凡音之起，由人心生也。人心之動，物使之然也。感于物而動，放行于聲。聲相應(yīng)，放生變，變成方，謂之音。比音而樂之，及于戚羽毣，謂之樂?！抖Y樂.樂記》

　　音樂和語言是承載著人類喜怒哀樂的符號系統(tǒng)。二者均依托于變化的、有序的聲音信號形成樂音或言語來實現(xiàn)信息交流。音樂和言語的感知和產(chǎn)出依賴于人類完備的聽覺系統(tǒng)、發(fā)聲器官及運動系統(tǒng)相應(yīng)的肌肉群間協(xié)同運動。此外，聆聽或演奏音樂，傾聽或表達言語均需要記憶、選擇性注意等認(rèn)知功能。二者在聲學(xué)、感知覺和認(rèn)知層面的相似性使得音樂和言語的感知和產(chǎn)出共享一些基本的神經(jīng)環(huán)路和加工機制。

　　研究表明，音樂訓(xùn)練經(jīng)驗可以塑造大腦結(jié)構(gòu)與功能，并影響著人類的言語技能，但科研人員對從音樂技能到言語技能的“遷移效應(yīng)”及其神經(jīng)機制的了解尚不充分。中國科學(xué)院心理研究所行為科學(xué)院重點實驗室研究員杜憶研究組近期開展的兩項研究為回答音樂訓(xùn)練經(jīng)驗如何影響言語知覺加工及相應(yīng)的大腦功能和結(jié)構(gòu)提供了啟示。

　　研究一：

　　言語感知和理解能力下降是老年人普遍遇到的慢性健康問題之一。老年人的“聽不清”源于諸多方面，包括外周聽力下降（主要表現(xiàn)為高頻損失），中樞聽覺系統(tǒng)對于聲音的編碼能力下降，以及聽覺認(rèn)知能力衰退，如聽覺工作記憶和選擇性注意等。雖然大量研究發(fā)現(xiàn)，音樂訓(xùn)練經(jīng)驗?zāi)軌蛟鰪娔贻p人的聽覺加工、聽覺認(rèn)知以及嘈雜環(huán)境下的言語知覺能力。但是，尚無研究直接考察不同音樂訓(xùn)練經(jīng)驗?zāi)芊裱泳徖夏耆嗽胍舯尘跋卵哉Z感知能力的衰退，及其與聽覺認(rèn)知能力之間的關(guān)系。

　　杜憶研究組近期開展的行為實驗證實，無論是唱歌還是彈琴，音樂訓(xùn)練經(jīng)驗可以有效延緩老年人在噪音背景下言語感知能力的衰退，并且聽覺工作記憶在音樂經(jīng)驗對抗老化的過程中扮演了重要的中介作用。

　　該研究招募了29名老年非音樂家、48名老年音樂家（24名器樂家和24名聲樂家）、24名年輕非音樂家以及48名年輕音樂家（16名弦樂家、16名鋼琴家、16名打擊樂家）進行噪音下言語識別測試。老年音樂家均在20歲前開始學(xué)習(xí)音樂，具備20年以上的音樂訓(xùn)練經(jīng)歷，并且在近三年依然保持練習(xí)（每周>1小時）；年輕音樂家均在8歲前開始學(xué)習(xí)音樂，具備10年以上連續(xù)的音樂訓(xùn)練經(jīng)歷。所有被試均具有正常的外周聽力，各組老年人及各組年輕人均各自平衡了人口學(xué)變量（性別、年齡、教育程度）、一般性認(rèn)知能力和執(zhí)行控制能力。

　　研究發(fā)現(xiàn)，音樂訓(xùn)練經(jīng)驗并沒有在句子水平上使年輕人的噪音下言語感知能力更好，但在老年人群體中，老年音樂家的噪音下言語感知能力顯著地比老年非音樂家更好，并且在大部分條件下不遜于年輕人（圖1）。雖然在訓(xùn)練總時長上老年聲樂家組顯著短于老年器樂家組近十年的時間，但兩組人的噪音下言語識別成績并無顯著差異（圖2），提示聲樂訓(xùn)練對老年人而言可能產(chǎn)生更有效的言語加工“遷移效應(yīng)”。此外，聽覺工作記憶能力（比如聽完之后正確復(fù)述一串?dāng)?shù)字）也呈現(xiàn)了類似模式，老年音樂家的聽覺工作記憶好于老年非音樂家，僅略遜于年輕人。路徑分析結(jié)果表明，聽覺工作記憶在噪音下言語感知能力的老化下降和受音樂訓(xùn)練經(jīng)驗的促進過程中起顯著的中介作用（圖3），即老年人在噪音下言語感知能力的下降與其聽覺工作記憶容量的下降有關(guān)，而音樂訓(xùn)練經(jīng)驗可通過保持老年人的聽覺工作記憶容量從而對抗其在不利聽音條件下的言語知覺能力衰退。

　　圖1.老年非音樂家、老年音樂家、年輕非音樂家和年輕音樂家組在各掩蔽類型和語噪空間關(guān)系條件下的噪音下言語識別成績：（A）語譜噪音語噪分離；（B）語譜噪音語噪重疊；（C）語音噪音語噪分離；（D）語音噪音語噪重疊。*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001

　　圖2.老年非音樂家、老年器樂家和老年聲樂家在各掩蔽類型和語噪空間關(guān)系條件下的噪音下言語識別成績：（A）語譜噪音語噪分離；（B）語譜噪音語噪重疊；（C）語音噪音語噪分離；（D）語音噪音語噪重疊。*p<0.05,**p<0.01, ***p<0.001

圖3.路徑分析模型結(jié)果。虛線表示不顯著路徑，實線表示顯著路徑。*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001

　　該研究揭示出音樂訓(xùn)練經(jīng)驗延緩和抵抗言語感知能力老化的認(rèn)知機制，為設(shè)計和開展音樂訓(xùn)練方案干預(yù)和改善老年人的言語加工能力提供了理論基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表在Ear and Hearing上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的支持。

　　研究二：

　　連接額-頂-顳葉的弓形束（arcuate fasciculus, AF）被認(rèn)為是語言加工腦雙通路模型中背側(cè)通路與聽覺運動整合相關(guān)的核心白質(zhì)纖維束。已有研究表明，音樂訓(xùn)練經(jīng)驗可加強言語刺激的聽覺編碼、運動編碼和聽覺-運動系統(tǒng)間的信息整合來提高人們在噪音背景下的言語感知能力（Du & Zatorre, 2017）。然而，音樂訓(xùn)練經(jīng)驗是否可以通過引發(fā)聽覺-運動神經(jīng)環(huán)路的白質(zhì)纖維（即弓形束）結(jié)構(gòu)變化來影響噪音背景下言語感知能力尚不清楚。

　　科研人員采用磁共振彌散張量成像技術(shù)，從弓形束纖維連通性，半球偏側(cè)化，以及長時程白質(zhì)微結(jié)構(gòu)變化、即時血液動力學(xué)變化與行為成績的關(guān)系三個方面揭示出音樂訓(xùn)練經(jīng)驗對弓形束的可塑性調(diào)節(jié)及其對噪音背景下言語感知的貢獻機制。音樂訓(xùn)練經(jīng)驗增強了右側(cè)弓形束直接通路（dAF）和左側(cè)弓形束間接通路的前支（aAF）的連通性，加強了間接通路弓形束后支（pAF）的左偏側(cè)化程度，并且這些改變與音樂家在噪音下言語感知能力的增強有關(guān)。此外，該研究首次證實了這種跨領(lǐng)域的“轉(zhuǎn)移效應(yīng)”在大腦結(jié)構(gòu)、功能和行為改變間的因果關(guān)系：音樂訓(xùn)練經(jīng)驗所伴隨的右側(cè)弓形束直接通路的結(jié)構(gòu)改變是通過右側(cè)聽皮層任務(wù)態(tài)下的神經(jīng)活動強度作為中介變量來調(diào)控噪音下言語感知能力。

　　該研究招募了15名年輕音樂家（訓(xùn)練起始年齡≤7歲，訓(xùn)練總時長>10年，每周訓(xùn)練時間>3小時）和15名年輕非音樂家，兩組被試的人口學(xué)變量（性別、年齡、教育程度），基本的聽覺能力和認(rèn)知能力（聽覺工作記憶廣度和非言語IQ）進行了匹配。被試在磁共振成像儀中完成不同噪音強度下的音節(jié)辨別任務(wù)，并采集被試的功能和彌散張量成像。采用確定性纖維束追蹤方法獲取連接額葉運動皮層（包含布洛卡區(qū)和腹側(cè)前運動皮層）和聽覺皮層（包含后側(cè)顳上回和顳中回）的弓形束直接通路（dAF），以及由頂葉皮層（包含角回和緣上回）連接聽覺和運動區(qū)域的間接通路中的弓形束前支（aAF）和后支（pAF）（圖4）。各向異性系數(shù)（FA）、軸向擴散系數(shù)（AD）和縱向擴散系數(shù)（RD）同時被分析用于更好地理解由神經(jīng)元軸突萌發(fā)、修剪或重新連接引發(fā)的白質(zhì)纖維束性質(zhì)的改變，如神經(jīng)元髓鞘化程度。

　　結(jié)果表明，相對于非音樂家，音樂家的右側(cè)dAF具有更高的FA值，左側(cè)aAF具有更低的RD值以及pAF更左偏側(cè)化，并且在音樂家和非音樂家中這些指標(biāo)均可以預(yù)測其在噪音背景下的音節(jié)識別能力（圖5）。中介變量分析表明，音樂家和非音樂家右側(cè)聽皮層在任務(wù)態(tài)下的血氧水平變化可以作為中介變量調(diào)控右側(cè)dAF的FA值與噪音下言語感知能力間的相關(guān)關(guān)系（圖6）。該研究提示，音樂演奏或歌唱經(jīng)驗通過影響聽覺-運動神經(jīng)環(huán)路的白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)來促進對言語信息的編碼和整合能力。這種跨領(lǐng)域的“遷移效應(yīng)”促使我們更加深刻地了解大腦結(jié)構(gòu)、功能和行為改變間的關(guān)系，對改善老年群體以及聽力損失和言語障礙人群的言語感知能力具有重要的理論意義。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在Cerebral Cortex上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項和加拿大健康研究院基金的支持。

圖4.雙側(cè)弓形束直接通路（dAF）、前支（aAF）和后支（pAF）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和概率圖譜

　　圖5.（A）弓形束各分支組間比較結(jié)果及其與噪音背景下言語感知成績間的相關(guān)關(guān)系。（B）弓形束各分支偏側(cè)化指標(biāo)的組間比較結(jié)果。（C）后側(cè)弓形束的偏側(cè)化程度與噪音背景下言語感知能力的相關(guān)關(guān)系。*置換檢驗后的FDR校正p<0.05

　　圖6.中介分析模型結(jié)果：右側(cè)弓形束直接通路的FA值通過調(diào)節(jié)右側(cè)聽皮層的血氧水平變化影響噪音背景下言語感知能力。*p<0.05，**p<0.01