从声波到脑波：音乐的变革力量

人类的大脑会以一种非凡的 “交响乐” 形式，在生理层面将富有节奏的声音具象化，而这种 “交响乐” 具有治愈的力量。

作者：艾里斯・库尔巴茨基（哲学博士）    编译 李升伟

图片来源：改编自 © iStock.com（图片库），© Shutterstock.com（图片库）。

生命始于音乐

人体为胎儿发育的 “原声配乐” 提供了基础音乐元素。母亲心脏的节律跳动、脚步的起落、呼吸与血液循环的稳定涌动、声音的音高与旋律，以及消化系统发出的低沉断续声响，所有这些都在为发育中的胎儿 “预热”，使其在出生后能够识别并响应音乐。子宫内的声音塑造着大脑发育，构成未来语言与沟通能力的基础，并将 “音乐方言” 植入人体的血肉组织之中。

“人体由这些周期性振动构成，[而且] 我们天生就会对随时间变化的声音模式做出反应，” 麦吉尔大学认知神经科学家卡罗琳・帕尔默（Caroline Palmer）表示。她的研究方向是人类大脑与身体对音乐的反应机制，“人们会与音乐产生共鸣。他们的积极反应表明，当你聆听音乐时，大脑和身体的节律 —— 比如神经元活动、呼吸或心跳节律 —— 都会被调动起来。”

追随声波的轨迹

人类大脑的生理模式中融入了音乐特质。脑波的固有节律（即作为意识、认知、创造力、梦境及其他一切心理活动基础的自然振动），是音乐感知与音乐认知的基石。研究人员对 “人类脑波如何调整自身频率以与音乐节奏同步” 这一问题的兴趣日益浓厚。当人们随着节拍律动时，便会本能地体验到这种同步性。帕尔默及其团队正借助 “人类大脑如何感知并协调听觉序列” 的计算模型，试图揭示这一现象背后的神经科学原理。

该团队的核心发现之一是：大脑在聆听节奏音乐时，能够 “补全” 节拍间隙的空缺。“如果用脑磁图（MEG）或脑电图（EEG）测量大脑在音乐‘缺失节拍’期间的活动，你会发现它仍在产生共鸣。当音乐节奏与大脑节律的频率或周期性相匹配时，大脑会发出一种脉冲信号，并补全那些空缺的节拍，” 帕尔默解释道，“换句话说，我们的大脑不只是在预测音乐，实际上还在生理层面与音乐同步。” 这种音乐在人体层面的动态 “具象化”，依赖于大脑与节奏同步的能力 —— 出生仅一周的新生儿就能做到这一点。“这表明我们出生时就天生具备这种能力，” 帕尔默说。这种固有倾向跨越文化、年龄与音乐偏好，印证了音乐作为一种通用 “统一语言” 的力量。

      人们会与音乐产生共鸣。他们的积极反应表明，当你聆听音乐时，大脑与身体的节律 —— 例如神经元活动、呼吸或心跳节律 —— 都会被调动起来。

—— 卡罗琳・帕尔默（麦吉尔大学）

但个体差异依然存在。“每个人的同步方式可能不尽相同。在一大群听众中，你会看到有些人跟着贝斯或鼓点打拍子，而另一些人可能跟着吉他节奏点头，” 帕尔默说，“我们并非被动地预测接下来会发生什么，而是在主动产生共鸣 —— 会随着音乐以特定节奏活动，这些节奏会自然地让我们的身体与外界声音产生同步。”

节拍如良药

音乐的治疗价值已在多种病症中得到证实，例如抑郁症、焦虑症、压力过大、慢性疼痛以及神经系统疾病。其中最引人关注的应用场景，是针对那些存在生理节律缺失问题的脑部疾病。“有很多案例表明，音乐这种富有节奏的事物能为人类提供帮助，” 帕尔默表示，“音乐被用于帮助中风患者 —— 他们可能因此丧失语言能力，或是帮助帕金森病患者 —— 这类患者会失去稳定行走的能力。”

对于正从语言功能障碍中恢复的中风患者而言，聆听具有稳定节拍的音乐能产生 “言语同步” 效应，让言语模式模仿音乐的节奏。“失语症患者（中风后丧失语言能力的人）在发多音节单词时可能会卡顿，连说两三个或更多音节都很困难，但如果让他们聆听稳定的节拍，就能跟着这个节拍说话了，” 帕尔默解释道。长期来看，音乐治疗有助于恢复患者的言语和语言能力。

许多言语流畅度受损的患者，唱歌却十分轻松。一百多年来，研究人员在存在严重言语和语言障碍的患者身上，都观察到了这种 “音乐能力保留” 的现象。尽管部分潜在机制与神经可塑性变化有关，但有观点认为，音乐的节奏刺激和演唱时的音调变化也发挥着重要作用。节奏同步可能有助于改善口腔运动控制、呼吸功能、音质以及言语流畅度。

奥尔胡斯大学大脑音乐研究中心及牛津大学幸福与人类繁荣研究中心的认知神经科学家莱昂纳多・博内蒂（Leonardo Bonetti），也认可音乐的治疗潜力。“我们知道，节奏刺激能帮助人们更好地活动身体。这对帕金森病患者有帮助，甚至对健康人群 —— 比如运动员或音乐家 —— 也有帮助，” 博内蒂说，“如果你用节拍器，往往能让动作变得更协调。”

帕金森病的典型症状包括步态缓慢、拖步，以及因控制自主运动的脑区多巴胺信号不足，导致难以启动和维持正常行走节奏。节奏性音乐能 “绕过” 那些通常负责维持行走等节律性动作内部计时的受损神经通路，从而改善帕金森病患者的运动能力。聆听节奏性音乐会刺激大脑中功能完好的听觉通路，而这些通路进而能激活运动脑区。通过这种方式，外界的音乐节奏信号就像节拍器一样，让身体运动与之同步。融合音乐与运动的活动（如舞蹈），对帕金森病患者尤其有益。例如，有研究表明，规律跳舞能改善帕金森病患者的步态、协调性和平衡能力。

节拍不止，影响不息

博内蒂还对大脑如何在时间和空间维度上响应节奏性声音感兴趣。“音乐不只是‘听’那么简单，” 博内蒂说，“大脑会重塑自身的功能组织。” 为了探究这一过程，博内蒂及其团队开发了先进算法，助力从脑磁图（MEG）记录中分离出不同脑网络的活动信号。

他们发现，人类大脑对节奏的响应体现在两个方面：一是 “调谐” 自身以匹配声音频率，二是重塑不同相互连接脑区的脑波活动。“脑网络会在空间位置上发生重塑，在特定频率成分的显著性上也会有所变化，” 博内蒂解释道，“大脑非常复杂，多个网络会同时活跃，且活跃强度各不相同。” 这种重塑可能表现为：出现一个在聆听节奏性声音前完全不存在的新 “涌现性活动网络”；对已有的活动网络进行重组；或是在时间和空间维度上对活动模式进行细微调整。音乐认知远不止于感知听觉刺激，这种 “调谐” 过程还涉及脑波频率和脑区活动的动态变化。博内蒂特别指出了新活动脑区位置的重要性 —— 活动会向控制运动的脑区转移。“在这个特定频率下，节拍可能已经调动了更多这类运动脑区，” 他说，“从某种程度上说，聆听节拍能让人们更‘做好活动准备’。这或许可以理解为一种‘行动预备状态’…… 不过这还只是一种推测。”

从解剖学层面来看，“接触音乐时的大脑” 可以比作一支爵士乐团：不同脑区实时地根据听觉输入信号相互配合、即兴发挥，共同构建出丰富而动态的 “活动交响乐”。早在 1697 年英国诗人威廉・康格里夫（William Congreve）创造出如今广为人知的谚语 “音乐能抚慰凶暴的野兽”（其原始表述）之前，不同文化、不同时代的人们就已认识到音乐的变革力量。如今，随着现代神经科学逐渐印证古人的认知，关于音乐如何在人类生命各阶段、各文化中影响大脑的新发现，仍在不断涌现。

注：作者艾里斯（Iris）兼具神经科学家的专业背景与文字 “雕琢者” 的职业素养，她是《科学家》杂志创意服务团队的副科学编辑。其作品已发表于多家线上及纸质出版物，包括《发现》杂志（Discover Magazine）、《医疗设备》（Medgadget）、《国家邮报》（National Post）、《多伦多星报》（The Toronto Star）等。她拥有多伦多大学（University of Toronto）的医学科学博士学位及创意写作证书。

资料来源 The Scientist

原文链接：https://www.the-scientist.com/from-soundwaves-to-brainwaves-the-transformative-power-of-music-73341