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文 | 追問 NextQuestion
在人類大腦深處，有一種令人着迷的現象在幾個世紀以來一直吸引着我們——音樂和大腦之間的深切互動。從舒緩的搖籃曲到令人振奮的交響樂，音樂具有無窮的力量，可以激發情感，點燃創造力，帶給我們不同的感觀體驗。
科學家們正緻力于解開音樂影響人類神經回路之謎，揭示它對大腦各個區域和功能的影響。在本期 " 追問專訪 " 中，我們有幸邀請到中國科學院心理研究所的杜憶老師，從 " 抗衰老 " 的角度，一同探索音樂對大腦的影響。
Q：請簡單介紹一下您的研究背景。
杜憶：我本科學的是醫學，但我在選擇博士專業的時候對心理學，特别是對我們大腦的奧秘很感興趣，于是轉學了心理學的直博。在博士期間我做的是以大鼠爲研究對象的聽覺研究，包括生理和行爲的一些研究。在博士階段的後期以及博後期間，我開始對人腦以及人腦如何加工語言、音樂這樣一些高級的聽覺信号更加感興趣了。所以在我建立了實驗室之後，一直在研究人腦對語言的理解、音樂的欣賞，以及相關的神經機制。
人變老之後，大腦的結構和功能會發生一些衰退，其中一個非常影響老年人生活質量的變化就是聽力的下降。老年人在街道、飯館這樣嘈雜的環境中，很難聽清楚他人的話，這不僅影響老年人的社交，還會影響他們的情緒，甚至導緻一些癡呆的早發。所以我們很關心老年人到底如何在這種嘈雜環境下進行言語理解，是否調用了一些額外的認知機制？
我們 2016 年發表在 Nature Communications 上的一篇文章發現，老年人雖然感知覺的加工下降了，但是會更多地調用一些額外的腦區，特别是跟發音相關的言語運動腦區，來主動預測他人下一步将要說什麽。這種主動的、自上而下的（top-down）預測，可以幫助老年人更好地對抗自身感知覺的下降，同時幫助他們能夠在比較複雜的環境中更好地理解對方的語言。
基于這樣的背景，2017 年我們發表在 PNAS 上的一篇研究發現，年輕人，特别是年輕的音樂家，更擅長在一些複雜環境中進行言語理解。我們想追問其背後的神經機制是什麽，結果發現，年輕的音樂家具有更強的感知運動整合能力，他們不僅僅依賴聽，也依賴發音運動的預測和補償，以及跨模态的信息整合，來幫助自身在複雜環境中進行言語理解。
通過這兩個研究可以發現這兩者之間的關聯，即老年人可能更依賴于這種高級的、自上而下的感知運動的預測和整合，而年輕音樂家因爲有了音樂訓練的經驗，他們更擅長利用言語的感知運動整合。我們很自然地就想追問，如果老年人經過了系統的音樂訓練，是不是也能夠提升跨感覺的信息整合能力，從而幫助他們自己更好地在一些複雜環境下進行言語理解呢？
基于這個出發點，我們開展了後續一系列的研究，發現相比于老年非音樂家，老年音樂家更擅長在一些嘈雜的環境下進行言語感知。2021 年，我們在 Ear and Hearing 上發表了相關的行爲研究，此後又開展了新的研究，近期發表在 Science Advances 上。
Q：您提到近期在 Science Advances 上發表了一項研究。可以介紹一下這項研究的新發現嗎？
杜憶：新發表在 Science Advances 的這篇研究是一個封面文章。我們招募了三組人，一組是年輕的非音樂家，作爲對照組，但我們更關心的是另兩組老年人——老年的非音樂家和老年的音樂家。
我們讓他們進行一個噪音下的視聽言語音節的分辨任務，并在磁共振成像儀裏觀察大腦是怎麽去加工的。他們會聽到不同的音節，同時會在屏幕上看到匹配的唇動信息，他們的任務就是在不同的噪音強度背景下進行判斷——你到底聽到的是什麽？
我們發現，在行爲上，老年音樂家比老年非音樂家更接近年輕人，在中度和輕度的噪音背景下，他們的成績甚至跟年輕人沒有任何差異。也就是說，音樂訓練經驗能夠幫助老年人做到和年輕人類似的更好的成績。那麽，這背後的機制是什麽呢？
首先，相比于老年非音樂家，老年音樂家在加工噪音下音節的時候，他們的雙側感知運動腦區的神經加工模式（也叫做表征模式）更接近于年輕人，甚至沒有太大的差異，并且要顯著優于老年非音樂家。老年非音樂家跟年輕人相比，不同語音的神經區分性明顯變差了，他們的大腦已經分不清現在聽到的是 "ba" 還是 "da"，但是老年音樂家的神經區分性還很好，跟年輕人是類似的。這就表明，音樂訓練經驗能夠增強大腦的功能，讓大腦的功能更接近于年輕人的狀态，我們把這個機制叫做功能的保持。
除此之外，我們還發現，老年音樂家比老年非音樂家激活了更多的額頂網絡腦區。這些腦區跟工作記憶和執行控制有關，因此老年人能夠讓更多的高級腦區參與進來，進行行爲的代償。
同時，老年音樂家比老年非音樂家更多地抑制了一個腦區——角回。角回是默認網絡的一個核心腦區，它的功能跟自傳體回憶、長時記憶有關，因此它會在我們不做任何任務的時候激活，在我們做一些認知任務時相對被抑制。當我們做一些認知任務、需要關注外部刺激的時候，就需要抑制默認網絡腦區，防止它們帶來幹擾。
我們發現，老年音樂家更擅長抑制該腦區，這表明他們在更加認真地關注外部刺激，抑制其他無關的信息，這種更強的抑制能力，也幫助他們能夠達到一個更好的行爲成績。老年音樂家通過額外的調用或是抑制一些腦區來更好地保持行爲成績，這個機制叫做功能的代償。
這個機制和剛剛提到的第一種機制——功能的保持——是有關系的。我們發現這兩個機制之間相互關聯。當一個老年人具有更強的額頂網絡激活能力、更強的角回抑制能力時，他 / 她的感知運動腦區的神經表征能力也會更好，更接近于年輕人，這就表明功能的代償可以支持更好的功能的保持。基于這兩種機制，音樂訓練經驗能夠幫助老年人在噪音環境下進行言語感知，并達到更好的行爲成績。
▷杜憶研究員以封面論文的形式發表了對老年音樂家視聽言語知覺的研究，證實了音樂訓練的經驗能夠增強老年人的言語知覺能力。 圖片來源：Science Advances
Q：從您的研究來看，演奏樂器可能有助于保護認知功能，來對抗衰老的負面影響，那麽一個人需要多頻繁地演奏樂器才能達到這種效果呢？
杜憶：在這項研究當中，我們要求老年人在最近三年内保持每周至少訓練一個小時的頻率。雖然他們自己彙報之前三四十年可能也保持了相當的訓練頻率，但因爲曆史原因，我們很難追蹤到他 / 她 60 年代、70 年代的訓練時長，因此我們隻是對最近的三年有訓練頻率的要求。
Q：如果之前沒有演奏樂器的基礎，臨時練習的話，有可能産生保護認知的效果嗎？
杜憶：這是一個很好的問題。我們現在做的是一個橫斷性的研究，直接對比有過長期音樂訓練經驗的老年人和沒有長期音樂訓練的老年人是否有差異，發現是有的。同時也有很多其他長期或短期的縱向跟蹤研究，發現 3 到 6 個月的短期音樂訓練經驗，也可以提高老年人的言語加工能力。
Q：聽音樂能起到類似的效果嗎？
杜憶：其實我們都希望被動地聆聽音樂就能夠達到一個很好的效果，但是現在已有的研究結果無法得出這個結論。因爲我們的研究是基于主動地進行音樂訓練的效果，會更多調用到包括視覺、聽覺、運動、情感、注意等多系統，這種多系統的調用能夠起到更好的作用。當然聽音樂也有它自己的好處，比如情緒的調節、壓力的釋放，甚至可能提高我們的專注力。
Q：該研究的參與者進行的是視聽音節辨别任務，您是否有考慮過做其他類型的任務呢？
杜憶：音樂家和非音樂家其實也做了其他類型的任務，一個任務是聽覺工作記憶，比如給你念一串不同長度的數字，然後讓你正向或者是反向地把這串數字複述出來。同時還考察了他們執行控制的能力，比如經典的 Stroop 效應（字義對字體顔色的幹擾效應）。
我們發現，老年音樂家比老年非音樂家具有更好的聽覺工作記憶能力，雖然我們沒有在 Stroop 這樣的執行控制能力上發現他們表現得更好，但是其他人有發現音樂經驗能夠增強工作記憶、執行控制的能力。
我們當時之所以要做視聽言語的音節辨别任務，就是因爲每個人都是實時地進行語音加工，而在進行識别的時候知道輔音、元音和聲調是非常重要的。所以音節的辨别任務是語音加工的一個基礎單元。
Q：與非音樂家相比，在嘈雜環境下，音樂家有更好的言語知覺能力，您認爲這僅僅是由于他們的音樂訓練，還是可能有其他的因素在起作用？
杜憶：我們當時選擇音樂訓練，是因爲它其實是一個多系統的訓練，相對比較愉悅，同時很多功能都會被提高，比如工作記憶能力、選擇性注意能力、執行控制能力等等，包括我們研究中發現的——更強的默認網絡的抑制和更強的額頂注意網絡的增強。所以，我們認爲它可能還是跟音樂訓練有關。
但是因爲我們做的是橫斷性的研究，音樂家和非音樂家在很多方面也會有其他的差異，特别是我們沒有辦法排除這是先天的因素還是後天的因素在起作用。
可能有些人認爲這個人之所以成爲音樂家，是因爲他 / 她有更好的先天結構和功能基礎，或者是其他特質導緻其成爲一個音樂家。所以我們目前的橫斷性研究沒有辦法确認是否有其他因素的參與，特别是一些個人特質可能導緻他 / 她有更好的言語加工能力。要回答這個問題的話，最好是進行一個縱向的追蹤研究，才能夠證實這确實是音樂訓練帶來的效應。
Q：是否有其他的研究探讨過類似的話題？如果有的話，和您的研究結果有沒有異同？
杜憶：其實有不少人考察過音樂訓練能不能幫助老年人更好地進行言語知覺，他們在行爲層面上已經發現了一些類似的結果。我們的新研究跟他們不一樣的是，我們能夠在大腦的機制上，同時發現功能的保持和代償兩種相互支撐的認知神經機制，然後從機制的層面更好地回答了爲什麽他們在行爲成績上有更好的表現。
Q：該研究對衰老和大腦的健康有哪些啓示呢？研究結果是否有潛在的臨床應用價值？比如說開發有針對性的幹預措施或者治療方法，以改善老年人的言語知覺能力或者其他的認知能力。
杜憶：我們覺得音樂訓練能夠起到腦保護的效應，讓大腦更接近于年輕人的工作狀态。
雖然我們做的是個長期的音樂訓練的研究，但未來也想去考察到底多短的時間和頻率就能達到類似的效果。
這也提示我們——不管是什麽年紀，如果你能盡快地開始學習一門樂器，甚至開始唱歌，可能都能夠讓大腦衰老得更慢。所以我們目前提倡大衆，如果有條件的話，盡量地學習音樂，開始玩起音樂。
對于臨床價值而言，我們想在一些老年的認知衰退疾病上，比如說 AD（阿爾茨海默病），是否能開展一些音樂療法，改善他們的記憶能力和語言能力。
Q：音樂類遊戲有可能會起到這樣的效果嗎？
杜憶：這是一個很好的方式，比如節奏大師這種訓練節奏感的遊戲，其實也是非常好的訓練方法，我們也把它叫做數字療法。将音樂作爲一種數字療法，在未來有很好的發展前景。因爲對老年人而言，這種遊戲化的訓練肯定更加有趣，更容易讓他們投入其中。
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