音樂研究的主流理論認為，即使音樂沒有明確的進化功能，它在文化中之所以能得以延續(xù)，是得益于其隱含的社會和情感功能。這類研究的重要性不言而喻。然而在探索音樂和大腦的關(guān)系時，傳統(tǒng)神經(jīng)科學的實驗方法顯得力不從心。從音樂心理學的角度來看，實驗室的環(huán)境與在現(xiàn)實生活中進行現(xiàn)場音樂表演和聽音樂的環(huán)境相去甚遠。從神經(jīng)科學的角度來看，有幾個腦區(qū)僅能通過多模態(tài)輸入被激活或更嚴格地被激活。因此在最嚴格的聽覺范式下進行的研究，其普適性可能是模棱兩可的。

近期，關(guān)于音樂的神經(jīng)科學研究已經(jīng)開始向自然主義、生態(tài)有效的范式轉(zhuǎn)變。赫爾辛基大學的Mari Tervaniemi介紹了這一轉(zhuǎn)變在三個框架中的應(yīng)用——聲音刺激和實證范式，研究參與者，以及數(shù)據(jù)采集的方法和背景——希望在已經(jīng)做出的自然范式的研究基礎(chǔ)上激發(fā)創(chuàng)新思維，進一步推進研究的生態(tài)效度。

聲音刺激和實證范式

腦科學研究中的聽覺范式所呈現(xiàn)的聲音常常經(jīng)過精心設(shè)計，嚴格控制無關(guān)變量，并且不停重復。然后，通過編碼聲音序列來標記聲音的內(nèi)容，測量其腦反應(yīng)中的事件相關(guān)電位（event related potential，ERP）。

那么，如果把較長片段或者整段音樂作為聽覺刺激，如何測量音樂中相關(guān)特征的腦響應(yīng)？這種情況下，可以借助于音樂信息檢索（music information retrieval，MIR）工具箱來量化音樂中的聲學以及音樂特征，再分析所得到的腦電圖（electroencephalogram，EEG）作為給定音樂內(nèi)容的函數(shù)。例如，Poikonen等人記錄音樂家、舞蹈家和普通人的EEG信號，同時播放Bizet-Shchedrin所作《卡門》中的一個選段。在另一種條件下，播放視聽版選段，也就是包含以當前音樂選段編舞的現(xiàn)代舞。作者使用MIR找到音樂中音色亮度（timbral brightness）特征，計算對應(yīng)時段的ERP，發(fā)現(xiàn)舞者對音色亮度的快速變化有更強的P50反應(yīng)，而音樂家和普通人則沒有。同時，當音樂伴隨著舞蹈時，所有人的N100和P200反應(yīng)都被抑制和加速了。由此可見，MIR工具箱可以支持長時程音樂的腦科學研究。

也有研究使用較短音樂句子或者節(jié)拍作為刺激，利用ERP方法研究音樂句法加工的神經(jīng)基礎(chǔ)。類似于語言學中的句法違法誘發(fā)的P600，當樂句的結(jié)尾音調(diào)與被試預期的內(nèi)容不同時，也會誘發(fā)P600。另一個用來測量聲音感知和認知的神經(jīng)準確度的ERP被稱為失匹配負波（mismatch negativity，MMN)。當偶爾出現(xiàn)的偏差刺激破壞了重復出現(xiàn)的聲音序列的規(guī)律時，則誘發(fā)MMN。Vuust等人設(shè)計了首個MMN且生態(tài)有效的音樂研究范式。他們使用了基于Alberti低音的琶音伴奏，在這段伴奏中，重復出現(xiàn)4個音調(diào)的小節(jié)（即標準刺激），偶爾出現(xiàn)一個小節(jié)，第三個音調(diào)出現(xiàn)變化（即偏差刺激）。這個音調(diào)上的音強、頻率、音色、節(jié)奏等方面變化，都可以誘發(fā)MMN。在隨后的實驗MMN范例中，音符節(jié)奏都是以循環(huán)且音調(diào)隨機變化的方式呈現(xiàn)。

研究參與者

過去幾十年里，基于神經(jīng)科學的音樂研究所招募的被試也發(fā)生了變化。最早的音樂腦研究會比較音樂家和普通人對音樂的反應(yīng)，甚至以有無絕對音感來對音樂家分組。之后，音樂家分組更加細化，有的按照訓練方式分為傳統(tǒng)訓練和自學成才，有的按照音樂風格和樂器種類進行分類。

以上被試主要都是健康成年人，其他成年被試還包括有先天性失歌癥的患者。而在一些開創(chuàng)性的神經(jīng)科學研究中，患有神經(jīng)或精神疾病的人一直是目標人群。這些疾病包括肌張力失常、中風伴隨或不伴隨獲得性失歌癥、抑郁癥。后來，在音樂醫(yī)學和音樂治療背景下，利用認知神經(jīng)科學的方法，對這些人群和其他人群進行了大規(guī)模的橫向和縱向研究。

除了成年人，音樂研究也開始招募兒童作為被試，來探討音樂學習的腦基礎(chǔ)，了解音樂學習對提高非音樂聽覺和認知能力的遷移效應(yīng)，例如音樂學習對語言發(fā)展的影響。后來的研究評估了音樂在治療神經(jīng)認知障礙方面的影響，比如閱讀障礙和聽力障礙。

為了探索早期聽覺學習的影響，研究集中在足月嬰兒和新生兒。此外，有研究還招募了產(chǎn)婦和新生兒進行研究，來確定胎兒期的聽覺學習是否在新生兒的EEG中表現(xiàn)為ERP和皮層下頻率跟隨反應(yīng)。

總之，音樂腦研究的數(shù)據(jù)收集目前已擴展到覆蓋整個生命周期，并包括神經(jīng)正常和不正常的個體。然而，上述研究所使用的幾乎都是西方音樂，顯然對于非西方音樂的研究仍是迫切的。音樂的跨文化神經(jīng)科學研究也需要積累更多非西方音樂的相關(guān)研究經(jīng)驗。

數(shù)據(jù)采集方法和背景

技術(shù)的進步促進了EEG在實驗室之外的應(yīng)用，例如學校和日托中心。隨著EEG研究的發(fā)展，其數(shù)據(jù)允許被試在更大幅度的運動期間進行記錄并分析。因此演奏者在演奏時，以及聽眾隨音樂律動時的EEG都可以被記錄。甚至當被試在鍵盤上重復彈奏熟悉的序列時，可以同時監(jiān)測他們的手指運動、記錄樂器數(shù)字接口（musical instrument digital interface， MIDI）數(shù)據(jù)和EEG。

值得關(guān)注的是，在一些現(xiàn)代音樂廳中，包括在現(xiàn)場表演中記錄生理信號的技術(shù)（包括EEG、肌肉運動、皮膚電、心率等等），可能成為研究音樂聆聽和表演的新途徑。這樣的音樂廳包括加拿大麥克馬斯特大學的LIVELab和德國法蘭克福馬克斯普朗克經(jīng)驗美學研究所的ArtLab。這兩個地方都提供了在禮堂和舞臺上測量EEG和生理數(shù)（如肌電圖、心率、呼吸頻率和皮膚電導）的可能性。還有實驗室則專注于在現(xiàn)實世界中收集多模式數(shù)據(jù)，如挪威奧斯陸大學的fourMs實驗室和意大利熱那亞大學的Casa Paganini。芬蘭阿爾托大學推出的一項名為Magicsvi的項目，則專注于將虛擬現(xiàn)實作為藝術(shù)表演和學習的一部分?？梢灶A見，使用這些實驗室提供的測量數(shù)據(jù)和被試自我報告的內(nèi)容（如對音樂的沉浸感、情緒等等），將為音樂的藝術(shù)和科學方面提供令人興奮的見解。

希望以上內(nèi)容可以起到拋磚引玉的作用，進一步激發(fā)科研工作者對音樂自然范式研究的興趣和靈感，為音樂腦科學的研究提供更多新穎的視角。

[1]Poikonen, H., Toiviainen, P. & Tervaniemi, M. Early auditory processing in musicians and dancers during a contemporary dance piece.?Sci Rep?6, 33056 (2016). https://doi.org/10.1038/srep33056?

[2]Haumann, N. T., Lumaca, M., Kliuchko, M., Santacruz, J. L., Vuust, P., & Brattico, E. (2021). Extracting human cortical responses to sound onsets and acoustic feature changes in real music, and their relation to event rate. Brain Research, 1754, 147248. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2020.147248

[3]?Tervaniemi, M. (2023). The neuroscience of music – towards ecological validity. Trends in Neurosciences, 46(5), 355–364. https://doi.org/10.1016/j.tins.2023.03.001

[4]?Vuust, P., Brattico, E., Glerean, E., Sepp?nen, M., Pakarinen, S., Tervaniemi, M., & N??t?nen, R. (2011). New fast mismatch negativity paradigm for determining the neural prerequisites for musical ability. Cortex, 47(9), 1091–1098. https://doi.org/10.1016/j.cortex.2011.04.026