音乐是人类的一种共同语言，不同国家、不同种族、不同文化背景的人们都能创造出自己的音乐。在人类文明之初，我们的祖先就用简单的乐器发出有节奏的旋律，就是原始的音乐。随着文明的进步，人类创造出丰富多彩的乐器和音乐产品。为什么人类能够创造音乐、欣赏音乐呢？这是一个有趣的话题。科学家们也试图揭开大脑之谜，我们在创造和欣赏美妙音乐的时候，大脑是如何工作的呢？这些年，随着对脑功能研究的不断深入，科学家们在音乐的旋律、歌词、音乐记忆、音乐引起的情感反应等方面做了很多研究，也有一些发现，试图揭开音乐与大脑工作的奥秘。
大脑里的音乐分工
首先，我们简要了解一下大脑工作的基本原理。大脑有许多沟回。在以前的研究中，人们已经发现大脑的不同区域负责不同的功能，比如大脑皮层有运动区、语言区、听觉区、视觉区等。音乐功能区被认为位于左眼上部的一小块区域内。大脑的功能虽然是分区的，但是功能区之间并不孤立，而是彼此之间密切联系完成一些功能和行为，称之为神经网络。
神经网络错综复杂，为了研究和音乐有关的功能区，科学家先从大脑功能有缺陷的个体中去寻找线索。比如患有孤独症的患者，虽然生活不能自理，也很难与人沟通，但是可能在音乐方面有超出常人的才华。一位患有孤独症的女孩，生活上需要父母照顾，语言发育迟缓，但是在2岁时就开始弹钢琴，并且很快就达到了专业演奏家的水平。她对音乐有着惊人的记忆，听过一遍就能够演奏出来。说明她大脑的音乐功能并没有因为智商的下降而受到影响。对中风者的研究也提供了很好的素材，一位著名的作曲家，因为中风损害了左侧颞叶区域，不能辨别言语声，也不能理解语言，但是仍创造出了14首赞美诗、2首协奏曲、2首四重奏、11首歌曲和1首交响乐。他的同行认为他中风前后的音乐作品并没什么两样。这些现象非常有趣，也印证了大脑功能分区的理念，说明大脑一部分功能受损后，另一部分功能仍能使用。旋律和节奏的功能分别由大脑的不同部位掌管，比较一致的研究结论是，右侧大脑半球中风会损害旋律（音调），左侧大脑半球中风会损害节奏。研究还发现，右侧大脑半球病变的患者，不能辨别机器的轰鸣声和动物叫声；左侧大脑半球的病变不能区别不同动物的叫声。音乐学习障碍的个体也为音乐大脑功能研究提供了一个独特的视角。有一种音乐学习障碍的人，有正常智力和人际交往能力，也有音乐熏陶，但是不能听出音调，也不能打出音乐节拍，不过能听出歌词和环境的声音。他们这种情况和独孤症中的音乐天才正好相反，可以叫做“乐盲”。
音乐大脑可以“养成”
除了上面这些通过大脑功能有缺陷的人的观察研究，来推论失去的那一部分大脑功能，现代科技的发展为脑功能的研究提供了新的手段，其中正电子发射断层扫描（PET-CT）和功能核磁共振（fMRI）是两种有用的方法。我们都知道CT，而PET-CT的是在体内注射低剂量、能快速清除的放射性物质，这些物质容易被功能活跃的神经细胞摄取，不活跃的神经细胞很少摄取，放射性物质被功能活跃的细胞摄取后，产生伽马射线，射线被仪器接受并定量，再通过计算机断层扫描（CT），就可以知道这些射线来源于大脑的哪一部分。核磁共振扫描也是我们熟悉的检查方法，功能核磁共振扫描是在此基础上发展起来的，其原理是当某一区域的神经元活跃时，由于代谢需要更多的氧合血红蛋白，在磁共振图像上会看到代谢活跃区域和不活跃区的区别，就可以对产生功能的区域进行定位。
音调是声音频率的变化，大脑处理音调的能力对音乐能力至关重要。通过功能核磁共振的研究，人们发现，在开始处理音调的时候，先是大脑颞上回的听觉皮层参与，然后更多的大脑区域参与到感知旋律的过程，包括颞叶下部。双耳听到谐波时，左侧大脑半球活跃。此外，大脑对高频和低频的反应区域不一样，高频时颞叶中下部活跃，低频时颞叶侧面和中间活跃。研究者还发现，左侧半球对语言的反应更强，右侧半球对音乐的反应更强。需要记忆音调时，左侧大脑半球缘上回区域活跃，这和处理音调的区域不同，说明处理音调和记忆音调在不同的区域。
每件乐器、每个人都有独特的音色。大脑是如何鉴别不同音色的呢？功能核磁共振研究显示右侧颞叶掌管对音色的鉴别。但这是对大多数没有受过音乐训练的人而言。当音乐家听到自己专业的乐器演奏时，两侧大脑半球都活跃，只是听到纯音时就没有这种现象，这种有趣的现象说明，经过训练的音乐家，当听到自己专业的乐器演奏时，大脑活跃的区域更加广泛。神经科学研究发现，大脑活动有一个基本规律：对于某种行为的神经网络反应，既取决于先天的能力，也取决于后天的训练以及性别等因素。因为后天的训练会使大脑产生神经重塑，也就是原本由某一区域负责的行为、扩大到其他区域的脑神经参与。此外，音乐经验甚至可以改变大脑，可能提高某一区域的体积。遗传和先天的音乐能力固然重要，后天环境因素也对大脑神经通路的发展有重要作用。
音乐想象与音乐记忆
音乐想象可以理解为用心来听音乐，研究表明，但听到音乐和想像音乐时，双侧颞上回区域活跃，当病变破坏了颞上回，特别是右侧颞叶时，想像就会变得困难。当想像有歌词和没有歌词的音乐时，大脑活跃的区域是不同的。想象带歌词的音乐需要激活左侧大脑半球前额叶区域，没有歌词的音乐就不需要，因为恢复字词记忆需要左侧额区发挥作用。音乐和语言的整合也是一个有意思的问题，研究者注意到，歌唱有助于口吃者和失语症患者说话更流利，这可能是由于右侧大脑的参与，帮助了左侧大脑的语言功能。右侧大脑半球损害的患者不能对音乐感知和想象，左侧大脑半球病变的患者可以。研究还发现，说出歌词和唱出歌词时，大脑的活动是不同的。当说出时，左侧大脑半球的颞后回或颞上回、缘上回和额区活跃，当唱歌词时，右侧大脑活跃。说明唱歌词右侧大脑更多的被调动而说同样的词语时，左侧大脑被调动。
对音乐的记忆是另一个有趣的课题。有研究认为，对音乐的短期记忆主要在右侧半球，证据是右侧半球病变会影响对音调的短期记忆。当受试者辨别熟悉的歌曲或旋律时，双侧大脑半球的中间和眶额叶皮质、左侧角回和左侧颞中回的前部活跃。当对呈现的音乐分类时，额区活跃。在一项研究中，为研究音乐旋律的记忆能力，让受试者识别播放过的音乐中的一个片段。在这个过程中，双侧中上额回和楔前叶活跃，特别是右侧。当回忆不熟悉的旋律时，双侧额叶参与更加活跃。
音乐与情感的研究比较困难，因为对音乐的情感反应非常主观，让一个人感到愉悦的音乐，另一个的反应可能完全不一样。对音乐的情感反应和个人的经历、教育、社会文化等很多因素有关系。研究人员给受试者听走调的音乐，然后给出愉快或不愉快的评价，随着音乐愈发走调，可以看到海马旁区域的活跃，当音乐走调程度下降时，眶额区活跃。这些边缘区是主导感知、认知表现和情感的。其他情感刺激或事件也会引起这些区域相似的反应。当研究者让音乐使人产生欣快的感觉时，PET发现几个大脑区域都处于活跃状态，特别是获得奖励和有强烈动机的区域也处于活跃状态。另一个研究表明，中脑背核、纹状体腹核、岛核、眶额皮质都和欣快的主观体验有关，当这种欣快经验加强时，与恐惧等负面情绪相关的杏仁核的活性下降。这样看来，音乐所带来的情感经验调动的大脑区域和其他愉快刺激是相似的。
总之，音乐在大脑的产生、解读、和情感反应是复杂的，能够调动大脑的不同区域。当产生旋律时，前额区用来控制腔调、音量和节奏，对自己的音调、音量和节律的监控需要颞叶的听觉反馈，记忆旋律需要用到颞叶和额中区。对音乐的情感反应需要边缘区的参与。不同的音乐类型和个人的音乐背景，大脑也会有不同的反应。目前，人们对大脑功能的认识是有限的，音乐给认识大脑打开了一个窗口。比如，音乐可以帮助我们明白大脑如何产生正面和负面情感，我们怎样获得审美和厌恶的经验。对作曲的研究可以帮助我们理解创作时的大脑如何工作，对音乐和大脑关系的研究可以帮助我们理解婴儿的大脑如何具有潜力。我们一直认为语言能力是埋藏在大脑中的，也许创作音乐的能力也是与生俱来的。最后，随着我们对音乐感知和创作的特殊神经网络认识，也许帮助音乐家找到途径强化音乐方面的特殊能力。
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