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文 | 追问NextQuestion

在人类大脑深处，有一种令人着迷的现象在几个世纪以来一直吸引着我们——音乐和大脑之间的深切互动。从舒缓的摇篮曲到令人振奋的交响乐，音乐具有无穷的力量，可以激发情感，点燃创造力，带给我们不同的感观体验。

科学家们正致力于解开音乐影响人类神经回路之谜，揭示它对大脑各个区域和功能的影响。在本期“追问专访”中，我们有幸邀请到中国科学院心理研究所的杜忆老师，从“抗衰老”的角度，一同探索音乐对大脑的影响。

Q：请简单介绍一下您的研究背景。

杜忆：我本科学的是医学，但我在选择博士专业的时候对心理学，特别是对我们大脑的奥秘很感兴趣，于是转学了心理学的直博。在博士期间我做的是以大鼠为研究对象的听觉研究，包括生理和行为的一些研究。在博士阶段的后期以及博后期间，我开始对人脑以及人脑如何加工语言、音乐这样一些高级的听觉信号更加感兴趣了。所以在我建立了实验室之后，一直在研究人脑对语言的理解、音乐的欣赏，以及相关的神经机制。

人变老之后，大脑的结构和功能会发生一些衰退，其中一个非常影响老年人生活质量的变化就是听力的下降。老年人在街道、饭馆这样嘈杂的环境中，很难听清楚他人的话，这不仅影响老年人的社交，还会影响他们的情绪，甚至导致一些痴呆的早发。所以我们很关心老年人到底如何在这种嘈杂环境下进行言语理解，是否调用了一些额外的认知机制？

我们2016年发表在Nature Communications上的一篇文章发现，老年人虽然感知觉的加工下降了，但是会更多地调用一些额外的脑区，特别是跟发音相关的言语运动脑区，来主动预测他人下一步将要说什么。这种主动的、自上而下的（top-down）预测，可以帮助老年人更好地对抗自身感知觉的下降，同时帮助他们能够在比较复杂的环境中更好地理解对方的语言。

基于这样的背景，2017年我们发表在PNAS上的一篇研究发现，年轻人，特别是年轻的音乐家，更擅长在一些复杂环境中进行言语理解。我们想追问其背后的神经机制是什么，结果发现，年轻的音乐家具有更强的感知运动整合能力，他们不仅仅依赖听，也依赖发音运动的预测和补偿，以及跨模态的信息整合，来帮助自身在复杂环境中进行言语理解。

通过这两个研究可以发现这两者之间的关联，即老年人可能更依赖于这种高级的、自上而下的感知运动的预测和整合，而年轻音乐家因为有了音乐训练的经验，他们更擅长利用言语的感知运动整合。我们很自然地就想追问，如果老年人经过了系统的音乐训练，是不是也能够提升跨感觉的信息整合能力，从而帮助他们自己更好地在一些复杂环境下进行言语理解呢？

基于这个出发点，我们开展了后续一系列的研究，发现相比于老年非音乐家，老年音乐家更擅长在一些嘈杂的环境下进行言语感知。2021年，我们在Ear and Hearing上发表了相关的行为研究，此后又开展了新的研究，近期发表在Science Advances上。

Q：您提到近期在Science Advances上发表了一项研究。可以介绍一下这项研究的新发现吗？

杜忆：新发表在Science Advances的这篇研究是一个封面文章。我们招募了三组人，一组是年轻的非音乐家，作为对照组，但我们更关心的是另两组老年人——老年的非音乐家和老年的音乐家。

我们让他们进行一个噪音下的视听言语音节的分辨任务，并在磁共振成像仪里观察大脑是怎么去加工的。他们会听到不同的音节，同时会在屏幕上看到匹配的唇动信息，他们的任务就是在不同的噪音强度背景下进行判断——你到底听到的是什么？

我们发现，在行为上，老年音乐家比老年非音乐家更接近年轻人，在中度和轻度的噪音背景下，他们的成绩甚至跟年轻人没有任何差异。也就是说，音乐训练经验能够帮助老年人做到和年轻人类似的更好的成绩。那么，这背后的机制是什么呢？

首先，相比于老年非音乐家，老年音乐家在加工噪音下音节的时候，他们的双侧感知运动脑区的神经加工模式（也叫做表征模式）更接近于年轻人，甚至没有太大的差异，并且要显著优于老年非音乐家。老年非音乐家跟年轻人相比，不同语音的神经区分性明显变差了，他们的大脑已经分不清现在听到的是“ba”还是“da”，但是老年音乐家的神经区分性还很好，跟年轻人是类似的。这就表明，音乐训练经验能够增强大脑的功能，让大脑的功能更接近于年轻人的状态，我们把这个机制叫做功能的保持。

除此之外，我们还发现，老年音乐家比老年非音乐家激活了更多的额顶网络脑区。这些脑区跟工作记忆和执行控制有关，因此老年人能够让更多的高级脑区参与进来，进行行为的代偿。

同时，老年音乐家比老年非音乐家更多地抑制了一个脑区——角回。角回是默认网络的一个核心脑区，它的功能跟自传体回忆、长时记忆有关，因此它会在我们不做任何任务的时候激活，在我们做一些认知任务时相对被抑制。当我们做一些认知任务、需要关注外部刺激的时候，就需要抑制默认网络脑区，防止它们带来干扰。

我们发现，老年音乐家更擅长抑制该脑区，这表明他们在更加认真地关注外部刺激，抑制其他无关的信息，这种更强的抑制能力，也帮助他们能够达到一个更好的行为成绩。老年音乐家通过额外的调用或是抑制一些脑区来更好地保持行为成绩，这个机制叫做功能的代偿。

这个机制和刚刚提到的第一种机制——功能的保持——是有关系的。我们发现这两个机制之间相互关联。当一个老年人具有更强的额顶网络激活能力、更强的角回抑制能力时，他/她的感知运动脑区的神经表征能力也会更好，更接近于年轻人，这就表明功能的代偿可以支持更好的功能的保持。基于这两种机制，音乐训练经验能够帮助老年人在噪音环境下进行言语感知，并达到更好的行为成绩。

▷杜忆研究员以封面论文的形式发表了对老年音乐家视听言语知觉的研究，证实了音乐训练的经验能够增强老年人的言语知觉能力。 图片来源：Science Advances

Q：从您的研究来看，演奏乐器可能有助于保护认知功能，来对抗衰老的负面影响，那么一个人需要多频繁地演奏乐器才能达到这种效果呢？

杜忆：在这项研究当中，我们要求老年人在最近三年内保持每周至少训练一个小时的频率。虽然他们自己汇报之前三四十年可能也保持了相当的训练频率，但因为历史原因，我们很难追踪到他/她60年代、70年代的训练时长，因此我们只是对最近的三年有训练频率的要求。

Q：如果之前没有演奏乐器的基础，临时练习的话，有可能产生保护认知的效果吗？

杜忆：这是一个很好的问题。我们现在做的是一个横断性的研究，直接对比有过长期音乐训练经验的老年人和没有长期音乐训练的老年人是否有差异，发现是有的。同时也有很多其他长期或短期的纵向跟踪研究，发现3到6个月的短期音乐训练经验，也可以提高老年人的言语加工能力。

Q：听音乐能起到类似的效果吗？

杜忆：其实我们都希望被动地聆听音乐就能够达到一个很好的效果，但是现在已有的研究结果无法得出这个结论。因为我们的研究是基于主动地进行音乐训练的效果，会更多调用到包括视觉、听觉、运动、情感、注意等多系统，这种多系统的调用能够起到更好的作用。当然听音乐也有它自己的好处，比如情绪的调节、压力的释放，甚至可能提高我们的专注力。

Q：该研究的参与者进行的是视听音节辨别任务，您是否有考虑过做其他类型的任务呢？

杜忆：音乐家和非音乐家其实也做了其他类型的任务，一个任务是听觉工作记忆，比如给你念一串不同长度的数字，然后让你正向或者是反向地把这串数字复述出来。同时还考察了他们执行控制的能力，比如经典的Stroop效应（字义对字体颜色的干扰效应）。

我们发现，老年音乐家比老年非音乐家具有更好的听觉工作记忆能力，虽然我们没有在Stroop这样的执行控制能力上发现他们表现得更好，但是其他人有发现音乐经验能够增强工作记忆、执行控制的能力。

我们当时之所以要做视听言语的音节辨别任务，就是因为每个人都是实时地进行语音加工，而在进行识别的时候知道辅音、元音和声调是非常重要的。所以音节的辨别任务是语音加工的一个基础单元。

Q：与非音乐家相比，在嘈杂环境下，音乐家有更好的言语知觉能力，您认为这仅仅是由于他们的音乐训练，还是可能有其他的因素在起作用？

杜忆：我们当时选择音乐训练，是因为它其实是一个多系统的训练，相对比较愉悦，同时很多功能都会被提高，比如工作记忆能力、选择性注意能力、执行控制能力等等，包括我们研究中发现的——更强的默认网络的抑制和更强的额顶注意网络的增强。所以，我们认为它可能还是跟音乐训练有关。

但是因为我们做的是横断性的研究，音乐家和非音乐家在很多方面也会有其他的差异，特别是我们没有办法排除这是先天的因素还是后天的因素在起作用。

可能有些人认为这个人之所以成为音乐家，是因为他/她有更好的先天结构和功能基础，或者是其他特质导致其成为一个音乐家。所以我们目前的横断性研究没有办法确认是否有其他因素的参与，特别是一些个人特质可能导致他/她有更好的言语加工能力。要回答这个问题的话，最好是进行一个纵向的追踪研究，才能够证实这确实是音乐训练带来的效应。

Q：是否有其他的研究探讨过类似的话题？如果有的话，和您的研究结果有没有异同？

杜忆：其实有不少人考察过音乐训练能不能帮助老年人更好地进行言语知觉，他们在行为层面上已经发现了一些类似的结果。我们的新研究跟他们不一样的是，我们能够在大脑的机制上，同时发现功能的保持和代偿两种相互支撑的认知神经机制，然后从机制的层面更好地回答了为什么他们在行为成绩上有更好的表现。

Q：该研究对衰老和大脑的健康有哪些启示呢？研究结果是否有潜在的临床应用价值？比如说开发有针对性的干预措施或者治疗方法，以改善老年人的言语知觉能力或者其他的认知能力。

杜忆：我们觉得音乐训练能够起到脑保护的效应，让大脑更接近于年轻人的工作状态。

虽然我们做的是个长期的音乐训练的研究，但未来也想去考察到底多短的时间和频率就能达到类似的效果。

这也提示我们——不管是什么年纪，如果你能尽快地开始学习一门乐器，甚至开始唱歌，可能都能够让大脑衰老得更慢。所以我们目前提倡大众，如果有条件的话，尽量地学习音乐，开始玩起音乐。

对于临床价值而言，我们想在一些老年的认知衰退疾病上，比如说AD（阿尔茨海默病），是否能开展一些音乐疗法，改善他们的记忆能力和语言能力。

Q：音乐类游戏有可能会起到这样的效果吗？

杜忆：这是一个很好的方式，比如节奏大师这种训练节奏感的游戏，其实也是非常好的训练方法，我们也把它叫做数字疗法。将音乐作为一种数字疗法，在未来有很好的发展前景。因为对老年人而言，这种游戏化的训练肯定更加有趣，更容易让他们投入其中。