摘 "要""節(jié)拍結(jié)構(gòu)作為音樂在時間維度的組織框架， 不僅是作曲家的創(chuàng)作基礎(chǔ)， 還是人們欣賞音樂美感、體驗音樂情緒以及理解音樂意義的前提。在預(yù)期編碼理論的框架下， 本文擬圍繞節(jié)拍結(jié)構(gòu)的預(yù)期與整合兩方面， 通過行為實驗和腦電技術(shù)， 探查音樂節(jié)拍結(jié)構(gòu)的認知神經(jīng)基礎(chǔ)。具體包括以下4個方面研究：（1）考察在節(jié)奏序列展開過程中， 聽者構(gòu)建節(jié)拍結(jié)構(gòu)心理表征從而建立預(yù)期的動態(tài)神經(jīng)響應(yīng); （2）考察聽者通過預(yù)期錯誤實現(xiàn)節(jié)拍結(jié)構(gòu)預(yù)期更新的神經(jīng)機制; （3）以樂句為結(jié)構(gòu)單元， 考察聽者在小時間尺度上整合多層級節(jié)拍結(jié)構(gòu)的認知神經(jīng)機制; （4）在樂段水平上， 考察聽者如何依據(jù)遠距離依存關(guān)系整合嵌套節(jié)拍結(jié)構(gòu)。以上研究將有利于揭示音樂結(jié)構(gòu)認知的一般機制， 為音樂認知神經(jīng)模型的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。同時， 相關(guān)研究結(jié)論還將為音樂鑒賞活動與音樂美學研究提供客觀依據(jù)， 在音樂學領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞""音樂認知， 文藝心理學， 神經(jīng)機制， 節(jié)拍結(jié)構(gòu)， 腦電圖

分類號""B842

1""問題提出

音樂是人類文化的結(jié)晶， 其多樣性和復(fù)雜性為人類社會所特有。與文學和繪畫等藝術(shù)形式不同， 音樂既不具有語言的語義性， 也不具有繪畫的具象性（蔣存梅， 2016）。作為一門聽覺的藝術(shù)， 音樂實質(zhì)上就是一組在時間中展開、具有結(jié)構(gòu)組織的聲音序列。任何一部音樂作品都是由長短各異的聲音和休止構(gòu)成， 這些聲音事件總是按照一定的強弱規(guī)律交替組合， 并以此為基礎(chǔ)重復(fù)發(fā)展。節(jié)拍結(jié)構(gòu)即指聲音序列中強拍和弱拍循環(huán)往復(fù)的組織形式， 它是音樂的時間框架（Vuust et al.， 2014）。作曲家通過節(jié)拍結(jié)構(gòu)， 把這些具有內(nèi)在音高關(guān)系的聲音元素組織成一個有機的整體， 以表達音樂的情緒和意義。

音樂的節(jié)拍結(jié)構(gòu)不僅為作曲家的創(chuàng)作提供框架， 還是人們欣賞音樂美感、體驗音樂情緒、參與社會性活動以及音樂治療的支持和保障。人們在聆聽音樂的過程中， 需要在聲音流中獲取其潛在的時間組織規(guī)則并形成節(jié)拍結(jié)構(gòu)， 進而理解音樂所傳遞的內(nèi)涵（歐陽玥， 戴志強， 2010; Nave-"Blodgett et al.， 2021）。進一步的研究表明， 在音樂聆聽的過程中， 與時間結(jié)構(gòu)的同步是情緒誘發(fā)的機制之一。當音樂響起時， 人們經(jīng)常會自發(fā)地產(chǎn)生隨著音樂起舞的沖動， 或者具有節(jié)奏性的拍手、跺腳等行為。在這種與音樂節(jié)拍同步的行為中， 心跳、呼吸、皮膚電、神經(jīng)遞質(zhì)等生理系統(tǒng)的指標發(fā)生改變， 同時聽者體驗到正性的情緒和愉悅的心理狀態(tài)（Juslin， 2013; Trost amp; Vuilleumier， 2013）。另外， 音樂在某些特定的場合中常常作為一種社交互動的媒介。當人們需要聚集在一起慶祝或哀悼時， 處于相同音樂背景中的個體更容易體驗同呼吸共命運的感覺， 音樂節(jié)拍誘發(fā)的同步使大腦前庭系統(tǒng)和邊緣系統(tǒng)產(chǎn)生更多連接， 獎賞系統(tǒng)的參與促使其建立更為深刻的社交關(guān)系（Trost et al.， 2007）?；诠?jié)拍同步的生理和心理機制， 節(jié)拍在一些特定的音樂治療方法中也發(fā)揮著重要的作用。例如， 旋律語調(diào)療法是針對非流暢性失語癥患者的一種有效且無創(chuàng)的治療手段， 其核心是借助與語言音韻相一致的旋律恢復(fù)言語產(chǎn)生能力。這種失語癥治療方法的關(guān)鍵在于節(jié)拍， 因此， 與音高相比， 時間方面的訓(xùn)練可能更為重要（孫麗君"等， 2017）。

那么， 人們?nèi)绾胃兄魳返墓?jié)拍結(jié)構(gòu)？其背后的認知神經(jīng)機制又是什么？音樂聆聽是大腦持續(xù)預(yù)期和整合的主動認知過程（Koelsch et al.， 2019）。在一個音樂事件出現(xiàn)之前， 聽者依據(jù)已經(jīng)輸入的聲音信息構(gòu)建聲音結(jié)構(gòu)的心理表征， 從而預(yù)期即將出現(xiàn)的音樂事件。在這個音樂事件出現(xiàn)之后， 聽者需要將其與先前的音樂背景整合聯(lián)系， 進一步更新心理表征從而更好地預(yù)期之后的音樂進行。在音樂的時間維度上， 對節(jié)拍結(jié)構(gòu)進行自上而下的預(yù)期和整合是音樂聆聽的核心過程。大量研究圍繞音樂的音高維度展開研究， 發(fā)現(xiàn)當和弦違反和聲結(jié)構(gòu)或和聲句法時， 會在大腦中誘發(fā)出早期右前負波（early right anterior negativity， ERAN）、N5以及P600等腦電成分， 分別反映了預(yù)期違反和結(jié)構(gòu)整合（Koelsch， 2012; Koelsch"et al.，"2000; Zendel"et al.， 2015）。然而， 音樂時間維度的加工較少受到研究者關(guān)注（江俊"等， 2014）， 其中涉及音樂節(jié)拍結(jié)構(gòu)的研究更是非常有限。同時， 由于音樂時間組織的復(fù)雜性， 節(jié)拍結(jié)構(gòu)成為音樂認知研究中的難點和薄弱環(huán)節(jié)， 沒有得到充分的研究。

綜上所述， 本文擬采用腦電技術(shù)， 在預(yù)期編碼理論的框架下研究大腦主動加工音樂節(jié)拍結(jié)構(gòu)的認知過程， 探討節(jié)拍結(jié)構(gòu)預(yù)期形成和更新的動態(tài)神經(jīng)響應(yīng)， 以及在樂句和樂段等大尺度音樂單元中整合節(jié)拍結(jié)構(gòu)的認知神經(jīng)機制。研究結(jié)果將深化人們對音樂時間結(jié)構(gòu)加工以及音樂認知過程的認識， 有助于理解人類復(fù)雜認知活動的一般機制， 為音樂鑒賞活動與音樂美學研究提供客觀依據(jù)， 在音樂領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

2""研究現(xiàn)狀與評述

2.1""音樂時間結(jié)構(gòu)加工的認知神經(jīng)機制

盡管音樂的時間維度比音高維度更為重要（江俊"等， 2014）， 然而， 縱觀已有文獻， 相對于音高研究對音樂時間維度的加工較少受到研究者的關(guān)注（Overy amp; Turner， 2009）。Jones （1976）提出的動態(tài)注意理論（Dynamic Attention Theory， DAT）將知覺領(lǐng)域的研究焦點置于時間維度。該理論強調(diào)內(nèi)部注意能量與外在時間序列同步變化的關(guān)系。當事件出現(xiàn)的時間節(jié)點具有規(guī)則性時， 人們通過注意資源分配獲得內(nèi)部計時知覺。在此基礎(chǔ)上， 研究者進一步提出神經(jīng)共振理論（Neural Resonance"Theory）， 解釋時間追蹤的腦神經(jīng)基礎(chǔ)（Large amp; Snyder， 2009）。該理論認為大腦中存在多種頻率的神經(jīng)振蕩活動， 它們分別與不同時間節(jié)律的外部事件形成鎖相反應(yīng)， 即神經(jīng)夾帶（neural entrainment）。由此可見， 無論注意能量還是神經(jīng)活動， 均通過內(nèi)外偶聯(lián)機制對具有規(guī)則性的時間信息進行編碼。由于音樂時間結(jié)構(gòu)具有高度的規(guī)則性（張巍， 2019）， 因此， 以上時間知覺相關(guān)的理論模型為探究音樂時間結(jié)構(gòu)提供了理論支撐。

在音樂時間知覺的實證研究中， 研究者主要圍繞時長分辨（Barnes amp; Jones， 2000; Rao"et al.， 2001）、節(jié)奏知覺（Geiser"et al.，"2009; Habibi"et al.， 2014）、拍子抽取（Grahn amp; Brett， 2007）等方面進行了探討。人們在聆聽時間序列時， 不僅能夠用手或腳跟隨拍子同步敲擊（Rankin"et al.， 2009; Van der Steen amp; Keller， 2013）， 還能對即將出現(xiàn)的拍子形成準確的預(yù)期（Geiser et al.， 2012; Repp amp; Su， 2013）。最近， 一些研究者運用腦電（Electroencephalogram，"EEG）和腦磁圖（Magnetoencephalography， MEG）等技術(shù)手段， 發(fā)現(xiàn)大腦中與拍子同步的神經(jīng)振蕩活動是拍子感知的神經(jīng)基礎(chǔ)（Arnal"et al.， 2014; Fujioka"et al.， 2012; Fujioka"et al.， 2015; Nozaradan"et al.， 2012）。然而， 拍子抽取僅是音樂時間結(jié)構(gòu)感知的基礎(chǔ)， 將拍子依據(jù)強弱規(guī)律組織成小節(jié)間循環(huán)的節(jié)拍結(jié)構(gòu)才是音樂時間結(jié)構(gòu)加工的關(guān)鍵。

目前為止， 直接探討節(jié)拍結(jié)構(gòu)的研究數(shù)量非常有限， 且主要圍繞節(jié)拍結(jié)構(gòu)的分辨與識別（Hannon"et al.， 2004; Liégeois-Chauvel"et al.， 1998）。雖然已有研究初步探討了節(jié)拍結(jié)構(gòu)加工的神經(jīng)基礎(chǔ)， 發(fā)現(xiàn)大腦右側(cè)額下回、額中回、中央前回與殼核等關(guān)鍵腦區(qū)參與了節(jié)拍結(jié)構(gòu)加工（Fujioka et al.，"2015; Li et al.， 2019; Thaut"et al.， 2014）， 但是研究所使用的實驗材料大多為簡單重復(fù)或等時間隔的節(jié)奏刺激， 導(dǎo)致結(jié)果難以推廣到真實的音樂聆聽中， 不足以揭示節(jié)拍結(jié)構(gòu)加工的本質(zhì)。

由于節(jié)拍結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性， 對節(jié)拍結(jié)構(gòu)認知機制的探討是音樂結(jié)構(gòu)加工中的薄弱環(huán)節(jié)?；诖耍?本文采用更具有生態(tài)效度的音樂材料， 系統(tǒng)考察聽者對節(jié)拍結(jié)構(gòu)的認知與神經(jīng)機制， 揭示音樂時間結(jié)構(gòu)加工的本質(zhì)， 更全面地了解音樂聆聽的認知神經(jīng)過程。

2.2""音樂節(jié)拍結(jié)構(gòu)的預(yù)期加工

近20年來， 越來越多的研究者認為音樂聆聽是大腦持續(xù)不斷地預(yù)期聲音、解釋聲音的認知迭代過程（Huron， 2008; Margulis， 2005; Pearce， 2018; Rohrmeier amp; Koelsch， 2012）， 其核心機制是依據(jù)聲音信號和長時記憶中存儲的音樂結(jié)構(gòu)組織規(guī)則， 構(gòu)建合適的心理表征來預(yù)期即將出現(xiàn)的事件， 通過將預(yù)期事件與實際發(fā)生的事件比對， 更新心理表征從而更好地預(yù)期下一個事件（Koelsch"et al.， 2019; Vuust et al.， 2022）。因此， 預(yù)期是音樂認知的重要階段， 這為探究音樂節(jié)拍結(jié)構(gòu)加工提供了很好的模型參照。

音樂中有限的音符和休止符能夠組合出無限的節(jié)奏模式（Lerdahl amp; Jackendoff， 1983）。面對如此復(fù)雜的表層節(jié)奏， 聽者需要逐步抽取出結(jié)構(gòu)骨架上重要的聲音事件， 并賦予其一定的強弱關(guān)系， 才能構(gòu)建節(jié)拍結(jié)構(gòu)的心理表征， 形成對未來事件的預(yù)期。已有研究表明， 在節(jié)奏序列的進行中聽者的注意能量峰值與強拍趨于吻合， 顯現(xiàn)出與節(jié)拍結(jié)構(gòu)的同步（Jones amp; Boltz， 1989; Large amp; Jones， 1999）。進一步的研究發(fā)現(xiàn)， 節(jié)奏序列會逐步誘發(fā)大腦神經(jīng)元周期性的神經(jīng)夾帶活動（Harding"et al.， 2019; Large amp; Snyder， 2009）， 而不同節(jié)律的時間信息可能依賴不同頻率的神經(jīng)振蕩活動（Doelling amp; Poeppel， 2015; Lakatos"et al.， 2019; Wu et al.， 2024）。那么， 在音樂展開中， 聽者如何循序漸進地形成節(jié)拍結(jié)構(gòu)的心理表征？不同頻率的神經(jīng)夾帶又是如何協(xié)同作用， 以支持聽者構(gòu)建不同類型的節(jié)拍結(jié)構(gòu)？目前， 尚未有研究探討節(jié)拍結(jié)構(gòu)預(yù)期形成的動態(tài)過程及相應(yīng)的神經(jīng)響應(yīng)。

節(jié)拍結(jié)構(gòu)的預(yù)期更新與預(yù)期錯誤緊密相關(guān)。經(jīng)典的預(yù)期編碼（Predictive Coding）理論提出了以預(yù)期機制為核心的大腦功能模型。為了處理連續(xù)的信息流， 大腦會持續(xù)生成不同層級的預(yù)期， 將高層級的預(yù)期與較低層級的信息輸入進行比較， 若預(yù)期與輸入之間出現(xiàn)不匹配， 即產(chǎn)生了預(yù)期錯誤。預(yù)期錯誤促使大腦整合輸入信息， 更新原有心理表征， 實現(xiàn)預(yù)期錯誤最小化。預(yù)期的可預(yù)測性越強， 賦予預(yù)期錯誤的權(quán)重越大， 大腦越傾向于向上反饋預(yù)期錯誤， 進而更新預(yù)期（Friston amp; Kiebel， 2009）。在這個理論框架下， 研究者進一步提出音樂的預(yù)期理論（Koelsch et al.， 2019）， 強調(diào)音樂聆聽是人們將預(yù)期事件與真實事件反復(fù)比較并實時更新預(yù)期的過程。據(jù)此， 我們推測節(jié)拍結(jié)構(gòu)預(yù)期更新的主要推動力是預(yù)期錯誤， 且受到可預(yù)測性的影響。

語言學的相關(guān)研究已對預(yù)期編碼理論進行驗證， 成功分離出預(yù)期形成和預(yù)期更新兩個加工階段及其對應(yīng)的神經(jīng)基礎(chǔ)（Kuperberg"et al.， 2020; Li et al.， 2017）。在音樂領(lǐng)域， 盡管已有研究通過結(jié)構(gòu)違反范式對音樂預(yù)期進行了大量探索（Koelsch"et al.， 2000; Sun"et al.， 2018; Sun， Thompson"et al.， 2020; You et al.， 2021）， 但是均忽略了預(yù)期的形成階段及其對預(yù)期更新的調(diào)節(jié)作用（張晶晶"等， 2020）。在音樂聆聽中， 聽者是否依據(jù)節(jié)拍結(jié)構(gòu)表征提前建立預(yù)期從而預(yù)先激活目標刺激？預(yù)期形成與預(yù)期更新又是如何相互作用從而支持大腦對節(jié)拍結(jié)構(gòu)的預(yù)期加工？以上問題仍有待進一步探究。

綜上所述， 本文擬從預(yù)期形成和預(yù)期更新兩個方面， 分別考察聽者構(gòu)建節(jié)拍結(jié)構(gòu)心理表征的動態(tài)神經(jīng)響應(yīng)， 以及如何通過預(yù)期錯誤實現(xiàn)預(yù)期更新， 深入探究節(jié)拍結(jié)構(gòu)的預(yù)期加工機制， 為構(gòu)建音樂結(jié)構(gòu)加工的認知神經(jīng)模型提供實證依據(jù)。

2.3""音樂節(jié)拍結(jié)構(gòu)的整合加工

音樂與自然環(huán)境聲音的重要區(qū)別在于其具有復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)。音樂事件在時間的展開中以層級的方式形成具有邏輯關(guān)系的“樹形結(jié)構(gòu)” （Fitch， 2013; Lerdahl amp; Jackendoff， 1983）。對音樂層級性結(jié)構(gòu)的知覺不僅制約著人們對節(jié)拍結(jié)構(gòu)的加工， 也是音樂情緒體驗和意義理解的關(guān)鍵（You et al.， 2023）。

就音樂的節(jié)拍結(jié)構(gòu)來說， 聲音元素既需要依賴近距離依存關(guān)系（short-distance dependency）進行局部整合， 同時還要考慮遠距離依存關(guān)系（long-distance dependency）完成整體的整合加工。前者指在較小時間尺度上（如， 樂句之內(nèi)）， 相鄰元素之間的依賴關(guān)系; 后者指在較大的時間尺度上（如， 多樂句或樂段）， 需要跨越層級（嵌套）的局部結(jié)構(gòu)才能架構(gòu)的邏輯關(guān)系（Phillips"et al.， 2005）。最近的研究發(fā)現(xiàn)， 小時間尺度的信息加工主要依賴視覺或聽覺皮層等單模塊腦區(qū)， 而大時間尺度則更多地依賴默認網(wǎng)絡(luò)等跨模塊區(qū)域（Wolff et al.， 2022）。基于人類神經(jīng)系統(tǒng)對不同時間尺度信息的差異化加工， 我們認為節(jié)拍結(jié)構(gòu)在樂句與樂段的單元組織中具有不同的加工模式。

已有部分研究考察了樂句內(nèi)部節(jié)拍層級結(jié)構(gòu)的認知加工機制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 節(jié)拍結(jié)構(gòu)違反會誘發(fā)更大的ERAN、N5和P600等腦電成分， 反映了早期的自動化探測和晚期的整合加工（Sun et al.， 2018; Sun， Thompson et al.， 2020）。在實際的音樂作曲和演奏中， 節(jié)拍結(jié)構(gòu)的組織復(fù)雜且豐富， 在小節(jié)、拍子、八分音符甚至更多的時值層面形成多水平的層級結(jié)構(gòu)（Lerdahl amp; Jackendoff， 1983）。但是以上研究尚未考慮小節(jié)水平之外的其他層級對節(jié)拍結(jié)構(gòu)加工的影響。依據(jù)聯(lián)合層級控制理論（Coordinated Hierarchical Control， CHC）， 大腦需要調(diào)動不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來處理各種層級水平的認知加工（Asano"et al.， 2021）。那么， 低層級、中層級與高層級的節(jié)拍結(jié)構(gòu)是否會誘發(fā)不同的大腦響應(yīng)與加工模式？聽者能否以及如何整合多種層級水平的音樂節(jié)拍結(jié)構(gòu)， 尚無研究涉及。

人們?nèi)粘５囊魳沸蕾p活動通常是大時間尺度的音樂單元， 包含更多遠距離依存關(guān)系。樂段中的嵌套結(jié)構(gòu)以遠距離依存關(guān)系為核心， 既是音樂邏輯性的體現(xiàn)， 更是高水平音樂理解所必需的。然而， 目前尚沒有研究探討聽者如何整合嵌套節(jié)拍結(jié)構(gòu)。在音高維度， 研究者通過操縱樂段開始或中間部分的和聲功能， 對嵌套和聲結(jié)構(gòu)進行了充分的研究， 為聽者進行遠距離音樂事件整合的心理現(xiàn)實性提供了實證依據(jù)（Koelsch"et al.， 2013; Ma"et al.，"2018; Sun， Feng et al.， 2020; Zhou"et al.， 2019）。嵌套和聲結(jié)構(gòu)的研究方法和結(jié)論， 對探究長時程單元中節(jié)拍結(jié)構(gòu)的整合具有重要的參考和借鑒價值。因此， 探討聽者如何依據(jù)遠距離依存關(guān)系加工嵌套節(jié)拍結(jié)構(gòu)既是必要的， 也是有堅實基礎(chǔ)的。

本文擬在樂句和樂段兩個時間尺度上， 分別考察節(jié)拍結(jié)構(gòu)的多層級整合加工機制， 以及如何依據(jù)遠距離依存關(guān)系在更大的時間單元中整合嵌套節(jié)拍結(jié)構(gòu)。

3""研究構(gòu)想

本研究將預(yù)期編碼理論與音樂節(jié)拍加工結(jié)合， 在預(yù)期誤差框架下探究音樂結(jié)構(gòu)信息如何在時間維度上整合更新。依據(jù)已有信息形成具有結(jié)構(gòu)的內(nèi)部表征是感知音樂節(jié)拍結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和先決條件， 一旦形成結(jié)構(gòu)表征， 聽者即處于對即將發(fā)生的音樂事件進行預(yù)期的狀態(tài)。音樂事件出現(xiàn)之后， 聽者判斷是否符合預(yù)期， 將其整合到已有的音樂背景中， 并依據(jù)預(yù)期符合或違反的情況調(diào)整結(jié)構(gòu)表征， 從而更好地預(yù)期。因此， 預(yù)期和整合是大腦對節(jié)拍結(jié)構(gòu)加工的兩個必不可少的重要階段， 二者缺一不可， 并互相影響， 反映了大腦對節(jié)拍結(jié)構(gòu)自主加工的迭代過程。

本文圍繞預(yù)期和整合兩個重要的認知階段， 探討音樂節(jié)拍結(jié)構(gòu)加工的認知與神經(jīng)機制。重點解決兩個問題：（1）節(jié)拍結(jié)構(gòu)的預(yù)期加工; （2）節(jié)拍結(jié)構(gòu)的整合加工。研究框架如圖1所示， 由兩個模塊（4個研究）組成。模塊一聚焦節(jié)拍結(jié)構(gòu)的預(yù)期加工， 從預(yù)期產(chǎn)生和更新兩個方面， 分別考察聽者依據(jù)持續(xù)性信息輸入構(gòu)建節(jié)拍結(jié)構(gòu)心理表征的動態(tài)過程（研究1）， 以及如何通過預(yù)期錯誤實現(xiàn)預(yù)期更新的神經(jīng)機制（研究2）; 模塊二聚焦節(jié)拍結(jié)構(gòu)的整合加工， 在樂句和樂段兩個水平上， 分別考察聽者對節(jié)拍結(jié)構(gòu)多層級水平的整合加工（研究3）， 以及如何依據(jù)遠距離依存關(guān)系， 在更大的時間單元中整合嵌套的節(jié)拍結(jié)構(gòu)（研究4）。

3.1""節(jié)拍結(jié)構(gòu)心理表征構(gòu)建的動態(tài)過程

研究1在動態(tài)注意理論的框架下， 探討聽者在節(jié)奏序列展開過程中實時的神經(jīng)響應(yīng)， 揭示聽者構(gòu)建節(jié)拍結(jié)構(gòu)心理表征的動態(tài)過程。實驗刺激來源于真實音樂作品。首先， 選取2/4拍、3/4拍、4/4拍、3/8拍、6/8拍五種常見節(jié)拍結(jié)構(gòu)的音樂材料; 然后， 抽取其中4個小節(jié)， 剔除所有音高信息， 形成音高固定的節(jié)奏序列; 最后， 通過Sibelius軟件打譜并導(dǎo)出音頻文件。依據(jù)調(diào)性音樂生成理論（Lerdahl amp; Jackendoff， 1983）， 每種節(jié)拍類型具有特定的節(jié)拍結(jié)構(gòu)和強弱關(guān)系。例如， 2/4拍結(jié)構(gòu)較簡單， 每小節(jié)包含強、弱兩個拍子; 而6/8拍結(jié)構(gòu)較復(fù)雜， 每小節(jié)包含強、弱、弱、次強、弱、弱6個拍子。

本研究的分析思路包括：（1）全局能量譜（global field power， GFP）計算每一個時間點上所有頭皮電極的標準差， 它是不依賴于參考電極的分析方法（Jia， 2019）， 能夠揭示腦電響應(yīng)的動態(tài)變化過程（Sun， Hu， et al.， 2020）。為了探究節(jié)拍結(jié)構(gòu)心理表征構(gòu)建的動態(tài)過程， 通過GFP對腦電信號進行整體分析， 明確節(jié)拍結(jié)構(gòu)心理表征構(gòu)建的動

態(tài)性和變化趨勢。（2）試次相干性（intertrial coherence， ITC）通過計算各個頻率上試次之間的相位一致性來量化神經(jīng)夾帶（Delorme amp; Makeig 2004）。基于神經(jīng)夾帶與節(jié)拍感知的關(guān)聯(lián)性， 本研究通過頻譜標記方法， 用ITC來量化神經(jīng)夾帶響應(yīng)， 挖掘神經(jīng)夾帶和不同頻率神經(jīng)夾帶的協(xié)同響應(yīng)， 揭示客觀音響刺激與神經(jīng)反應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系， 闡明節(jié)拍結(jié)構(gòu)心理表征構(gòu)建的神經(jīng)特征。（3）比較5種常見節(jié)拍結(jié)構(gòu)的神經(jīng)差異化響應(yīng)， 揭示節(jié)拍類型對節(jié)拍結(jié)構(gòu)心理表征構(gòu)建的影響及其神經(jīng)機制。

對本研究結(jié)果的預(yù)期如下：

假設(shè)1：依據(jù)動態(tài)注意理論（Jones， 1976）， 節(jié)拍結(jié)構(gòu)心理表征的構(gòu)建過程是動態(tài)的， 隨著節(jié)奏序列的展開， 聽者大腦皮層逐步誘發(fā)趨于規(guī)律性的整體場電位與頻譜能量分布。

假設(shè)2：結(jié)合已有研究結(jié)果（Doelling amp; Poeppel，"2015; Nozaradan et al.， 2018）， 節(jié)拍結(jié)構(gòu)表征的神經(jīng)機制在于神經(jīng)夾帶和不同頻率夾帶之間的協(xié)同作用。

假設(shè)3：不同節(jié)拍類型誘發(fā)的神經(jīng)夾帶響應(yīng)之間具有差異， 分別與各自節(jié)拍頻率一致。

3.2""節(jié)拍結(jié)構(gòu)預(yù)期更新的神經(jīng)機制

研究2采用結(jié)構(gòu)違反范式， 考察聽者對目標音樂事件預(yù)期錯誤所誘發(fā)的神經(jīng)響應(yīng)， 揭示節(jié)拍結(jié)構(gòu)預(yù)期更新的認知神經(jīng)機制。實驗刺激為自創(chuàng)的節(jié)奏序列， 所有音符采用固定的音高頻率， 長度為6個小節(jié)。實驗采用2 （可預(yù)測性： 高vs. 低） ×"2 （預(yù)期準確性： 正確"vs. 錯誤）的兩因素重復(fù)測量實驗設(shè)計， 同時操縱關(guān)鍵音樂事件的可預(yù)測性和預(yù)期準確性， 形成4種實驗條件。當節(jié)拍結(jié)構(gòu)非常明確時， 目標事件的可預(yù)測性高， 當音樂背景中出現(xiàn)節(jié)拍結(jié)構(gòu)強弱規(guī)律的局部改變時， 目標事件的可預(yù)測性降低; 當關(guān)鍵音樂事件處于強拍位置時， 預(yù)期正確， 當通過延音線使之處于弱拍位置時， 預(yù)期錯誤。

本研究的分析思路包括：（1）本研究中包含關(guān)鍵和弦， 因此， 首先采用事件相關(guān)電位（event-"related potential， ERP）技術(shù)手段分離預(yù)期形成階段和預(yù)期更新階段， 以目標刺激作為關(guān)鍵時間點， 分別截取出現(xiàn)前和出現(xiàn)后的時間段分析， 通過事件相關(guān)的時頻域腦電響應(yīng)探究兩個階段的相互作用/制約關(guān)系， 闡釋前者對后者的調(diào)節(jié)作用， 深入揭示節(jié)拍結(jié)構(gòu)預(yù)期更新背后復(fù)雜的認知神經(jīng)機制。（2）相?幅耦合（phase-amplitude coupling， PAC）是探究神經(jīng)振蕩通過與外界節(jié)律同步化參與知覺加工的重要神經(jīng)指標之一（張雪"等， 2016）， 特指低頻神經(jīng)振蕩的相位與高頻成分的幅度之間存在特定的共變關(guān)系， 反映了大腦神經(jīng)活動在不同時間尺度上的組織（Jensen amp; Colgin， 2007; Lakatos et al.， 2005）。考慮到節(jié)拍結(jié)構(gòu)的抽取和表征過程需要多尺度神經(jīng)元振蕩的協(xié)調(diào)和功能整合， 因此， 在目標音樂事件出現(xiàn)前的階段， 以PAC量化delta-beta的跨頻率耦合， 探討聽者在不同音樂背景中形成預(yù)期的大腦響應(yīng)， 揭示可預(yù)測性對節(jié)拍結(jié)構(gòu)預(yù)期的影響。

對本研究結(jié)果的預(yù)期如下：

假設(shè)1：依據(jù)預(yù)期編碼理論（Friston"amp; Kiebel， 2009）， 在預(yù)期更新階段， 預(yù)期準確性的主效應(yīng)顯著， 預(yù)期錯誤會誘發(fā)更大的ERAN效應(yīng)、P600效應(yīng)和beta頻段頻譜功率的增加， 分別反映聽者對節(jié)拍結(jié)構(gòu)預(yù)期錯誤的探測、整合和更新。

假設(shè)2：以往研究發(fā)現(xiàn)， 在聽覺目標刺激出現(xiàn)之前， delta與beta頻段的耦合關(guān)系有助于提升預(yù)測的準確性（Arnal et al.， 2014）。依此， 在本研究中的預(yù)期形成階段， 可預(yù)測性的主效應(yīng)顯著， 在高可預(yù)測性條件下誘發(fā)具有更高耦合關(guān)系的delta與beta神經(jīng)振蕩活動。

假設(shè)3：可預(yù)測性與預(yù)期準確性存在交互作用， 主要體現(xiàn)在預(yù)期更新階段P600波幅以及beta頻段的能量變化（Li et al.， 2017）， 支持可預(yù)測性對節(jié)拍結(jié)構(gòu)預(yù)期更新具有調(diào)節(jié)作用的研究假設(shè)。

3.3""樂句中多層級節(jié)拍結(jié)構(gòu)的整合加工

研究3以樂句為結(jié)構(gòu)單元， 操縱樂句結(jié)束事件的節(jié)拍位置， 探討人們?nèi)绾卧谳^小的時間尺度上整合節(jié)拍結(jié)構(gòu)， 揭示聽者依據(jù)相鄰元素之間的依賴關(guān)系加工多層級節(jié)拍結(jié)構(gòu)的機制。音樂材料為包含"6個小節(jié)的2/4拍的樂句， 所有音符采用固定的音高頻率。每個節(jié)奏序列均由二分音符、四分音符和八分音符等多種時值的音符構(gòu)成， 具有多層級的組織方式。本研究采用單因素3水平（層級水平： 高層級"vs. 中層級vs. 低層級）的重復(fù)測量實驗設(shè)計。實驗操縱樂句結(jié)束事件的節(jié)拍位置， 使之分別處于小節(jié)水平、四分音符水平以及八分音符水平的不同層級上， 形成高層級、中層級與低層級三種條件。高層級的結(jié)束音最穩(wěn)定， 能夠給樂句帶來最好的完成感， 樂句整合難度最低， 中層級次之， 低層級結(jié)束音則最不穩(wěn)定， 樂句整合最為困難。為了避免中層級和低層級條件中結(jié)束事件前休止符的新異性， 同時為了提示樂句即將結(jié)束， 所有節(jié)奏序列的倒數(shù)第二小節(jié)均為休止符。實驗任務(wù)要求被試在聽完每個節(jié)奏序列之后， 在5點量表上判斷整個樂句的完成感。

本研究的分析思路包括：（1）以末尾事件作為關(guān)鍵時間點進行ERP分析， 探究聽者在小節(jié)、拍子、八分音符三個層級水平上整合節(jié)拍結(jié)構(gòu)所誘發(fā)的電生理反應(yīng)， 揭示節(jié)拍結(jié)構(gòu)加工的多層級性。（2）將ERP成分與行為結(jié)果做相關(guān)分析， 探究樂句完成感的神經(jīng)指標。（3）為了驗證聯(lián)合層級控制理論提出的層級性加工與活動腦區(qū)之間的關(guān)聯(lián)性， 借助溯源定位和腦功能連通性分析， 考察聽者整合多層級節(jié)拍結(jié)構(gòu)所激活的腦區(qū)， 揭示大腦在處理不同層級的節(jié)拍結(jié)構(gòu)時調(diào)用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

對本研究結(jié)果的預(yù)期如下：

假設(shè)1：不同層級水平的樂句結(jié)束音所誘發(fā)的大腦響應(yīng)具有差異， 高層級比中層級、中層級比低層級誘發(fā)更高的完成感、更小的P600或N5效應(yīng)， 支持節(jié)拍結(jié)構(gòu)多層級整合加工的研究假設(shè)。如果不支持研究假設(shè)， 條件間不會出現(xiàn)梯度變化。

假設(shè)2：基于聯(lián)合層級控制理論（Asano et al.， 2021）， 高層級音樂事件的激活腦區(qū)比低層級更靠前， 前額葉腦區(qū)與頂葉腦區(qū)之間具有更高的連接強度。

假設(shè)3：與和聲的整合加工過程類似， 聽者對不同層級水平節(jié)拍結(jié)構(gòu)的整合均存在早期探測與晚期整合的雙階段加工特征， 分別體現(xiàn)在早期ERAN和晚期N5或P600（Sun et al.， 2018）。

3.4""樂段中嵌套節(jié)拍結(jié)構(gòu)的整合加工

研究4采用來自真實音樂作品中的樂段材料， 考察在自然聆聽狀態(tài)下由嵌套節(jié)拍結(jié)構(gòu)所誘發(fā)的神經(jīng)響應(yīng)， 揭示在大時間尺度中節(jié)拍結(jié)構(gòu)整合的認知過程和神經(jīng)機制。實驗刺激來源于2/4拍的真實音樂作品， 抽取長度為8個小節(jié)且包含兩個樂句的音樂片段， 剔除所有音高信息， 形成音高頻率固定的節(jié)奏序列。本研究采用2 （層級結(jié)構(gòu)： 非嵌套"vs. 嵌套） × 2 （依存距離： 長"vs. 短）的兩因素重復(fù)測量實驗設(shè)計。借鑒和聲結(jié)構(gòu)遠距離整合的研究范式（Koelsch et al.， 2013; Zhou et al.， 2019）， 實驗通過操縱第三和第四小節(jié)的節(jié)拍結(jié)構(gòu)類型， 改變兩個樂句之間的結(jié)構(gòu)層級關(guān)系， 形成非嵌套節(jié)拍結(jié)構(gòu)與嵌套節(jié)拍結(jié)構(gòu)兩種條件。同時， 通過擴展第三小節(jié)和第四小節(jié)的節(jié)奏序列改變樂句長度， 探討依存距離對節(jié)拍結(jié)構(gòu)加工的影響效應(yīng)。為了盡可能獲得自然聆聽狀態(tài)， 要求被試做偏差音色判斷的無關(guān)任務(wù)， 包含偏差音色的試次不計入統(tǒng)計分析。

本研究的分析思路包括：（1）以末尾樂句的開始作為關(guān)鍵時間點， 對比節(jié)拍結(jié)構(gòu)整合中長距離與短距離加工， 揭示工作記憶在長時程音樂單元加工中的作用。（2）探究節(jié)拍結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)層級和依存距離加工的共享/分離的認知機制， 揭示聽者如何在復(fù)雜的音樂組織中加工節(jié)拍結(jié)構(gòu)、理解音樂意義。（3）對比嵌套節(jié)拍結(jié)構(gòu)與嵌套和聲結(jié)構(gòu)加工的差異， 揭示神經(jīng)系統(tǒng)加工大時間尺度信息的一般機制。

對本研究結(jié)果的預(yù)期如下：

假設(shè)1：嵌套結(jié)構(gòu)比非嵌套結(jié)構(gòu)誘發(fā)更大的N5成分和beta頻段的神經(jīng)振蕩能量（Koelsch et al.， 2013; Ma et al.， 2018）， 表明聽者能夠?qū)?jié)拍結(jié)構(gòu)進行遠距離整合加工， 具有加工嵌套節(jié)拍結(jié)構(gòu)的心理現(xiàn)實性。

假設(shè)2：依存距離對節(jié)拍結(jié)構(gòu)加工的影響主要體現(xiàn)在工作記憶負荷， 與嵌套結(jié)構(gòu)的加工機制分離。

假設(shè)3：嵌套節(jié)拍結(jié)構(gòu)與嵌套和聲結(jié)構(gòu)的加工具有相似的神經(jīng)反應(yīng)模式， 反映了遠距離依存關(guān)系對結(jié)構(gòu)抽取的高水平需求。

4""理論建構(gòu)

音樂在時間結(jié)構(gòu)中流淌和發(fā)展， 節(jié)拍結(jié)構(gòu)的認知加工是理解音樂意義的一個核心過程。本文聚焦音樂的時間維度， 從認知神經(jīng)科學的視角， 圍繞節(jié)拍結(jié)構(gòu)的預(yù)期加工與整合加工兩方面， 研究節(jié)拍結(jié)構(gòu)預(yù)期形成和更新的動態(tài)神經(jīng)機制， 研究具有復(fù)雜層級和遠距離依存關(guān)系的節(jié)拍結(jié)構(gòu)整合的認知神經(jīng)機制。本文拓展了預(yù)期編碼理論在音樂認知領(lǐng)域的研究范疇和內(nèi)容， 為今后構(gòu)建音樂認知神經(jīng)模型奠定基礎(chǔ)， 具體體現(xiàn)在以下幾點：

第一， 音樂聆聽是大腦對聲音進行主動認知的過程， 提前預(yù)期即將出現(xiàn)的音樂事件是音樂理解的重要環(huán)節(jié)。如何實現(xiàn)預(yù)期？首先需要根據(jù)已有的音樂信息， 在大腦中構(gòu)建一個具有結(jié)構(gòu)的心理表征， 然后才能根據(jù)結(jié)構(gòu)特征在其框架內(nèi)， 預(yù)期下一個音樂事件。在構(gòu)建節(jié)拍結(jié)構(gòu)的心理表征方面， 動態(tài)注意理論雖然指明了時間結(jié)構(gòu)加工的動態(tài)性特征， 但不能識別節(jié)拍結(jié)構(gòu)建構(gòu)的過程， 也不能區(qū)分音樂中各種節(jié)拍結(jié)構(gòu)構(gòu)建的差異（Jones， 1976）。本文運用具有高時間分辨率的EEG技術(shù)手段， 考察大腦追蹤節(jié)拍結(jié)構(gòu)的實時響應(yīng)， 揭示人們?nèi)绾卧谝魳返恼归_中逐步構(gòu)建節(jié)拍結(jié)構(gòu)心理表征及其關(guān)鍵神經(jīng)指標。同時， 厘清不同類型節(jié)拍結(jié)構(gòu)誘發(fā)的神經(jīng)反應(yīng)， 闡明人們對音樂中常見節(jié)拍結(jié)構(gòu)形成預(yù)期的動態(tài)過程及其相應(yīng)的神經(jīng)機制。在節(jié)拍結(jié)構(gòu)的預(yù)期方面， 目前相關(guān)研究主要通過操縱某一個音樂事件與音樂背景的吻合性， 分析在該音樂事件出現(xiàn)之后所誘發(fā)的與預(yù)期相關(guān)的神經(jīng)響應(yīng)， 從而間接證實音樂預(yù)期的存在（Geiser"et al.， 2010; Vuust et al.， 2005， 2009）。本文基于預(yù)期編碼理論（Friston amp; Kiebel， 2009）， 通過聚焦音樂事件出現(xiàn)之前的預(yù)期階段， 分析音樂事件出現(xiàn)之前的腦響應(yīng)， 為預(yù)期形成的預(yù)激活階段提供直接的神經(jīng)證據(jù)。同時， 分離預(yù)期形成與預(yù)期更新兩個階段， 考察預(yù)期錯誤對節(jié)拍結(jié)構(gòu)預(yù)期更新的作用， 探究前者對后者的調(diào)節(jié)作用， 揭示節(jié)拍結(jié)構(gòu)預(yù)期更新背后的神經(jīng)機制。

第二， 依據(jù)調(diào)性音樂生成理論， 層級性組織是音樂邏輯性的集中體現(xiàn)， 是制約音樂意義理解的關(guān)鍵（Lerdahl amp; Jackendoff， 1983）。節(jié)拍結(jié)構(gòu)本身就具有復(fù)雜的層級性， 并直接影響音符的穩(wěn)定性， 推動音樂發(fā)展， 給音樂帶來動力性。音樂中分割音符時值最常見的法則是二分法， 即按照二分之一的關(guān)系分裂出更短的時值長度， 每一個時值的音符具有相同的層級水平， 不同層級水平的音符組合在一起， 交織成復(fù)雜的層級網(wǎng)絡(luò)。尤其是在復(fù)拍子、混合拍子等復(fù)雜的節(jié)拍類型中， 節(jié)拍結(jié)構(gòu)層級的多樣性和復(fù)雜性尤為凸顯。本文探究聽者如何在復(fù)雜層級關(guān)系中整合節(jié)拍結(jié)構(gòu)， 對聯(lián)合層級控制理論（Asano et al.， 2021）進行拓展， 揭示大腦如何調(diào)動不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來加工節(jié)拍結(jié)構(gòu)中的各種層級水平。另外， 節(jié)拍結(jié)構(gòu)處于具有層級結(jié)構(gòu)的音樂組織中， 因此， 探究節(jié)拍結(jié)構(gòu)在不同時間尺度單元中的整合加工是必要的。以往研究主要探討小節(jié)或者樂句水平上簡單的節(jié)拍結(jié)構(gòu)加工（Sun et al.， 2018; Sun， Thompson， et al.， 2020）， 研究結(jié)果不能推廣到多樂句或樂段的長時程音樂結(jié)構(gòu)單元。在長時程音樂結(jié)構(gòu)單元中， 聽者需要同時依據(jù)近距離和遠距離的依存關(guān)系整合具有嵌套關(guān)系的音樂事件， 是對工作記憶和音樂結(jié)構(gòu)知識的雙重考量。在真實的音樂聆聽體驗中， 遠距離整合加工的重要性不言而喻， 但當前研究僅關(guān)注了音高維度中和聲結(jié)構(gòu)（Koelsch et al.， 2013; Ma et al.， 2018）。本文探究在樂段水平上， 聽者如何依據(jù)遠距離依存關(guān)系整合長時程音樂單元中的嵌套節(jié)拍結(jié)構(gòu)， 揭示復(fù)雜音樂組織中節(jié)拍結(jié)構(gòu)的加工機制。

第三， 本文通過音樂材料的設(shè)計， 不僅能夠控制心理聲學因素的干擾， 而且更具有生態(tài)效度。以往研究通常截取現(xiàn)成的音樂片段（Doelling amp; Poeppel， 2015）， 或者采用等時間隔的簡單節(jié)奏序列（Fujioka et al.， 2012， 2015; Li et al.， 2019）。前者混淆了節(jié)拍結(jié)構(gòu)之外的音高、力度等影響因素， 后者雖然能夠排除聲學因素的干擾， 但是其枯燥和不真實性， 不符合真實的音樂聆聽體驗， 不適用于探究真實音樂加工。本文的音樂材料改編自音樂作品， 根據(jù)實驗設(shè)計進行嚴格的操縱和控制， 既包含豐富的時間信息， 接近真實音樂的組織形式， 又能夠排除無關(guān)變量的干擾， 因而提高了研究結(jié)果的可靠性和推廣性。

綜上所述， 在預(yù)期編碼理論的框架下， 本文圍繞節(jié)拍結(jié)構(gòu)預(yù)期和整合兩個加工過程展開， 4個研究構(gòu)成一個有機整體、共同回答音樂節(jié)拍結(jié)構(gòu)認知機制的科學問題。成熟的理論基礎(chǔ)確保了研究的可行性; 實驗材料改編自真實音樂作品， 但是經(jīng)過了嚴格的操縱和控制， 這保證了研究結(jié)果的內(nèi)部效度和生態(tài)效度; EEG能夠精細地捕捉大腦對音樂展開中每個音符變化的實時響應(yīng)， 在探究音樂節(jié)拍結(jié)構(gòu)加工腦機制及其動態(tài)進程中采用該方法是可行而必要的。本文不僅有助于揭示音樂結(jié)構(gòu)認知的本質(zhì)， 為音樂認知神經(jīng)模型的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)， 同時， 還將為音樂鑒賞活動與音樂美學研究提供客觀依據(jù)， 在音樂領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

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The cognitive and neural mechanisms of metric structure in music： A predictive perspective

SUN Lijun¹， YANG Yufang^2，3

（¹"College of Arts， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 211106， China）（²"CAS Key Laboratory of Behavioral Science， Institute of Psychology， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100101， China）"（³"Department of Psychology， University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100101， China）

Abstract： Metric structure is the temporal framework of music. It is not only the basis for composers to create music， but also the prerequisite for people to process musical aesthetics， musical emotion and musical meaning. Hence， within the predictive coding framework， the proposed project explores the cognitive and neural mechanisms underlying the prediction and integration of metric structure， using behavioral experiments and electroencephalogram techniques. Specifically， it includes the following four studies： （1） track the dynamic neural activity during the representation construction of metric structure and the prediction establishment as rhythmic sequences unfold， （2） explore how listeners use prediction errors to update the prediction of metric structure， （3） examine the neural mechanisms underlying the integration of multiple hierarchical metric structure at the phrase level and （4） investigate how listeners integrate nested metric structure according to long-distance dependency at the period level. The above research will reveal the general cognitive mechanism of the processing of musical structure and lay the foundation for the construction of cognitive neural model of music. Simultaneously， the results will provide empirical evidence for music appreciation activities and music aesthetics research， which has potential application prospects in the field of music.

Keywords："music cognition， literary and artistic psychology， neural mechanisms，"metric structure， electroencephalogram