杜憶，中科院心理研究所研究員。
其實不用成為一個職業的音樂家，把它作為一個愛好就已經可以讓我們的大腦更加年輕了。
音樂如何塑造了我們的大腦
杜憶
大家好，我叫杜憶，來自中國科學院心理研究所。我今天演講的題目是《音樂如何塑造了我們的大腦》。
我想先問大家這樣一個問題，人類是先有了音樂還是先有了語言呢？選語言的朋友請舉手，看來選音樂的人比較多。
對於這樣一個問題，事實上我們沒有一個確切的答案。因為最早的人類的音樂和語言，其實都是人類用自己的身體作為一個發聲體來表達思想和情感的工具。人類祖先的聲音模式是無法被記載，或者是通過化石保留下來的，我們能做的只是通過發音器官以及大腦的進化過程來推導。
人類在能夠掌握一些複雜的發音動作以表達不同的語義信息之前，他們已經知道如何通過控制聲音的強弱節奏來表達自己的情感，所以這可能就是音樂的起源。
大家知道最早的人類的樂器是什麼嗎？是一枚出土於德國、大約3.5萬年前的骨笛。
大家知道最早的文字形式是什麼嗎？有人說甲骨文，但其實是大約公元前3200年由蘇美爾人發明的楔形文字。
你看，從這個有形的載體而言，音樂其實是比語言起源得更早的。
這幅圖是現在保存在湖北省博物館的曾侯乙編鐘。
它的年代是戰國時期。它的音域非常地廣，只比現代的鋼琴少一個8度。它可以很完整地彈奏一個C音階，充分地說明了我們中國作為一個禮樂之邦，擁有複雜的音樂體系理論，而且歷史源遠流長。
音樂不僅貫穿了人類文明的歷史，而且還普遍地存在於世界上的每一個角落，每一種文化。
這是一個在亞馬遜流域的原始部落，他們的名字叫作毗拉哈人。
在他們的語言中沒有數字的概念，對顏色區分也非常地少，但是他們卻有非常豐富形式的音樂。對於他們而言，面前擺了十條魚和二十條魚是沒有區別的，但是音樂在他們的生活中卻是不可或缺的。
我們人類如此地喜愛音樂，如此地為它著迷，大家有沒有想過為什麼呢？在每次回答這個問題的時候，我的腦海中都會浮現出這樣一句歌詞：Do you ever wonder why this music gets you high？
我們可以先想一想，有什麼東西是可以讓我們high起來的？可能是一頓美味的食物，也可能是性、金錢，甚至是毒品。
Sescousse et_al., Neuroscience & Biobehavior Reviews, 2013
它們的一個共同點是：都可以激活我們大腦中跟獎賞相關的多巴胺系統。
音樂是不是有同樣的機制能夠誘發我們大腦的獎賞功能呢？
有一群科學家就試圖回答這個問題。他們給被試者連上一些生理傳感器，然後給他們聽一些令他們高度愉悅，甚至震顫、起雞皮疙瘩的音樂，然後來看看他們的反應。
結果就發現，大家在體會到音樂高潮的時候，他們的皮膚電反應是增加的，他們的心率會變快，呼吸也會變快，但是他們的體溫和脈搏會下降。
Salimpoor et al., PLoS ONE, 2010
大家可能會很好奇，什麼樣的音樂可以讓我們有如此的快感呢？
貝多芬的《命運交響曲》有讓大家有這種頭皮發麻的震顫感嗎？其實每個人的答案不一樣，你喜歡的音樂可能並不是另外一個人喜歡的。
在聆聽這種高度愉悅的音樂的時候，大腦中還會做出很強烈的反應，它會激發我們的多巴胺獎賞機制。而且這些跟獎賞相關的核團，比如說伏隔核以及紋狀體，它們的激活程度以及釋放的多巴胺濃度，是跟我們對音樂的喜愛程度、感受到的震顫程度以及我們願意出錢購買它的金錢的量是成正比的。
也就是說，我們如果更喜歡一個音樂更願意購買它的話，這些腦區的激活也會更多。
有一件特別恐怖、特別可怕的事情是，你對音樂的喜愛程度可以通過控制你大腦中某一個腦區的興奮程度而被操控。
我在加拿大McGill大學的一個同事最近就做了這樣一個實驗。他們採用一種叫作「經顱磁刺激」的神經調控方式，也就是在你的頭皮某一個部位施加一個連續微弱的磁刺激就可以興奮或者抑制某一個腦區。然後他們讓你聽不同的音樂，讓你去評價對這個音樂的喜好程度，以及願意出價的金錢額度。
他們發現，對於同一段音樂，如果使用一個興奮性的刺激序列讓你的大腦背外側前額葉更興奮的話，你就更喜歡這段音樂，也更願意花錢去購買這段音樂；相反，如果是用一個抑制性的刺激序列去抑制你大腦背外側前額葉的神經活動，那你就更不喜歡這段音樂，也更不願意購買這段音樂。
Mas-Herrero et al., Nature Human Behaviour, 2017
恐怖吧？你可以想像在未來的某一天，我們對某一些東西，甚至是某個人的喜愛程度，是可以通過在你大腦頭皮上施加一些聲光電磁刺激而被改變的。
還有一件很有趣的事跟大家分享，那就是並不是人人都喜愛音樂——有些人沒有音樂不能活，但有的人是完全無法從音樂中獲得任何的情感體驗的，這叫作音樂快感缺乏徵。他們在聽這種高度愉悅音樂的時候，沒有任何的生理反應，而且大腦的紋狀體激活甚至是被抑制的。
Martínez-Molinaet al. PNAS, 2016
我最開始聽到這個事完全不相信，世界上怎麼可能有這樣的人一點都不喜歡音樂呢？但是西班牙最近的一次調查發現，這個比例居然高達5.5%。中國近年來還沒有這樣的一個數字，但是如果我們把這個比例降低一半的話，現在在場的有300個人，那大概有7到8個人是完全不喜歡音樂的。大家如果發現自己有類似的一些症狀，可以去找這個量表來測一下。
Mas-Herreroet al., Music Perception, 2013
大家可能都有這樣的一些體會，在看電影電視的時候，BGM一起，我們可能頓時淚如雨下。音樂為何有如此大的魔力，能夠左右我們的情感呢？這是因為音樂可以強烈地激活我們大腦中跟加工情感相關的邊緣系統，包括加工情緒的杏仁核，以及跟音樂記憶相關的海馬。
我們在聽音樂的時候，可能跟這個音樂相關的那些片段，不管是十六歲的夏天，還是你跟TA的第一次，都會被誘發出來。音樂還會激活我們的獎賞系統，剛剛講過的。
很有意思的是，音樂中表達的情感是跨文化的，比如我們給一個外國人聽《二泉映月》，他可能也能準確地判斷出這段音樂流露的情感是悲傷，而不是喜悅的。
音樂不僅能夠如此強烈地左右我們自己的情感，還會影響我們對他人的情緒判斷。有這樣一個研究——給被試呈現一個中性的、情緒不太明確的面孔，然後給他們聽不同的音樂。
如果給他們聽的是一個令他愉悅、他很喜愛的音樂，他對這個面孔的判斷是更趨向於正性情緒的。如果我們給他聽的是令人不悅、他不喜歡的音樂片段，那他對這個面孔的判斷是更趨向於負性情緒的。
正是因為音樂可以左右我們的情感，甚至可以影響我們的決策，因此在一些快餐店，他們就傾向於使用這種輕快的流行歌曲，因為這樣可以加快我們進食的節奏，趕緊吃了走人。在一些高級的商場，他們就會使用這種優美的輕音樂和古典音樂，以增加顧客駐留的時間以及消費的可能性。
大家有沒有聽過這樣一個段子？說賣紅酒的高檔商店，如果給大家放的是古典音樂的話，人們更傾向於購買那些更昂貴的紅酒。
既然音樂如此重要，我們大腦中是如何加工這個音樂的呢？可以發現，相對於音樂，語言其實更多激活了大腦左側半球的一些腦區。而相對於言語，我們在加工音樂的時候更多激活的是大腦右半球的腦區。但是這並不等於像我們傳統認為的那樣，左腦加工語言，右腦加工音樂。
事實上，我們的大腦半球同時都在加工這兩種聲音，只是大腦半球的激活程度和它們的激活的模式對兩者的反應是不太一樣的。比如說右側聽皮層這個地方，它同樣在加工音樂也在加工言語。
所以我們大腦中並沒有一個腦區是對音樂特異性敏感的，音樂和言語它們其實是有共享的一個神經網絡。
Peretz. et al., Phil Trans R Soc, 2015
這張圖左邊是正常孩子的激活模式，右邊是自閉症兒童。自閉症的一個症狀就是對他人的語言反應特別低，但是他們對音樂卻有很強的敏感性。相對於語言，音樂能夠點亮他們大腦中更多的腦區。所以，對於這些來自星星的孩子，音樂是一個很好的與他們交流的工具。
Lai et al, Brain, 2012
那聽音樂可不可以改變我們的認知呢？它可以讓我們變得更聰明嗎？之所以問這個問題，其實是來源於1993年的一個研究。
他們發現相對於給被試聽10分鐘放鬆的音樂，或者什麼都不聽靜坐在那裡，給他們聽10分鐘莫扎特的《D大調雙鋼琴奏鳴曲K488》的一個片段，可以讓被試的空間推理能力提高。空間推理能力其實是我們人類智力的一種，換到這個智力得分上，可以讓我們的智力提高大約8分。
Rauscher et al, Nature, 1993
這在當時引起了巨大的轟動，以至於後來有很多的媽媽，她們傾向於在胎教的時候就給寶寶聽古典音樂，特別是聽莫扎特的音樂，希望能夠生出健康聰明的寶寶。
不管這個寶寶生出來會不會變聰明，但是的確胎兒的聽覺系統的發育是很早的。他們在媽媽肚子裡的時候就已經能夠分辨出媽媽的聲音和其他人的聲音，他們在出生以後也能夠分辨出這段音樂是我在媽媽肚子裡聽過的，那段音樂是我沒聽過的。
我還想舉一個極端的例子來說明聽音樂是可以改變我們的認知能力的。
這是一個視覺忽略症的患者，他們因為中風或者腦腫瘤，右側頂葉出現了腦損傷，因此如果一個東西呈現在左側視野，他是沒有辦法意識到和感知到的。
對於這樣的一些病人，如果給他們聽他喜歡的音樂和不喜歡的音樂，相對於不喜歡的音樂，當他們聽喜歡的音樂時，出現在左側視野的物體能夠更好地被感知和意識到。也就是說，聽喜歡的音樂其實是可以調節我們的注意力水平，甚至是意識水平的。
Soto et al., PNAS, 2009
剛剛談的是被動地聽音樂，那主動的音樂訓練是如何影響我們的認知能力呢？
音樂訓練是一種涉及聽覺、運動和視覺多系統、長時程的學習過程,調用了廣泛的腦區以及一系列高級認知加工的參與，比如額葉執行功能、海馬記憶過程，以及情緒和獎賞加工。
Levitin 2007 This Is Your Brain on Music
有這樣幾個大腦結構是經常被報導受到音樂訓練的可塑化調節的：兩個大腦的灰質結構，一個是右側聽覺皮層，一個是雙側的運動皮層，它們的厚度以及它們的體積在音樂家的大腦中是增加的。
Munteetal, Nature Reviews Neuroscience, 2002
另外兩個是很重要的大腦白質纖維束，也就是右邊這些顏色很好看的纖維結構。其中的一個結構叫胼胝體，它是連接大腦半球的一個樞紐，可以起到連接大腦半球信息整合的功能。
另外一個纖維束是弓狀束，它是一個連接同側半球前額葉、頂葉和顳葉縱向纖維束。它其實是連接跟發音運動相關的運動區，以及我們的聽覺區的一個重要結構。
研究發現，這兩條纖維束的信息傳導速率在音樂家中是增強的。
Hawanii et al., Frontiersin Psychology, 2011;
Oechslin et al., Frontiersin Human Neuroscience, 2009
這是一個大腦結構的變化，反映在行為上，音樂家到底有哪些更強的認知能力呢？
研究發現，音樂訓練其實可以提高我們的推理能力和執行功能，可以提高我們的言語記憶能力，可以提高我們的閱讀能力，甚至是數學能力。能在一些標準化的智力測試中獲得更高的得分，還可以提高我們的言語加工能力，特別是在嘈雜環境下的言語認知能力。
我這裡想說的是，很多的研究做的都是音樂家和非音樂家兩組人在同樣一個行為任務下不同的得分，或者說訓練的年限跟他們行為成績的提高有一個正相關。
但是相關並不等於因果，我們並不能做出這樣的一個因果推斷，說是音樂訓練導致了他們這個能力的提高。
那你可能還會問，是不是成為音樂家的人天生就跟我們不一樣？為了回答這個問題，其實是有兩個途徑的。
第一個就是通過雙生子的研究。我們現在正在做的是通過心理所一個很大的雙生子遺傳資料庫，想看看遺傳和音樂訓練到底是怎樣影響到大腦的發育以及各種認知能力。
另外一條途徑就是通過這種縱向追蹤的研究，對同一個人進行音樂訓練前後的某種能力的對比。
這張圖就是對8歲兒童進行了9個月的音樂訓練或者繪畫訓練，發現音樂訓練能夠提高兒童的閱讀能力，但是繪畫卻不行。
Moreno et al., Cerebral Cortex, 2009
我們心理所正在做的一個project，叫作「彩巢計劃」，其實我們就是想對6到18歲的兒童和青少年進行一個多隊列的縱向追蹤，其中一個方向就想看看中國的兒童和青少年，音樂訓練是如何影響到了他們大腦的發育以及各種認知能力。如果在座的有小朋友的家庭，也歡迎來參加我們的研究。
下面我想講一講的是音樂訓練和言語的關係。音樂和言語就是一個雙生子，它們之間有很多的共同之處，比如說它們有一些共享的聲學特徵，不管是節奏、音高、音色，它們還有共享的腦網絡以及加工機制。
言語加工是我們人類進行社會交往的一個非常高效的途徑，大家可以想一想，我們在使用微信的時候是不是收發語音比打字來得更輕鬆呢？
人類的言語交流其實很大程度上都是發生在一些嘈雜環境下的。比如說在一個喧囂的馬路上打電話，或者是在一個嘈雜的飯館裡跟人交談。
試想一下我們參加一個聚會，想跟男神或者女神交談，比如說話人A，但是周圍還有其他說話人B、C、D，他們也在那說話，那到達我們耳朵的其實是一個複合的整合在一起的聲波。
那人如何在這樣一個複合的聲波中去提取、分離和理解你感興趣的目標說話人的語音？這其實就是非常著名的「雞尾酒會問題」。
很多的研究就發現，音樂家特別擅長在這樣一個複雜聽覺場景中去加工聲音，不管是音樂還是語言。
為什麼呢？其實是因為音樂訓練增強了我們「自下而上」以及「自上而下」的聽覺加工過程。「自下而上」包括聲音頻率的加工、音色和節奏的編碼，「自上而下」涉及到很多高級認知功能，比如說聽覺注意能力以及聽覺工作記憶。
那什麼叫作工作記憶？工作記憶差的人，他們在聽你說後半段話的時候就已經忘了你前半段話在說什麼。
Kraus & Chandrasekaran, NRN, 2010
「自上而下」的加工機制裡面還有一個特別重要的機制，就是「感覺運動整合」。音樂，不管是在聽音樂還是在彈奏音樂中，都存在緊密的聽覺感覺系統和運動系統的一個信息整合。
暫且不問這隻鳳頭鸚鵡的節拍踩得有多準，我想問問大家，剛才大家在聽這段音樂節奏的時候，是不是也在不由自主地點腳或者是點頭呢？人類隨著音樂擺動自己的身體，這種音樂節奏跟運動系統的同步化其實是人類的一個本能。
我自己是一個研究音樂的人，但是很可惜我也是一個五音不全的人。五音不全的人其實是聽不到自己唱跑調的，即使是他們聽到自己唱跑調了，他也沒有辦法有效地依據聽覺反饋來有效地控制自己的發音，這就是跟感覺運動整合機制的缺陷有關係。
感覺運動整合機制背後的神經機制，其實是跟鏡像神經元相關的。鏡像神經元是由義大利科學家在恆河猴上偶然發現的。
他們本來是想研究大腦中某一個區域的神經元是如何進行運動編碼的，但是他們發現猴子上有一個額葉，這個前運動皮層一個f5的地方裡面有一些神經元，在猴子指使某些動作，比如說抓握香蕉的時候可以被激活。而旁邊一隻猴子坐在那什麼都沒動，就只是看著這隻猴子在做這個動作，它的那些神經元也被激活了。
鏡像神經元就像照鏡子一樣，連接起了我們的感覺過程和運動過程。鏡像神經元系統是人類動作模仿、學習、語言和共情心的一個神經基礎。
其實我們在聽人說話的時候也存在同樣的一個機制。我們最近的一個研究就發現，在聽人說話的時候，其實我們自己發音相關的那些腦區也被自動地激活了。它們在幹什麼呢？它們主動在預測你將要說什麼，通過這樣一個感覺跟運動系統信息的整合，是有助於我們在嘈雜環境下更好地去理解他人的語音的。
Du et al. ,PNAS, 2014
那我們就想問這樣的一個問題，既然音樂訓練涉及感覺系統之間的整合，那音樂訓練是否可以通過強化這樣一個機制，來促進我們在嘈雜環境下更好地理解他人的語音呢？
我們最近的一個研究就發現，相對於非音樂家，音樂家的聽覺區以及他們的發音運動區的激活水平是增加的。
Du & Zatorre, PNAS, 2017
同樣，他們這個聽覺區跟運動區的激活程度可以更好地對語音具有一個區分——比如說根據這兩個腦區的激活模式就可以預測出我聽到的到底是BA還是TA——而且這兩個腦區之間的功能連接也是變強的。
、
Du & Zatorre, PNAS, 2017
換句話說，音樂訓練，它通過增強聽覺區跟運動區之間的一個信息整合，來促進我們在嘈雜環境下有更好的言語感知和理解。
這就比較有意思了，因為對於一些人，特別是老年人，他們就存在這種在噪音環境下言語理解的困難。大家可能都有這樣的體驗，家裡的長輩跟你抱怨說，我聽得見，但是我聽不清楚你或者電視機裡的人在說什麼。
那我們是不是可以通過音樂訓練來減緩老齡化帶的來這樣一個言語識別困難呢？我們實驗室就做了這樣一個研究。
我們找了四組人，一組是老年的非音樂家，一組是老年的器樂家，一組是老年的歌唱家，還有一組是年輕的非音樂家。我們讓這四組人去聽三個女生同時說話，讓他識別其中一個女生的說話內容。
我們發現，相對於老年的非音樂家，兩組老年音樂家他們的成績是明顯更高的，儘管他們比年輕人還是差那麼一點點。這就是說，音樂訓練事實上是可以減緩老齡化帶來的言語識別困難的。
Zhang, Fu & Du, unpublished data
特別有意思的是，我們特別關心這兩種老年音樂家之間的關係——老年器樂家和老年歌唱家。
我們之所以關心這個，是因為唱歌的時候，加工旋律的那部分其實是更多調用了右側半球腦區，加工歌詞那部分更多調用的是左側半球的腦區，通過唱歌這樣一種形式是可以把兩側半球的信息整合在一起的，而且唱歌還調用了我們跟發音相關的這些運動區。所以我們覺得相對於器樂，聲樂對老年人而言是一個更輕鬆，也比較有效的訓練方式。
再說一點，通過對大腦的結構影像的機器學習去預測大腦的年齡。
Rogenmoser et al., Brain Structure & Function, 2017
可以發現，相對於非音樂家，業餘音樂家和職業音樂家的大腦的年齡都更加年輕。而且很有意思的是，業餘音樂家的大腦年齡甚至比職業音樂家的大腦年齡更加年輕。所以其實不用成為一個職業的音樂家，把它作為一個愛好，把音樂訓練作為一個愛好，已經可以讓我們的大腦更加年輕了。
最後我想說一下音樂治療。音樂治療帶給我最大的一次感觸是在醫院的言語康復科，我親眼看見一個70多歲的老大爺，他因為中風得了運動性的失語症。聽和理解是沒有問題的，他能聽懂你說話，但是自己發音很困難，很多單字的音都發不出來，但是他通過使用《東方紅》的節奏，能夠唱出很多的話。
除了治療失語症，音樂治療還被用於治療阿爾茲海默氏症。我們知道阿爾茲海默氏症病人的記憶能力逐漸地下降，音樂其實是可以喚起患者很多跟音樂相關的記憶的，而且音樂還可以激活很多大腦的區域，可以作為整合破碎大腦的一個有效工具。
剛剛也提到，音樂其實是可以強烈地喚起我們的情緒的，因此它也可以作為一些情感障礙治療的輔助工具，比如說抑鬱症，以及我們剛才提到的自閉症。
總之，音樂就是一個溫柔但是強大的工具，它不僅能夠治癒我們的心靈，撫慰我們的心靈，還能減輕我們人類很多的病痛。
最後我想說的是，音樂雖好，別讓音樂毀了耳朵。現在有很多的人都喜歡戴著耳機走路，或者是坐公交車、坐地鐵，甚至是跑步。但是要提醒大家的是，音量要控制在60分貝以下，連續聽音樂的時間也不要超過一個小時。
謝謝大家。
題圖/圖蟲創意