音樂刺激對音樂腦功能的影響

音樂刺激對音樂腦功能的影響

長期以來，音樂一直是藝術的范疇，但近年來，它引起了科學和技術部的關注，并被用作特殊科學。有研究提示人腦有專門的神經回路來感受、處理音樂,認為從小的音樂訓練能對人腦許多區(qū)域的神經功能連接發(fā)生可塑性作用,并能提高人腦左半球的時間、空間理解力及增強記憶力從而激發(fā)人腦的潛能。通過對音樂家這一特殊人群的研究有助于進一步了解大腦的神秘性。目前,國外利用現(xiàn)代腦功能成像技術來對比研究音樂家與非音樂家的腦功能特征正處于初步階段。在中國文化背景上,來研究音樂家與非音樂家的腦功能差異未見報道。本實驗應用磁共振腦功能成像,對照觀察音樂家與非音樂家分別在中國傳統(tǒng)音樂“梁?！逼渭巴任锢砟芰康陌自胍舸碳r的腦功能變化特征?，F(xiàn)將實驗初步結果報道如下。1材料和方法1.1非邏輯音樂訓練從大學里征召音樂家與非音樂家各12人。音樂家這里特指從小接受音樂專門訓練的音樂系高年級大學生或研究生,自4～9歲開始受訓,主要訓練器樂有鋼琴、電子琴、手風琴及小提琴等,每位至少接受一項器樂訓練,并通過國家10級考核;非音樂家是指未經過音樂專門訓練的一般大學生。受試者均為男性右利手,年齡21～26歲,平均23.36歲。身體健康,無精神及神經系統(tǒng)疾病,也無聽力異常病史。1.2音樂片段與白噪音片段的轉換讓受試者分別聆聽“梁?！币魳返牟煌渭捌渫任锢砟芰康陌自胍?用Matlab工具進行轉換所得)。實驗時由計算機控制程序執(zhí)行,音樂片段與白噪音片段處在同一序列中,各重復3次,其中一半受試者先聽音樂片段,一半受試者先聽白噪音片段。每個任務持續(xù)時間30s,間隔24～36s不等,共6min。1.3回波平面像掃描tr/tgrage-epi采用美國GE公司生產的1.5TSignaHorizon全身超導型核磁共振成像系統(tǒng),裝備標準頭線圈,EPI軟硬件設備,并配備專門的視、聽覺輸入設備。受試者仰臥位,頭被固定,閉眼并帶上專用氣泵式耳機。定位像掃描:采用自旋回波(SpinEcho,SE)序列,軸位,T1加權像;參數(shù)為TR/TE=500/9ms,層厚=5mm,間隔=1mm,視野=240×240mm2,矩陣=256×256,層數(shù)=22,幀數(shù)=1幀/層。功能像掃描:采用梯度回波-回波平面(GradientEchoplannerimaging,GRE-EPI)序列,軸位,T2加權像;參數(shù)為TR/TE=3000/50ms,翻轉角=90°,層厚=5mm,間隔=1mm,視野=240×240mm2,矩陣=64×64,層數(shù)=22,幀數(shù)=120幀/層,掃描時間=6min。三維結構像掃描:快速擾相梯度回波(SPGR)序列,矢狀位,T1加權,TR/TE=27/6ms,翻轉角=45°,層厚=1.3mm,層數(shù)=114,視野=240×240mm2,矩陣=256×256。1.4激活圖的生成和生成使用國際通用的AFNI軟件包對實驗數(shù)據(jù)進行處理。首先矯正功能像的頭動,然后與相應的結構像對齊,參照Talairach和Tournoux定義的標準坐標進行空間標準化,并采用各項同性高斯法,以半高寬(FWHM)為5mm對圖象進行光滑處理。將每組數(shù)據(jù)進行數(shù)學平均,利用反卷積和多重線性回歸得出在不同任務刺激下每個像素點的血流反應曲線和回歸統(tǒng)計值F,F值大于等于21.40(P≤1.0×10-6)的像素點被定義為激活點。將激活區(qū)域覆蓋在結構像上以偽彩顯示生成平均激活圖。根據(jù)實驗結果P值的范圍(1.0×10-5～1.0×10-15),將P值分成不同的梯度并以不同的色彩顯示激活區(qū)(圖1～3)。計算出激活腦區(qū)的體積大小及體積中心點坐標。為增加準確性,僅計算至少10個像素相連的激活區(qū)域(體積>270mm3)。同時分別處理每個受試者的數(shù)據(jù)生成個體激活圖,用Mann-Whitney檢驗,比較分析音樂家與非音樂家在音樂刺激時左、右顳區(qū)激活體積的差異性。2結果2.1側皮質激活區(qū)側音樂家與非音樂家在白噪音刺激時主要表現(xiàn)為雙側顳橫回區(qū)較弱的激活,而在音樂任務刺激時,雙側聽皮層激活范圍明顯擴大,涉及顳橫回、顳平面及部分顳上回和顳中回。但音樂家絕大多數(shù)表現(xiàn)為左側顳區(qū)激活優(yōu)勢,并伴有其它腦區(qū)較廣泛和較強的激活,尤其是楔葉、楔前葉、額內側回、左枕中回等區(qū);非音樂家絕大多數(shù)為右側優(yōu)勢,伴有其它腦區(qū)較少及較弱的激活。見表1及圖1～3。2.2非音樂作品12人中的兩組各比例為左右側,左以左為左,左以左為左,左以左為左音樂刺激時,音樂家12人中,左側>右側有10人,左側<右側有2人;而非音樂家12人中,左側>右側僅有1人,左側<右側有11人。據(jù)Mann-Whitney檢驗統(tǒng)計分析,音樂家與非音樂家左、右顳區(qū)體積相比有非常顯著差異(U=10.00,P=0.00)。見表2。3音樂能力的提高音樂是人類除語言之外特有的一種現(xiàn)象,不同的民族文化均有所于自己的不同音樂。據(jù)考古學家證實早在距今43000年前人類就已使用樂器(骨笛)演奏。音樂的成分極其復雜,其中包含音色、節(jié)律、和聲、曲調及旋律等多種成分。近年來有研究表明,人腦中有多個腦區(qū)和回路參與感受、處理音樂。本實驗證明人腦對音樂的反應和對白噪音的反應有明顯不同,白噪音僅使兩側顳橫回區(qū)較弱的激活,而音樂除能使聽皮層更強和更廣泛的激活外,還使其它許多腦區(qū)激活。無論是音樂家還是非音樂家均有其它較多腦區(qū)參與,如額葉、頂葉、扣帶回及小腦等,但音樂家的激活區(qū)更強、更廣泛,尤其使楔葉、楔前葉、額內側回和左枕中回等區(qū)激活,而且音樂家一般表現(xiàn)為左側顳區(qū)占優(yōu)勢。這可能是長期的音樂訓練增強了腦區(qū)間神經樹突、軸突的連接,提高了對不同細微聲音的辨別能力,尤其是提高了左腦的時間、空間理解力。左側顳區(qū)與時間的理解及分析能力密切相關,例如對音的同步性及持續(xù)時間作判別時起主要作用。有關音樂家與非音樂家之間是否存在大腦非對稱性的不同,仍然存在爭議。最早由Bever和Chialrell在行為學上研究提出,音樂家是右耳優(yōu)勢(左腦優(yōu)勢),而非音樂家是左耳優(yōu)勢(右腦優(yōu)勢)。從最近的研究來看,音樂家一般為左側腦優(yōu)勢,尤其是具有絕對音調辨別能力(無須參照音就能辨別出單個音調)的音樂家,而非音樂家一般為右側優(yōu)勢。本實驗顯示音樂家絕大多數(shù)為左側優(yōu)勢(10/12為左側顳區(qū)>右側顳區(qū),2/12為右側>左側),而非音樂家一般為右側優(yōu)勢(11/12為右側顳區(qū)>左側顳區(qū),1/12為左側>右側)。音樂家組中有2人為右側顳區(qū)優(yōu)勢,可能與這2人開始接受音樂訓練的時間相對較晚(9歲才開始正規(guī)音樂訓練)有關。非音樂家中也有1人為左側優(yōu)勢,這可能與先天因素有關。因為音樂家具有特征性腦的形成是由單純訓練所致,還是由遺傳因素決定,或者是兩者兼之,仍無明確定論。有證據(jù)支持音樂能力的高低有遺傳因素的影響。Drayna等通過136對同卵雙生兒及148對異卵雙生兒的研究,觀察到同卵雙生兒對旋律的鑒別能力比異卵雙生兒更相似。本實驗中參加的音樂家均是從小(4～9歲)開始接受音樂訓練,結果提示早期的音樂訓練的對音樂能力的提高很重要?，F(xiàn)代腦功能成像技術已顯示,音樂家和非音樂家相比不僅在腦功能上有不同,而且有腦結構上的改變。Schlaug等報道音樂家的左側顳平面體積較普通人大。此外,利用彌散張量成像顯示,音樂家在胼胝體膝部的神經纖維的部分各項異性(fractionalanisotropyFA)明顯較非音樂家增大。ChristoPantev等利用腦磁圖顯示,音樂家在傾聽鋼琴曲時聽皮層激活體積明顯大于非音樂家,而且激活體積的增大與早期受音樂訓練的年齡有相關性。這些研究者認為,從小的音樂訓練,尤其是7歲前就接受音樂訓練更容易使聽皮層發(fā)生改變,從而提高對音調的辨別能力。另外,Blood和Zatorre等利用PET技術還證明不同的音樂能產生不同的情緒反應,愉快的音樂可使小腦、扣帶回、丘腦、額葉等