莫扎特效应的认知神经科学研究Word格式文档下载.docx

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为此他们采用了Shaw于1985年提出的一种大脑研究结构模式［3］来解决神经网络如何在脑区之间传递音乐信息这个问题。

他们将36名非音乐专业大学生分为三组，采用不等组后测时间序列实验设计，并设定三个自变量：

莫扎特《D大调双钢琴奏鸣曲》、通俗音乐、无任何音乐刺激。

听了10分钟音乐后采用斯坦福―比纳智力量表进行测验，发现听了莫扎特音乐的学生其测验成绩比其他组明显高出8―9个百分点，而且这种效果持续了10-15分钟。

美国大众媒体对此实验进行了广泛的宣传，并最终由法国医生Tomatis首次提出“莫扎特效应”（MozartEffect）这个术语。

虽然在此之前也有一些研究论述了音乐与智力及其他学科能力之间的关系［4］，但都是相关研究，只寻求变量之间的联系而没有证实因果关系。

Rauscher和Shaw认为大脑在传播信息时使用了某种神经触发模型，而这些模型被音乐本身的丰富性和结构性所激活，强调了音乐与神经通路之间的因果关系。

学者Mountcastle指出莫扎特的音乐具有鲜明的结构特征，这与大脑皮层的高级组织（superorganization）相匹配，从而对莫扎特音乐予以更好的理解和认识［5］。

　　但是Rauscher和Shaw对音乐如何激活神经触发模型没有给予根本的解释，Mountcastle也只是从物理特征方面对两者做了比较，没有从生理角度进行探讨。

为此，对“莫扎特效应”的研究需要音乐认知神经信息加工证据的支持。

所以，从大脑的音乐认知加工机制、情绪加工机制以及两者之间共有的加工机制三个方面来探讨有助于更好地解释“莫扎特效应”，同时也有助于发现人脑某些高级心理机能，从而推进人类对自身大脑的认识。

　　2音乐的认知加工机制

　　2.1音乐成分的认知加工

　　人们对大脑的音乐功能问题的研究是从发现失乐症病例开始的。

所谓失乐症（amusia）是指病人失去了理解音乐或感知音乐的能力。

19世纪末由于Broca关于失语症和Dejerine关于失读症的发现，形成了语言功能定位于左半球的认识［6］，而通过对Shebaline（1902-1963）和Langlais（1907-1991）等无失语症而患有失乐症作曲家的观察，发现他们都是由于右颞叶受损而引起了音乐表达等能力的丧失，但没有影响语言能力［7］，因而人们提出了音乐功能定位于右半球的概念。

20世纪中叶生理学家Sperry对割裂脑的研究表明，大脑左半球负责抽象思维，右半球负责形象思维和知觉思维，这与早期关于音乐知觉是右半球功能的观点相一致。

但是后来其他临床方面的证据表明大脑左侧损伤也会导致命名或识别曲调的困难，例如在临床实验研究中［8］对大脑左侧注射异戊巴比妥钠后发现患者不能够识别音符，同时出现了节奏混乱。

Zatorre［9］对音乐知觉文献进行回顾后表明，大脑右侧损伤后音高和音质加工的缺陷是高度一致的，而大脑左侧损伤导致了命名或识别曲调和节奏的困难。

所以大脑的音乐功能都需要两半球的共同参与。

Brancucci［10］把音乐旋律分成一个音高系统和一个涉及时间变化的节奏和节拍系统，通过双耳分听实验发现右侧脑在音高、旋律及和声感知方面起主要作用，即负责旋律总体印象，而左侧脑在时间序列、节奏辨别等方面起作用，即负责音乐结构――但是这需要一个完整右半球支持。

一些神经心理学家也认为可根据左半球对音乐“局部”信息加工处理和右半球在“整体”水平上的优势对音乐进行二分法分析：

右半球和音高相关，但在音调的轮廓方面很重要，而左半球在局部线索中很重要。

所以，加工时间和节奏是左半球的功能，整体线索加工是右半球的功能。

　　有关失乐症的病例引发了人们对大脑音乐功能研究的兴趣。

在一项ERP实验中［11］，让被试听一段完整的旋律，同时改变音符的音高，结果发现不同脑区出现了同类型的激活，而且出现了高频的γ带同化波，这反映了产生音乐认知功能的相关脑区之间的密切联系，也可能反映了时间的编码和联结，同时发现颞上回（STG）（BA22区）激活明显，说明了颞上回在音高辨认中起着突出的作用。

Griffiths［12］利用fMRI发现不但颞上回对音高进行加工，同时双侧颞中回（bilateralMTG）（BA21区）能辨别音乐刺激的种类以及加工音乐语言信息（即能理解音乐中所表达的思想和意义）。

所以，人们认为大脑的音乐功能都需要两半球的参与。

越来越多的脑成像数据证实［13］［14］右侧听皮层在音调处理中起着突出的作用。

实际上，一个简单的音乐理解任务都涉及许多脑区，这些脑区参与了音乐感知、记忆、情绪反应等过程的一个或几个方面，如：

右侧颞叶在音高辨认任务中起主要作用，当右侧颞叶的损伤殃及右颞上回时，音高辨别就出现困难；

对音高的同步性或持续时间作辨别时，左侧颞叶起主要作用。

临床上的右侧颞叶切除手术（一般为防止左Wenicker区受损而不做左侧颞叶切除）发现［15］，切除右颞叶上回时音高旋律理解受到干扰；

左侧额叶的中、下回在听音乐时也被激活，若此处受损就不能识谱和理解歌词。

值得注意的是扣带回在语言刺激时仅被激活前部（Brodmann24区）,而在音乐刺激时则大部分被激活（Brodmann24,31,32区）,可推测Brodmann24区可能与音乐工作记忆有关,而Brodmann31、32区可能与情感加工有关［16］。

　　Shaw和Bodner利用fMRI［17］绘制出被试在听莫扎特音乐、20世纪30年代流行音乐及贝多芬的《致爱丽丝》时大脑反应的区域，发现所有的音乐都激活了大脑中处理音乐的区域，而且整个大脑皮层都兴奋起来。

但是在莫扎特的音乐中更为明显，通过神经突触的相互连接及两半球之间胼胝体的相互作用刺激了更多的区域――这些都与智力和行为能力有关（如分管运动协调的额叶区、负责视觉表象的枕叶区和其它高级思维活动的区域等），所以欣赏莫扎特的音乐有助于智力和行为能力得到一定程度的提高。

　　2.2莫扎特音乐的脑电图研究

　　Engel和Singer在脑电图（EEG）实验中［18］发现听莫扎特的音乐时，被试的脑波频率降低而波幅升高，产生了较为明显的脑电反应。

有的研究发现［19］听莫扎特的音乐时两半球之间信息交流增加，特别是额叶部位的α波活动增强，而在旋律不和谐的音乐中没有出现这种情况。

Bodner等［20］也发现听莫扎特音乐时整个额叶都被显著地激活，而在结构不规则的音乐中没有出现此现象。

这说明欢快的音乐加强了两半球之间的信息交流，而结构不规则的音乐有悖于人体生理规律，不利于两半球之间信息的交流。

　　最近，Petsche［21］利用EEG观察发现，专门负责音乐旋律加工的脑区（颞上回、额下回）在音乐的刺激作用下以每秒上万次的神经加工速度彼此连接，同时也快速地产生共振互动机能，并释放（discharge）α波。

欢快音乐不但增强了大脑两半球之间的信息交流，而且通过对大量欢快音乐的结构作进一步分析发现，乐曲中的时间波段（节奏、旋律）几乎可以与脑频率对称。

神经系统的许多功能，如安静松弛状态下脑电波的频率就有30秒一次的循环，而欢快的音乐中每30秒就会出现一个高峰，所以这种有规律重复的旋律在人脑中激起的反应最大。

近年国外研究资料表明，脑电波的变化与人的心理活动密切相关，欢快音乐使人变得愉悦、精神放松并且思维高度活跃,促使α波明显增高,而噪声状态和不和谐音乐就没有这种变化［22］。

另外，此时的α波主要集中在大脑的前额区，其他研究也表明在听音乐时脑电的变化也主要集中在前额区［23］。

莫扎特的音乐不但激发了大脑两半球处理音乐的固有功能，而且其乐曲中抑扬顿挫的节奏和高低起伏的旋律，尤其是高频率以及上下的对称排列与时间周期的波段，几乎可以与脑频率对称。

　　对于欣赏莫扎特音乐时激起大脑相关区域活动的内在物质是什么这个问题还没有得出结论。

Rauscher将30只小白鼠分为两组，实验组每天给予15分钟的莫扎特音乐材料的刺激，控制组不给予任何音乐刺激，8个多星期后从两组各抽取一部分白鼠进行解剖实验，发现实验组小白鼠大脑海马区内引发刺激和改变脑细胞联系的几种基因的活跃水平有明显提高。

Rauscher认为这些基因分别负责生成一种神经生长素、一种与学习和记忆有关的化学物质以及一种神经突触生长蛋白，并在1999的英国《新科学家》中透露出这种最新研究成果，同时希望她的研究有助于为阿尔茨海默氏症和其他神经退化疾病的患者设计音乐疗法［24］。

但Rauscher把小动物的研究结果推测到人类身上，这多少不具有合理性且犯了还原论的错误，研究的结果也受到多方质疑。

所以到底产生了什么物质还要深入探索。

　　3音乐的情绪加工机制

　　音乐是人情感的语言，通过生理和心理两种途径来最大限度地调整人的情绪，引导人们将内心的思想寄情于乐曲中，最终起到疏散压抑和移情的作用。

哈佛大学心理学家Chabris就Rauscher对大学生的实验研究结果提出了质疑，他认为大学生测验分数提高的真正原因是所谓的“兴奋唤起”，即音乐改善了人的情绪，从而促进了认知水平的提高来提升测验成绩［25］。

Peretz［26］报道了一个特殊的失乐症病例，即患者失去了音乐认知能力，但还保留着对音乐情绪的感知能力，这便向我们揭示了大脑对音乐情绪的感知存在着特殊的神经回路。

相关研究表明［27］，大脑双侧颞上回、颞中回、右侧额下沟后部的周围皮层作为各种类型音乐的共同激活区对音乐成分进行认知加工，而边缘系统的重要结构，如前扣带回、杏仁核、基底神经节等都与情绪加工有关。

　　3.1大脑左右半球的音乐情绪加工

　　Jackon［28］发现左半球损伤引发了严重的沮丧情绪等其他剧烈的负性情绪反应，而右半球损伤引发了愉快的情绪反应，所以音乐情绪也是以一种平衡的方式组织而成的，左半球加工正性情绪，右半球加工负性情绪。

Heilman［29］也对两半球不同的音乐情绪加工予以解释，指出大脑两侧前部对情绪性质（emotionalvalence）进行评价起着重要作用：

左侧前部趋于接近性行为，调节着正性情绪；

右侧前部趋于逃避性行为，加工负性情绪，而且右半球更易激发这种情绪的唤醒，左半球则对这种唤醒给予一定的抑制，使人的情绪行为保持平衡状态。

Zatorre等［30］利用PET实验发现，不仅正性和负性音乐情绪分别激活了左半球和右半球，而且激活的程度与情绪强度相关，正性和负性音乐情绪体验的强度越剧烈，相对应的大脑两侧激活程度也越高。

Maguire等［31］随后利用PET再次研究发现，与负性音乐相比，正性音乐激活双侧海马更为明显，这可能是海马与情绪记忆有关，被试对正性情绪音乐的熟悉性要高于负性情绪音乐。

此外Heller［32］发现右侧顶叶在音乐情绪唤醒中也激活得较明显。

　　3.2前额皮层的音乐情绪加工

　　前额皮层（PFC）是情绪信息加工的重要区域，而且不同的亚区对情绪加工起着不同的作用。

很多研究资料表明PFC对情绪加工具有不对称性，左侧PFC参与了积极情绪的加工，右侧PFC更多地参与消极情绪加工。

Davidson等［33］发现左侧PFC外侧部不但在期待正性情绪刺激时被激活，同时在趋近情绪行为过程中也激活得较为明显，若损伤后病人出现了抑郁症状，这是因为参与积极情绪的神经回路的左侧PFC受到损伤后导致体验积极情绪能力出现缺陷，而右侧PFC外侧部主要参与对负性情绪刺激加工。

我国项爱斋等［34］利用fMRI研究发现，给被试欢快的轻音乐刺激激活了左侧PFC外侧部，而恐怖音乐则激活了右侧PFC外侧部。

PFC内侧皮层也参与了不同情绪类型的加工，项爱斋在研究中发现轻音乐和恐怖音乐实验都激活了PFC内侧部，但轻音乐的激活范围和强度明显小于恐怖音乐［35］，这可能是负性情绪音乐刺激包含了与生存相关的威胁成分，故需要更多的注意与生理唤醒来更好地应付危险环境［36］。

所以前额皮层在人类独有的情绪调节能力方面起着关键作用。

另外，左侧PFC易于激活的个体从消极情感或压力中比右侧PFC易于激活的个体恢复得快，而且能更好地压抑消极情绪。

所以PFC的不对称性是面向两种不同情绪信息加工所必需的部位。

　　3.3边缘系统的音乐情绪加工

　　音乐欣赏时大脑边缘系统主要负责着音乐情绪的加工，前扣带回、杏仁核、基底神经节等都发挥着重要作用。

　　前扣带回（ACC）的作用主要是评价、调节或有意识地调整情绪反应，是情绪控制性加工类型的必要组成部分。

脑神经成像和事件相关电位研究已经表明了ACC是控制和评价一个人的情绪行为表现、内部状态或外部欣赏等不同类型行为的脑区，而且对突然改变情绪行为的事件能及时发出信号来调节对自身有利的正常行为［37］，所以ACC也被看作是用于调节情绪行为执行系统的一部分。

在欣赏音乐的过程中ACC的作用主要表现在：

①ACC能够评价一个人体验不稳定、冲突或痛苦时的情绪，并随之进行调节。

当突然听到一段不和谐的音乐时，会产生恐惧、焦虑等情绪，这种情绪会被ACC给予及时的信息评价并随之进行调节，发挥出情绪的适应动机、组织以及信号功能，使负面情绪逐步转向中性或正性情绪；

②ACC是调节初级情绪反应与情景需要（或预期）反应相一致的情绪加工过程中必需的神经机制。

当听到不和谐的音乐时，负性情绪被启动，这时ACC就会发出对当前负性情绪进程需要改变的信号对之进行调节，同时也能搜索较适当的反应和冲突原因，进而发动一连串的情绪反应使产生的体验与预期的情绪体验相一致，予以达到所期望的正性情绪［38］；

③ACC与识别和描述自己音乐情绪的能力有关。

一项大脑功能成像研究发现［39］，能较好识别自己音乐情绪感知的被试与其ACC活动增强相关，反之有着较低相关。

　　杏仁核（Amygdala）在情绪加工中的重要作用是由LeDoux研究发现的［40］。

LeDoux发现，杏仁核只单独地对负性情绪进行加工，能抢先对负性情绪刺激做出反应。

Gosseline和Peretz［41］对杏仁核受损的一位患者S.M.进行音乐能力实验，发现S.M.对欢快、愉悦旋律的识别和正常被试者一样无差异，但不能辨别悲伤、恐惧的旋律。

Pessoa等［42］的研究却认为杏仁核可以对正性和负性情绪都进行加工，而且这需要有意注意加工资源的支持。

目前还没有以音乐情绪刺激对之验证的报道，所以我们先采用面孔情绪识别研究结果：

Pessoa等［43］利用fMRI发现在分配了一定注意资源的情况下，正、负性情绪面孔都诱发了杏仁核反应信号，而且两者与注意有交互作用，但是在非注意条件下反应没有差异。

我们将之推广到音乐情绪的研究中，认为杏仁核也可被正、负性音乐情绪刺激激活，理由是：

①杏仁核本身是一个对情绪加工有着重要作用的区域，而且正、负性情绪刺激各自的内在一致性特点决定了杏仁核可以被激活；

②LeDoux认为杏仁核是大脑的“中央情绪计算器”,它不但分析输入的信息,而且还起着联结作用,使大脑各部分协同完成情绪加工［44］。

前扣带回、海马等部位在正、负性音乐情绪条件下的反应也会带动杏仁核的反应，使得杏仁核在正、负性音乐情绪刺激条件下得到激活。

但是不同的具体情绪刺激条件（声音的、视觉的等）分别会引起杏仁核激活到何种程度，还有待于进一步的研究。

　　那么，在“兴奋唤起”中被试对音乐的注意加工资源到底有多少？

再次结合面孔识别情绪实验研究，Villenmier［45］在实验中将房屋、箭头识别作为目标刺激，面孔识别作为无关刺激，结果发现对目标刺激的识别正确率为86%，也就是说需要占用较多的注意加工资源，而分配给情绪识别的注意加工资源较少。

笔者认为，在“莫扎特效应”研究实验中，被试不会对乐曲内在的深邃意义给予太多的注意与思考，只是简单地注意了由简单音符组成的连续不断的旋律，这种明朗清晰的旋律足以激活杏仁核的活动，产生了一定的喜悦情感。

如果对音乐给予较多注意，那么在接下来的测验任务中也不会有足够的资源对试题本身进行加工。

　　前额皮层和边缘系统之间也是相互联系和影响的。

两个PET实验［46］［47］发现腹内侧前额皮层（VMFC）对正性和负性情绪的处理起作用，这需要ACC活动调节的支持，同时VMFC也通过影响ACC的活动来唤起正性情绪或引发负性情绪。

相比负性情绪音乐而言，正性情绪音乐激活了更多的脑区，如丘脑、豆状核、基底神经节等，这些脑区包含多巴胺能神经元（多巴胺，dopamine,是脑内一种重要的神经递质，参与了运动、认知、情感、正性强化、内分泌调节等多种生理活动），同时它们也共同组成了大脑的奖赏趋近系统，共同参与正性情绪反应过程［48］。

　　4音乐认知加工与情绪加工的共有加工机制

　　音乐认知加工和情绪加工两者各自的加工机制不是彼此分割开来，而是相互联系的，有的同时既负责认知加工又负责情绪加工。

　　过去前额皮层（PFC）长期被认为是产生工作记忆和表征心理活动的重要神经回路，现在研究已表明PFC也是整合情绪信息和认知加工的区域，可以对认知信息和情绪信息进行加工。

可以认为，正性音乐刺激不但激发了负责情绪加工的左侧脑区，同时也激发了主管逻辑推理和思维活动的左侧脑区，而且正性音乐内在曲式特点与情感内涵与人体自身内在生物节律和周期变化基本相符，故无需较多注意加工资源对之予以再评价，这样就把更多的加工资源运用到其它任务活动中以利于更好地完成。

　　边缘系统的海马区是主管情绪的一个部分，而LeDoux研究认为海马还具有登记与辨别知觉模式的认知功能，这也是陈述性记忆的重要组成部分，负责回忆过去的事件，并且它与杏仁核之间的几条通路存在交互作用［49］。

我们可以认为，听音乐过程中杏仁核和海马不但处理了音乐中的情绪信息，而且杏仁核作为主要的“情绪处理器”要评估海马处理的音乐情绪信息和音乐事件回忆是否具有情感价值，所以两者联手完成了记忆任务，在情绪信息和过去事件信息之间建立了联系。

如听到一首欢快的音乐，就能说出以前所发生的快乐事情，相反地，若听到令人悲伤的音乐就会回忆起过去令人伤心的往事。

杏仁核和海马之间的通路使情绪信息和有关过去事件的复杂背景信息之间建立联系，如在欣赏一首悲伤或恐惧的音乐时，被激活的海马就会提取令人伤心的往事，这时杏仁核对之予以评价并调节负性情绪向正性情绪方向转移，或者对音乐中体验到了的危险环境做出生理唤醒以及采用一定的决策手段来面对变化了的音乐环境。

　　基底神经节具有调节运动、认知与记忆的功能，还能参与连续性的情绪行为以及积极情绪信息的加工［50］。

正常的基底神经节具有良好的音乐认知与记忆以及情绪表达的能力，而基底神经节受损则丧失了理解音乐信息意义的能力，并降低了自发情绪的表达能力，无力进行情感的沟通和交流［51］。

利用脑成像技术发现［52］，在正性面孔的潜意识登记期间以及呈现正性情绪和积极照片期间都发现了基底神经节的激活，这说明基底神经节对正性刺激进行了认知加工，也进行了相应的情绪加工。

所以，基底神经节对音乐中的积极内容也能够进行加工，有助于回忆和再现令人愉快的事件，并产生正性情绪体验和行为反应。

　　5小结

　　音乐认知加工与情绪加工虽然有着一定程度的区分，但也存在着很大的重叠；

情绪加工与认知加工紧密相连，而不存在专门负责情绪加工或认知加工的脑区。

同时也能发现，具有欢快、明亮特点的正性音乐能激活更多的脑区，从而激发了这些脑区的潜在功能；

这些脑区通过彼此之间的神经突触相互连接又激发了许多功能，如颞叶区海马、杏仁核的记忆功能、额叶的空间推理功能等。

再者，莫扎特音乐的重要特点就是在音域的频率上产生特定共振，引起了大脑波幅升高，而且是一种同步状态。

通过EEG［53］发现，由于波形的时相叠加使得波幅升高，同时由于音乐刺激促使神经元突触连接增加，神经元参与了兴奋性放电，提高了大脑活动效率，这也许就是“莫扎特效应”的认知神经生理机制。

　　进入２１世纪，脑科学受到越来越多的关注，音乐心理学也出现了向脑科学过渡的趋势。

音乐以其特殊的表达方式成为探索脑科学的一个重要切入点。

Shaw及同事提出了“音乐作为脑高级机能之窗”（Musicasawindowintohigherbrainfunction）这个主题，探索音乐与大脑之间的内在关系，以此来解决大脑某些高级心理机能的问题，期望在脑科学的前沿课题中实现突破性进展［54］。

可以预见,对大脑的音乐认知神经机制的最终发现将对人脑高级心理机能的阐明有重要贡献。

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