiàn)

4.3.1 初級運動皮層

初級運動皮層(M1)負責發(fā)出運動控制指令及對運動進行表征, 它參與所有動作的執(zhí)行, 是舞蹈與音樂訓練相關的重要腦區(qū)。有趣的是, 我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代舞訓練組和弦樂訓練組灰質(zhì)體積在左側(cè)M1出現(xiàn)了相反的改變趨勢?，F(xiàn)代舞訓練組較之對照組與弦樂訓練組灰質(zhì)體積顯著降低, 而弦樂訓練組則顯著增高?，F(xiàn)代舞訓練組 M1灰質(zhì)體積的減小可能是神經(jīng)修剪和優(yōu)化的結(jié)果。通過科學專業(yè)的動作訓練, 能讓相關腦區(qū)內(nèi)的神經(jīng)元去除冗余突觸, 增強局部回路內(nèi)部以及遠距離腦區(qū)間的連接, 從而建立更為高效的神經(jīng)連接模式(段旭君,2013)。這一神經(jīng)可塑性改變外化于行為就是自動化舞蹈動作的獲得, 每個舞蹈動作調(diào)用較少的神經(jīng)資源就可以完成。弦樂訓練組M1灰質(zhì)體積的增高則可能是弦樂高度特異性的技能所致。M1在手指或手部的有序運動時會被明顯激活(Shibasaki et al., 1993)。同時該區(qū)域?qū)\動頻率非常敏感, 它的激活程度隨著頻率的增加而增大(Turner, Grafton,Votaw, Delong, & Hoffman, 1998)。弦樂訓練是精細有序的手指運動, 要求給予高頻快速的動作反饋, 這種訓練方式可能會強烈地激活M1, 進而導致該區(qū)域灰質(zhì)體積的增大。

4.3.2 顳上回

Karpati等人(2016)發(fā)現(xiàn)舞蹈家與音樂家灰質(zhì)體積在這個區(qū)域有共同的增加, 并推測該結(jié)果與音樂舞蹈訓練所涉及的大量動?聽整合相關。我們的結(jié)果與他們相左, 僅在弦樂訓練組中發(fā)現(xiàn)灰質(zhì)體積的顯著增高, 而現(xiàn)代舞訓練組沒有顯著變化。其原因可能來自被試的差異。現(xiàn)代舞的典型特點是關注自發(fā)動作本身, 它并不高度依賴音樂線索, 甚至可以在無音樂的背景下進行。因此現(xiàn)代舞訓練組涉及的動?聽整合訓練并不突出, 顳上回的灰質(zhì)體積改變不顯著。而弦樂訓練則需要高度依賴聽覺信息來精確調(diào)控手指動作, 更有力地訓練了演奏者的動?聽整合功能, 因此導致顳上回灰質(zhì)體積的顯著增高。

5 結(jié)論

本研究采用基于體素的形態(tài)學分析方法, 比較現(xiàn)代舞訓練與弦樂訓練對腦灰質(zhì)體積的可塑性影響。結(jié)果表明, 兩種訓練都使腦灰質(zhì)體積發(fā)生特異性改變。其中現(xiàn)代舞訓練的影響區(qū)域更為廣泛, 分布于皮層?基底節(jié)?丘腦?小腦回路內(nèi), 其變化既有增加也有減小。這一結(jié)果說明現(xiàn)代舞訓練影響的可能是涉及復雜感覺運動整合的廣泛腦區(qū)。弦樂訓練影響的則是與訓練特性(動?聽)直接相關的腦區(qū)。通過比較研究, 我們的結(jié)果首次展示了現(xiàn)代舞訓練與弦樂訓練對腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)影響的差異, 揭示了舞蹈訓練對腦的特異性影響, 進而為舞蹈治療和音樂治療提供神經(jīng)學基礎。此外,我們的結(jié)果也提示后續(xù)有兩個問題需要進一步探索：其一, 長期舞蹈訓練對關鍵腦區(qū)的影響方式是怎樣的？我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代舞訓練組存在灰質(zhì)體積增高的區(qū)域, 如小腦與殼核, 而大部分相關研究報告舞蹈家或體操運動員的灰質(zhì)體積都是減小的。那么腦對舞蹈訓練的適應到底是協(xié)調(diào)各腦區(qū)皮層以增減互補的方式實現(xiàn)？還是以減小優(yōu)化的方式達成？其二, 如何理解舞蹈訓練與音樂訓練對皮層體積影響的相反趨勢? 我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代舞訓練組與弦樂訓練組均在 M1出現(xiàn)顯著的灰質(zhì)體積改變, 但這種改變趨勢卻是相反的。這一結(jié)果否說明皮層的體積增加直接與局部功能提升相關,而減小則可能提示是在一個系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生整體性優(yōu)化的結(jié)果。以上問題均需要進一步的實證研究進行闡釋。

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