11月29日，天橋腦科學(xué)研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCI）與上海音樂學(xué)院共同主辦的“神經(jīng)技術(shù)連接音樂與大腦 （Neurotechnologies that Connect Music with the Brain）”國際論壇圓滿結(jié)束。會上，十余位來自中、美、德、英、愛爾蘭等國的知名科學(xué)家和音樂家與超30萬人次的在線觀眾進(jìn)行了精彩紛呈的分享交流。

　　音樂的歷史幾乎與人類歷史一樣悠久。它存在于任何一個(gè)已知的文明中——人們創(chuàng)造音樂、聆聽音樂，同時(shí)享受音樂。不過，直到進(jìn)入21世紀(jì)，“大腦的世紀(jì)”的到來緩緩地揭開了音樂調(diào)節(jié)神經(jīng)活動(dòng)的神秘面紗。

　　腦內(nèi)歌聲：以歌為藥

　　美國加州大學(xué)伯克利分校心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、神經(jīng)病學(xué)與神經(jīng)外科教授Robert T.Knight 表示音樂療法治療神經(jīng)類疾病已經(jīng)成為新興趨勢。

　　他展示了在一位失語癥病人身上發(fā)生的“神奇”現(xiàn)象——該患者不能說話卻能完整清晰唱歌，這說明他的腦部的語言功能區(qū)受到了影響，但音樂區(qū)卻相對完好。為了研究這一現(xiàn)象，科學(xué)家們發(fā)展了諸多神經(jīng)技術(shù)，用腦電波檢測、磁共振等手段來探索語言與音樂功能區(qū)在腦中的分布。

　　對一個(gè)能歌卻不能說話的病例進(jìn)行研究后，Knight 教授發(fā)現(xiàn)：卒中后，患者的左側(cè)弓狀束嚴(yán)重受損，這可以解釋他語言功能喪失的原因；但雙側(cè)聯(lián)絡(luò)額上回與額下回的額斜束均得到保留，“繞開”了病灶，這解釋了他為什么不能說話、卻能唱歌。

圖注：Robert T.Knight 教授介紹患者案例展示對應(yīng)的腦部影像結(jié)構(gòu)

　　下一步，Knight 教授期待對更多此類患者進(jìn)行研究，進(jìn)一步揭開大腦掌管音樂與語言的秘密。

　　音樂將情感映射到大腦

　　美國加州大學(xué)圣地亞哥分校斯沃茨計(jì)算神經(jīng)科學(xué)中心的Scott Makeig教授的研究闡釋了音樂如何在大腦中激發(fā)情緒與情感。他介紹了一個(gè)饒有興致的小實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)曾在第四屆國際腦機(jī)接口大會（BCI）上進(jìn)行，完美地詮釋了音樂在情緒激發(fā)中的精妙作用。

圖注：Scott Makeig教授演示第四屆國際腦機(jī)接口大會（BCI）上的實(shí)驗(yàn)

　　首先，他們預(yù)錄制了一系列5分鐘的大提琴曲，然后讓一位腦科學(xué)家聆聽；此時(shí)，一邊記錄他的腦電波一邊讓他在腦海中想象音樂演奏者想要表達(dá)的情緒，并將他的口頭描述記錄下來。利用這些與不同情緒關(guān)聯(lián)的腦電波，工程師們對計(jì)算機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練，使其能夠分辨腦電波類型對應(yīng)的情緒。

　　此后在BCI大會現(xiàn)場，那位腦科學(xué)家再次被請出來，閱讀自己對那些音樂的情感的描述，同時(shí)讓他回想那些情感、并同時(shí)進(jìn)行腦電圖的監(jiān)測。接著，計(jì)算機(jī)讀取他的腦電波并解碼這份情緒，現(xiàn)場的音樂家根據(jù)解碼結(jié)果演奏該情緒所對應(yīng)的音樂片段。有趣地的是，現(xiàn)場的音樂家正確地表演了每一段情緒對應(yīng)的曲目。這說明計(jì)算機(jī)能成功讀取腦電波所代表的情緒，而音樂片段與表達(dá)的情感有著明確的對應(yīng)關(guān)系。

　　音樂幫助中風(fēng)后的運(yùn)動(dòng)康復(fù)

　　美國紐約大學(xué)的Pablo Ripolles 教授向大家分享了音樂在中風(fēng)康復(fù)中的應(yīng)用。他指出，音樂能激活大腦中的多個(gè)功能區(qū)，近年來有很多研究都發(fā)現(xiàn)音樂在幫助中風(fēng)康復(fù)中起到重要作用。比如，2016年他所在的團(tuán)隊(duì)探索了音樂治療對慢性中風(fēng)患者運(yùn)動(dòng)功能障礙康復(fù)的作用。他們發(fā)現(xiàn)，即使是學(xué)習(xí)簡單的樂曲演奏，也能幫助提升患者的肢體運(yùn)動(dòng)功能，改善情緒。從功能磁共振上還可以看到，這些患者原本不能被音樂激活的運(yùn)動(dòng)功能區(qū)在經(jīng)過音樂治療后也重新得到了激活。

　　一些其他研究同樣表明音樂能夠幫助中風(fēng)患者改善認(rèn)知、專注力、記憶力及改善心情。另外，Ripolles還提到，在新冠疫情期間，音樂對于改善人群情緒、減少抑郁癥狀的作用也已經(jīng)得到了多方證明。

　　大腦更愛飽含情感的音樂

　　美國舊金山音樂學(xué)院與舊金山大學(xué)的Indre Viskontas 博士同時(shí)有著神經(jīng)科學(xué)家和歌劇舞臺指導(dǎo)雙重身份。作為一位科學(xué)家+藝術(shù)家，她想知道為什么有些音樂能讓一部分人心潮澎湃，而另一些人卻對其不甚感冒。她認(rèn)為，音樂并不是一個(gè)同質(zhì)性的統(tǒng)一體，更像一把“瑞士軍刀”，里面包含著繁多的內(nèi)涵、類目、功能。對腦功能的研究已經(jīng)證實(shí)，相比于較為機(jī)械、呆板的演奏，大腦對飽含情感的音樂演奏給出更為強(qiáng)烈的反應(yīng)。

　　那么，音樂在不同個(gè)體中是否有相同的情感效應(yīng)呢？一項(xiàng)在加拿大人和從未接觸過西方文化的剛果人中進(jìn)行的比較實(shí)驗(yàn)證明，對于同樣的音樂，人們主觀的情感積極程度有著文化差異，但情緒喚起的強(qiáng)烈程度與音樂的基本聲學(xué)特征相關(guān)，比如節(jié)奏、音高、音色。

　　Viskontas 博士提到，音樂治療目前已經(jīng)得到了多方面的應(yīng)用，而未來，人工智能通過個(gè)人心理和生理數(shù)據(jù)量身打造的音樂，將為人們帶來更多益處。

　　腦機(jī)接口技術(shù)打造個(gè)性化音樂

　　英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)神經(jīng)接口學(xué)教授Andrew Jackson 博士分享了操縱神經(jīng)振蕩的腦反應(yīng)性音樂合成項(xiàng)目。腦的神經(jīng)振蕩是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存在的一種節(jié)律性或重復(fù)性的神經(jīng)元活動(dòng)，許多研究都著眼于操縱神經(jīng)振蕩來實(shí)現(xiàn)如控制癲癇、改善精神健康等目的。

　　Jackson博士提出，音樂是人類所應(yīng)用的歷史最悠久的腦刺激方式，但傳統(tǒng)上，音樂對人腦的刺激都是“開環(huán)”的，也即聽眾對音樂的反饋并不能實(shí)時(shí)傳遞給音樂的演奏者或播放者；但如今，通過腦機(jī)接口技術(shù)，科學(xué)家們可以根據(jù)聽者在聽音樂時(shí)的腦電波反饋實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)音樂的合成，使得音樂對大腦的刺激實(shí)現(xiàn)“閉環(huán)”。這種閉環(huán)式的刺激能使腦部的神經(jīng)振蕩與音樂的變化產(chǎn)生同步，也即實(shí)現(xiàn)通過改變音樂來操縱腦部神經(jīng)振蕩。

　　下一步，Jackson博士希望利用這種方法，來實(shí)現(xiàn)通過音樂增強(qiáng)大腦功能或改善精神健康的目的。

　　元宇宙中的未來音樂

　　著名作曲家、指揮家，上海音樂學(xué)院音樂工程系特聘教授，聯(lián)合國教科文組織全球文化大使，紐約巴德音樂學(xué)院院長譚盾從元宇宙的角度解讀了關(guān)于音樂與音感的哲學(xué)思辨。他認(rèn)為，在現(xiàn)實(shí)的有形宇宙中，聲音必須通過介質(zhì)傳播，這介質(zhì)可能是空氣、金屬、水等等；而在未來，在包含萬物的元宇宙中，聲音將能突破物質(zhì)的限制，在真空、意念、磁場甚至想象中進(jìn)行傳播，為人類創(chuàng)造奇幻的體驗(yàn)、虛擬的感悟。

　　他提到一個(gè)有趣的現(xiàn)象：在中國古老的象形文字中，音樂的“樂”與藥物的“藥”，字形同源；而在其他文化中，其實(shí)也有類似的現(xiàn)象。或許在蠻荒的遠(yuǎn)古時(shí)代人們就已意識到兩者之間的聯(lián)系。

圖注：在敦煌壁畫中所描述的“不鼓自鳴”的音樂 圖源：由譚盾教授提供

　　有研究發(fā)現(xiàn)，在人類語言還沒有完全形成、也沒有發(fā)現(xiàn)草藥時(shí)，人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)聲音具有治愈作用；那時(shí)的巫師會用吟唱的方式來試圖緩解病人的痛苦。而在未來，譚教授暢想，我們將能結(jié)合音樂家與科學(xué)家的智慧，來滿足全人類精神與生理上的需求。

　　音樂之河：流淌的音符駛向未來

　　香港中文大學(xué)心理學(xué)系助理教授滕相斌博士從樂句的角度闡釋了音樂對大腦的影響。他認(rèn)為，流動(dòng)的音樂就像一條大河，而身處其中的我們每時(shí)每刻只體會到了河里的一滴水。

　　通過記錄聽者的腦電圖，他發(fā)現(xiàn)，大腦會對音樂的節(jié)拍結(jié)構(gòu)和音符結(jié)構(gòu)進(jìn)行跟蹤，并對樂句的走向進(jìn)行預(yù)測；流淌的音符正如一架時(shí)光機(jī)器，正載著聽眾駛向未來。

　　用音樂緩解焦慮：頻率為先

　　海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心副研究員丁悅博士介紹了利用音樂干預(yù)焦慮癥的相關(guān)研究。她指出，音樂旋律能通過改變神經(jīng)振蕩從而緩解焦慮。她們的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)音樂的頻率調(diào)諧位于4Hz時(shí)，緩解焦慮的作用最佳，并且這種效應(yīng)與患者對音樂是否喜愛無關(guān)。

　　音樂療愈：學(xué)科交叉帶來新契機(jī)

　　海音樂學(xué)院作曲家于陽教授介紹了上海音樂學(xué)院音樂工程系團(tuán)隊(duì)近年來在音樂療愈的實(shí)踐過程中，利用音樂工程與生命工程交叉融合所創(chuàng)造出的一些優(yōu)秀成果。如，2020年新冠肺炎爆發(fā)初期，全國大批醫(yī)務(wù)人員馳援湖北；作為疫情重災(zāi)區(qū)，當(dāng)?shù)鼗颊吆歪t(yī)護(hù)人員都產(chǎn)生不同程度的緊張焦慮、煩躁易怒、悲觀失望等心理問題。上海音樂學(xué)院迅速組織師生團(tuán)隊(duì)，與上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院合作制作出了“現(xiàn)代冥想新冠肺炎輔助康復(fù)專輯”。多位患者和身處一線的醫(yī)生均表示，這張專輯里的冥想音頻幫助他們放松了焦慮的心情、改善了睡眠質(zhì)量、減少了身心壓力，也大大增強(qiáng)了信心。

　　他們的團(tuán)隊(duì)還與多家醫(yī)院、機(jī)構(gòu)等合作，開展了諸如音樂輔助腫瘤治療、音樂助眠等項(xiàng)目，均獲得了大量的參與及好評。此外，上音音樂工程系還正在與天橋腦科學(xué)研究院進(jìn)行合作，希望通過腦機(jī)接口技術(shù)進(jìn)一步研究腦波同步音樂的實(shí)現(xiàn)，以希冀利用音樂來對患者產(chǎn)生更多積極影響。

　　音樂律動(dòng)讓患者康復(fù)更為專注

　　德國馬克斯普朗克人類認(rèn)知與腦科學(xué)研究所神經(jīng)學(xué)系教授Thomas Fritz 博士介紹了音樂反饋在積極的沉浸式體驗(yàn)中的應(yīng)用。他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一套軟硬件一體的系統(tǒng)，把對患者的肢體活動(dòng)指導(dǎo)與音樂播放結(jié)合在一起；通過音樂的反饋刺激，讓肢體運(yùn)動(dòng)障礙的患者做出相應(yīng)的活動(dòng)，他們希望通過這個(gè)系統(tǒng)來促進(jìn)運(yùn)動(dòng)障礙患者的康復(fù)。研究表明，患者在沉浸式體驗(yàn)中的專注力對康復(fù)起到積極作用，而音樂正是促進(jìn)這種專注的橋梁。

圖注：Thomas Fritz 博士展示在沉浸式體驗(yàn)中音樂可以刺激患者產(chǎn)生康復(fù)積極治療作用

　　另外，除了運(yùn)動(dòng)能力，患者的情緒、工作記憶和創(chuàng)造力也在音樂相關(guān)的康復(fù)訓(xùn)練中得到改善?？傊魳放c肢體活動(dòng)相結(jié)合的訓(xùn)練得到了許多鼓舞人心的成果，期待未來能更多地造福人類。

　　多元文化下的音樂給大腦不同體驗(yàn)

　　愛爾蘭科克大學(xué)音樂系講師Alex Khalil 博士介紹了他在對音樂神經(jīng)調(diào)控與節(jié)奏感知多變性方面的思考。他指出，音樂并不是一系列聲音的簡單組合，對音樂節(jié)奏的把握能進(jìn)一步增強(qiáng)聽者對于音樂的注意力。他關(guān)注著許多古老文化中的音樂，認(rèn)為它們具有震撼人心的強(qiáng)大力量。他提出，世界上不同的文化、歷史及不同樂器詮釋的音樂，為我們帶來多元化的理解，這些多元體驗(yàn)對大腦產(chǎn)生影響值得進(jìn)一步研究。

　　音樂伴隨人類已有萬年之久，但音樂與神經(jīng)技術(shù)的融合之路，正隨著人類對大腦的深入探索而剛剛開始。音樂能在哪些方面提升我們的大腦功能？未來神經(jīng)技術(shù)又能創(chuàng)造出怎樣美輪美奐的音樂？在這精彩紛呈的八個(gè)小時(shí)內(nèi)，神經(jīng)科學(xué)家與音樂家們濟(jì)濟(jì)一堂，帶領(lǐng)觀眾暢想那個(gè)音樂與大腦無限相連的美好未來。

　　關(guān)于TCCI

　　天橋腦科學(xué)研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute，TCCI）是由陳天橋、雒芊芊夫婦私人出資10億美元?jiǎng)?chuàng)建的，旨在支持、推進(jìn)全球范圍內(nèi)腦科學(xué)研究，造福全人類，目前已經(jīng)成為世界最知名和最大規(guī)模的支持人類腦科學(xué)研究的科研機(jī)構(gòu)之一。

　　TCCI一期投入5億元人民幣支持中國的腦科學(xué)研究，與上海周良輔醫(yī)學(xué)發(fā)展基金會合作成立上海陳天橋腦健康研究所（又名TCCI轉(zhuǎn)化中心），致力于提升腦健康和腦疾病治療研究和成果轉(zhuǎn)化。后又與華山醫(yī)院、上海市精神衛(wèi)生中心等建立戰(zhàn)略合作，設(shè)立了應(yīng)用神經(jīng)技術(shù)前沿實(shí)驗(yàn)室、人工智能與精神健康前沿實(shí)驗(yàn)室。在國際上，TCCI與加州理工學(xué)院合作成立TCCI加州理工研究院，設(shè)腦機(jī)接口、社交與決策神經(jīng)科學(xué)、系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)、分子與細(xì)胞神經(jīng)科學(xué)、大腦成像、神經(jīng)科學(xué)教育等多個(gè)中心，重點(diǎn)關(guān)注大腦基礎(chǔ)研究。TCCI還在北美、亞洲、歐洲、大洋洲主辦、資助了200多場高質(zhì)量的學(xué)術(shù)會議。