音樂和語言神經(jīng)基礎(chǔ)的重合與分離
—— 基于腦成像研究元分析的比較*

賴 寒 徐 苗 宋宜穎 劉 嘉,2

(1北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2北京師范大學(xué)心理學(xué)院,北京 100875)

1 引言

音樂和語言都是人類最基本的能力之一,他們都是由聲音構(gòu)成,有特定的組織規(guī)則,可讀寫,并且能夠傳達(dá)特定含義。在不同的人類群體中,音樂和語言都是其文化的重要組成部分。日常生活中,我們利用語言來交流思想,抒發(fā)見解,同時(shí)我們也借助于音樂來表達(dá)情感,引發(fā)共鳴。音樂同語言在組織結(jié)構(gòu)和功能上的相似,使得不同領(lǐng)域的研究者對(duì)二者關(guān)系的探討從未停止過。本研究將試圖從認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的角度,探討音樂和語言在加工區(qū)域和機(jī)制上可能存在的聯(lián)系和區(qū)別。

由于音樂和語言的加工過程都較為復(fù)雜,無論是初級(jí)的聲音特征(聲源、音高、音色)的分析,還是高級(jí)的句法(Syntax)和結(jié)構(gòu)(Structure)加工,都影響著人們對(duì)音樂和語言的理解。為系統(tǒng)全面地描述和分析音樂和語言的關(guān)系,本文依照音樂和語言的層級(jí)結(jié)構(gòu),從各個(gè)加工階段出發(fā),探討音樂和語言的關(guān)系。

以往的研究表明,無論是音樂還是語言,都是按照一定的規(guī)則組織起來的,二者均采用層級(jí)分析的形式進(jìn)行加工(Bharucha&Krumhansl,1983;Patel,2003)。音高(Pitch)按照不同的組合形成了不同的和弦,和弦經(jīng)過排列變換又形成了有調(diào)的旋律;同樣的,詞語通過組織形成了短語,而短語經(jīng)過排列變換也形成了具有語法規(guī)則的句子。音樂和語言的這種較為類似的組織方式(Jackendoff&Lerdahl,2006),暗示二者可能存在聯(lián)系。根據(jù)Koelsch等在2011年(Koelsch,2011)提出的音樂知覺加工模型,當(dāng)物理的聲音流進(jìn)入人耳后,第一個(gè)加工階段是對(duì)聲音特征的提取階段(Auditory feature extraction)?；咨窠?jīng)核團(tuán)(如上/下丘、膝狀體、丘腦)和初級(jí)聽覺皮層通過對(duì)聲音信息的解碼和分析來提取并分析頻率、音色、強(qiáng)度和聲源等聲音特征。第二個(gè)階段是格式塔片段形成階段(Gestalt formation)。此階段根據(jù)格式塔規(guī)則,如相似性、接近性等原則,對(duì)頻率類似、節(jié)奏類似或音色類似的聲音特征進(jìn)行重構(gòu),將聲音特征組織為具有整體特性的格式塔片段。第三階段為音程分析階段(Interval analysis),即在格式塔片段的基礎(chǔ)上分析和弦內(nèi)部或旋律內(nèi)部音(Pitch)與音的音程關(guān)系,以對(duì)旋律的音程進(jìn)行表征。最后是對(duì)音樂結(jié)構(gòu)的分析(Music structure analysis)。在這個(gè)階段,大腦依據(jù)音調(diào)系統(tǒng)和旋律和諧等原則,通過對(duì)和弦(Chord)功能及其關(guān)系的分析,從而對(duì)音樂的旋律信息進(jìn)行進(jìn)一步的整合(Koelsch,2011;Koelsch&Siebel,2005)。對(duì)比Friederici等(Friederici,2002,2005)提出的語言知覺加工模型,語言知覺的加工也可大致分為四個(gè)階段。第一個(gè)階段與音樂知覺類似,即為聲音特征的提取階段。第二個(gè)階段是語音分析階段(Phonological analysis),主要負(fù)責(zé)詞語語音邊界的分割與組織,與音樂知覺的格式塔片段形成階段類似。第三個(gè)階段為詞語分析階段(Lexical analysis),即對(duì)詞語的詞形(Lexical form)和詞義(Lexicosemantic)進(jìn)行分析,并進(jìn)行詞語形音義的轉(zhuǎn)換。最后是句子分析階段(Sentence analysis),即在詞語分析的基礎(chǔ)上,完成句子的句法及其句義信息的加工和整合(Friederici,2002,2005)。對(duì)比音樂和語言的知覺加工模型發(fā)現(xiàn),音樂和語言都是從聲音特征的提取開始,通過層級(jí)加工的模式完成對(duì)旋律或語言的加工。以往對(duì)音樂和語言不同層級(jí)加工過程的研究進(jìn)一步暗示了音樂和語言可能存在加工過程的關(guān)聯(lián)。

已有研究表明,在低層級(jí)的語音加工階段及較為低層級(jí)的音程分析和詞義分析階段,音樂和語言可能存在加工機(jī)制的重合。對(duì)音程分析的研究發(fā)現(xiàn),讓被試進(jìn)行與音程分析有關(guān)的任務(wù)時(shí),在顳上回(superior temporal gyrus,STG)(Brown&Martinez,2007;Foster&Zatorre,2010;Wehrum et al.,2011)、中央前回(precentral gyrus,Prec)(Brown&Martinez,2007;Foster&Zatorre,2010;Wehrum et al.,2011)、額下回的三角部(pars triangularis of the inferior frontalgyrus,IFGt)(Brown & Martinez,2007;Doeller et al.,2003;Schwenzer&Mathiak,2011)和腦島(insular,Ins)(Foster&Zatorre,2010;Schwenzer&Mathiak,2011;Wehrum et al.,2011)等腦區(qū)都有明顯激活。同時(shí),大量研究表明,這些腦區(qū)也參與語言加工(Bitan,Lifshitz,Breznitz,&Booth,2010;Burman,Bitan,&Booth,2008;Kurth,Zilles,Fox,Laird,&Eickhoff,2010;Mutschler et al.,2009;Raettig,Frisch,Friederici,&Kotz,2010;Shuster&Lemieux,2005;Vigneau et al.,2006,2011)。一些探討音樂與語言關(guān)系的研究進(jìn)一步支持了音樂與語言可能存在共有加工機(jī)制這一觀點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn),早期的聲調(diào)語言環(huán)境能夠促進(jìn)音程分析的發(fā)展(Stevens,Keller,&Tyler,2004),音程分析過程受損的樂盲,其對(duì)語言聲調(diào)的加工也受損(Jiang,Hamm,Lim,Kirk,&Yang,2010);并且,當(dāng)給被試同時(shí)呈現(xiàn)旋律與歌詞時(shí),在顳上回、顳中回(middle temporal gyrus,MTG)、腦島和額下回等腦區(qū),音樂的音程分析與語言的詞義分析相互干擾(Sch?n et al.,2010)。也就是說,在相對(duì)于句法加工較為低層級(jí)的加工階段,音樂和語言就已表現(xiàn)出了共同的加工機(jī)制。

并且,研究發(fā)現(xiàn),在高層級(jí)的加工階段(結(jié)構(gòu)分析和句子分析),音樂與語言也可能存在共有的加工機(jī)制。有關(guān)旋律結(jié)構(gòu)分析的研究表明,旋律結(jié)構(gòu)分析所激活的顳上回(Foster&Zatorre,2010;Fujisawa&Cook,2011;Koelsch,Fritz,V Cramon,Müller,&Friederici,2005)、額中回(middle frontal gyrus,MFG)(Foster&Zatorre,2010;Fujisawa&Cook,2011;Schmithorst,2005)、額下回的島蓋部(pars opercularis of the inferior frontal gyrus,IFGo)(Foss,Altschuler,&James,2007;Fujisawa&Cook,2011;Koelsch,Fritz,Schulze,Alsop,&Schlaug,2005;Schmithorst,2005;Tillmann et al.,2006;Wehrum et al.,2011)、中央前回(Foss et al.,2007;Foster&Zatorre,2010;Fujisawa&Cook,2011;Koelsch,2005;Schmithorst,2005;Wehrum et al.,2011)、額極(frontal pole,Fpole)(Foss et al.,2007;Fujisawa&Cook,2011;Janata,Birk,et al.,2002;Koelsch,2005;Schmithorst,2005;Schulze,Mueller,&Koelsch,2011;Tillmann et al.,2006;Wehrum et al.,2011)和腦島(Fujisawa&Cook,2011;Tillmann et al.,2006;Wehrum et al.,2011)等腦區(qū)也參與語言的加工(Binder,Desai,Graves,&Conant,2009;Bitan et al.,2010;Burman et al.,2008;Kurth et al.,2010;Mutschler et al.,2009;Pinel&Dehaene,2010;Raettig et al.,2010;Shuster& Lemieux,2005;Vigneau et al.,2006,2011)。同時(shí),旋律的加工激活了與語言緊密聯(lián)系的布洛卡區(qū)(額下回區(qū)域)和威爾尼克區(qū)(顳上回區(qū)域),這兩個(gè)區(qū)域均參與了語言的句法加工,表明在句法層面上,音樂和語言也可能存在共有的加工機(jī)制(Schmithorst,2005)。行為和ERP的研究進(jìn)一步支持了這一觀點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn),同時(shí)讓被試進(jìn)行音樂和語言的任務(wù)時(shí),語言的句法加工會(huì)受到音樂句法加工的干擾(Fedorenko,Patel,Casasanto,Winawer,& Gibson,2009;Koelsch,2005)。語言句法加工能力受損的兒童其音樂句法加工的能力也受到損壞(Jentschke,Koelsch,Sallat,&Friederici,2008)。研究者通過顱內(nèi)ERP定位發(fā)現(xiàn),在早期句法錯(cuò)誤偵測(cè)階段,在顳下回區(qū)域,音樂和語言存在加工的重合(Sammler et al.,2009)。此外,還有研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)給被試同時(shí)呈現(xiàn)旋律與歌詞時(shí),和諧的旋律會(huì)促進(jìn)歌詞句義的加工(Poulin-Charronnat,Bigand,Madurell,&Peereman,2005)。

然而,也有證據(jù)表明音樂和語言存在分離的加工機(jī)制。有關(guān)腦損傷的研究發(fā)現(xiàn),失語癥患者的言語能力受損時(shí)其旋律表達(dá)能力完好(Polk&Kertesz,1993),顳枕區(qū)中風(fēng)患者的言語理解能力受損時(shí)其音樂能力也基本未受影響(Mendez,2001),而樂盲在其旋律加工能力受損時(shí)其語言能力也基本表現(xiàn)正常(Liu et al.,2012;Piccirilli,Sciarma,&Luzzi,2000;Polk&Kertesz,1993)。并且,對(duì)正常被試的腦成像研究也發(fā)現(xiàn),雖然音樂和語言存在加工重合的腦區(qū),但是其不重合的腦區(qū)也有很多(Rogalsky,Rong,Saberi,&Hickok,2011),甚至音樂的結(jié)構(gòu)分析幾乎不能激活相應(yīng)句子分析的區(qū)域(Fedorenko,Behr,&Kanwisher,2011)。研究者據(jù)此認(rèn)為,音樂和語言分屬不同的模塊,各有一套獨(dú)特的加工機(jī)制。

音樂和語言是否同屬同一個(gè)模塊爭(zhēng)論已久,之所以出現(xiàn)研究結(jié)果的不一致,可能是由于研究者所采用的研究范式不一致導(dǎo)致,也可能受其被試數(shù)量和分析方法的影響。鑒于此,為系統(tǒng)探討音樂和語言加工的關(guān)系,本研究希望通過對(duì)比音樂和語言的元分析結(jié)果,從各個(gè)加工層級(jí)出發(fā),探查音樂和語言加工的關(guān)系,并具體探討音樂和語言在神經(jīng)基礎(chǔ)上的異同。

2 方法

2.1 數(shù)據(jù)提取和描述

由于已有研究者對(duì)特定于音樂知覺的兩個(gè)層級(jí),即較為低層級(jí)的音程分析和高層級(jí)的結(jié)構(gòu)分析(賴寒,徐苗,宋宜穎,劉嘉,2013),以及語言知覺的三個(gè)層級(jí),即低層級(jí)的語音分析、較為低層級(jí)的詞義分析和高層級(jí)的句子分析(Vigneau et al.,2006,2011),做了較為完善的元分析,因此,本研究直接采用其結(jié)果,以進(jìn)行后續(xù)的分析。研究中各層級(jí)元分析的文獻(xiàn)搜索策略、以及所納入文獻(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)總數(shù)、實(shí)驗(yàn)對(duì)比條件(Contrast)總數(shù)、峰值(Peaks)總數(shù)和最終聚類得到的簇(Cluster)總數(shù)具體如表1所示。

2.2 元分析結(jié)果的對(duì)比

由于元分析所得到的簇的中心坐標(biāo)所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)大腦模板均采用的是MNI(Montreal Neurological Institute)坐標(biāo)系,因此,為了清楚的將音樂和語言各層級(jí)的加工機(jī)制進(jìn)行對(duì)比,我們首先使用Caret軟件(van Essen et al.,2001)將音樂和語言各層級(jí)加工所激活的簇的中心坐標(biāo)投射到Caret自帶的MNI模板上,即得到音樂和語言各層級(jí)加工的簇中心坐標(biāo)對(duì)比圖(圖1)。

2.3 音樂和語言加工區(qū)域的重合

為了探查音樂和語言知覺的神經(jīng)基礎(chǔ)之間的關(guān)系,我們進(jìn)一步分析了分屬音樂和語言各層級(jí)加工的簇在大腦皮層上是否有重合。具體而言,我們將首先探查音程分析和語言各層級(jí)的簇在大腦皮層上是否有重合。具體而言,重合分析由以下四個(gè)步驟構(gòu)成。首先,我們將音程分析與語言各層級(jí)的簇兩兩隨機(jī)進(jìn)行配對(duì),并計(jì)算出每對(duì)簇的中心坐標(biāo)的歐式距離,篩選出簇間間距小于7 mm(約3個(gè)體素以內(nèi))的配對(duì)。隨后,我們將篩選出的配對(duì)中的兩個(gè)簇的峰值混合,采用K-means聚類分析方法,指定聚類數(shù)目為K=2,迭代次數(shù)T=10。若重新聚類后,兩簇的峰值混合在一起,則從描述上表明這兩個(gè)簇所在的腦區(qū)上可能有重合。再次,為了從統(tǒng)計(jì)上進(jìn)一步驗(yàn)證配對(duì)中的兩個(gè)簇是否存在重合,我們對(duì)由K-means聚類篩選出的配對(duì)做了多元方差分析。具體而言,我們對(duì)配對(duì)中的兩個(gè)簇的峰值在X、Y、Z方向上分別進(jìn)行了多元方差分析。若配對(duì)的簇在X、Y、Z方向上的組間差異均不顯著,則可認(rèn)為這兩個(gè)簇所在的腦區(qū)上有重合(Reich,Szwed,Cohen,&Amedi,2011)。最后,為了進(jìn)一步量化參與音程分析和語言加工的簇在多大程度上有重合,我們分別計(jì)算了其左右腦的簇重合率,計(jì)算方法為音程分析左(右)腦的重合簇總數(shù)除以音程分析左(右)腦的簇總數(shù)。同樣的流程被采用來尋找結(jié)構(gòu)分析與語言各層級(jí)加工有重合的簇。

表1 音樂和語言各層級(jí)元分析的詳細(xì)信息

圖1 音樂和語言各層級(jí)加工的簇中心坐標(biāo)對(duì)比圖

3 結(jié)果

首先,為描述性地考察音樂和語言各層級(jí)加工所激活的區(qū)域在大腦皮層上是否可能有重合,我們將音樂和語言的元分析研究所得到的簇中心坐標(biāo),標(biāo)記在Caret自帶的MNI模板上。結(jié)果如圖1所示,音樂的兩個(gè)層級(jí),音程分析(紅色的點(diǎn))和結(jié)構(gòu)分析(黃色的點(diǎn))所激活的簇,與語言的三個(gè)層級(jí),語音分析(綠色的點(diǎn))、詞義分析(藍(lán)色的點(diǎn))和句子分析(青色的點(diǎn))所激活的簇,在左腦的額葉、顳葉和頂葉以及右腦的額葉和腦島等區(qū)域,均比較接近,暗示音樂和語言可能存在共享的神經(jīng)基礎(chǔ)。

為了進(jìn)一步探查音樂和語言知覺的神經(jīng)基礎(chǔ)之間的關(guān)系,我們分別對(duì)分屬音樂和語言各層級(jí)加工的簇進(jìn)行了重合分析。

具體而言,對(duì)于音程分析,我們篩選出了5個(gè)簇間間距小于7 mm的配對(duì)。進(jìn)一步分別對(duì)篩選出來的5個(gè)配對(duì)做K-means聚類分析,我們發(fā)現(xiàn),這5個(gè)配對(duì)的簇的峰值均混合在一起,表明這5個(gè)配對(duì)可能有重合。再次,為了從統(tǒng)計(jì)上進(jìn)一步驗(yàn)證配對(duì)中的兩個(gè)簇是否有重合,我們對(duì)由K-means聚類篩選出的5個(gè)配對(duì)做了多元方差分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),這5個(gè)配對(duì)的簇中心坐標(biāo)在X、Y、Z方向上的組間差異均不顯著,表明了這5個(gè)配對(duì)的兩個(gè)簇所在的腦區(qū)的重合。

各配對(duì)的簇的分布及坐標(biāo)位置具體如圖2所示,各配對(duì)的簇的中心坐標(biāo)以及其在X、Y、Z方向上的F值與

p

值具體如表2所示。其中,參與音程分析的簇,與參與語言三個(gè)層級(jí)加工的簇,兩兩間均存在重合。其中,它與語音分析發(fā)生重合的區(qū)域位于左側(cè)顳上回和左側(cè)中央前回;與詞義加工發(fā)生重合的區(qū)域位于左側(cè)顳上回和左側(cè)額下回的三角部;與句子分析發(fā)生重合的區(qū)域位于右側(cè)腦島。通過計(jì)算左右腦的簇重合率發(fā)現(xiàn),音程分析與語言加工重合較多,主要表現(xiàn)在大腦左側(cè)(50%)有較多重合。對(duì)于結(jié)構(gòu)分析,我們篩選出了6個(gè)簇間間距小于7 mm的配對(duì)。進(jìn)一步分別對(duì)篩選出來的6個(gè)配對(duì)做K-means聚類分析,我們發(fā)現(xiàn),這6個(gè)配對(duì)的簇的峰值均混合在一起,表明這6個(gè)配對(duì)可能有重合。再次,為了從統(tǒng)計(jì)上進(jìn)一步驗(yàn)證配對(duì)中的兩個(gè)簇是否有重合,我們對(duì)由K-means聚類篩選出的6個(gè)配對(duì)做了多元方差分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),除了一對(duì)配對(duì),即結(jié)構(gòu)分析的簇,中央前回,與語音分析的簇,中央前回,在Y方向上的簇峰值坐標(biāo)存在顯著差異外(

p

=0.04),其余5個(gè)配對(duì)的簇中心坐標(biāo)在X、Y、Z方向上的組間差異均不顯著,表明了這5個(gè)配對(duì)的兩個(gè)簇所在的腦區(qū)的重合。

圖2 音樂和語言各層級(jí)加工的重合

表2 音程分析和語言各層級(jí)加工的重合率、重合腦區(qū)坐標(biāo)、簇間距離及F檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值

各配對(duì)的簇的分布及坐標(biāo)位置具體如圖2所示,各配對(duì)的簇的中心坐標(biāo)以及其在X、Y、Z方向上的F值與

p

值具體如表3所示。其中,參與結(jié)構(gòu)分析的簇,與參與語言三個(gè)層級(jí)加工的簇,兩兩間均存在重合。其中,它與語音分析發(fā)生重合的區(qū)域位于左側(cè)額蓋區(qū)(Rolandic operculum,RoLo)和右側(cè)腦島;與詞義分析發(fā)生重合的區(qū)域位于右側(cè)額下回的島蓋部和右側(cè)腦島;與句子分析發(fā)生重合的區(qū)域位于右側(cè)腦島。通過計(jì)算左右腦的簇重合率發(fā)現(xiàn),結(jié)構(gòu)分析與語言加工重合較少,在大腦左側(cè)(7%)和右側(cè)(14%)均只存在少量重合。

4 討論

本研究根據(jù)音樂和語言的層級(jí)結(jié)構(gòu),從各個(gè)加工階段出發(fā),探討音樂和語言的關(guān)系。具體而言,我們對(duì)二者已有的元分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,進(jìn)而探討了音樂和語言在神經(jīng)基礎(chǔ)上的異同。結(jié)果表明,音樂的兩個(gè)層級(jí),音程分析和結(jié)構(gòu)分析,與語言的三個(gè)層級(jí),語音分析、詞義分析和句子分析,兩兩間均存在加工重合的區(qū)域。音程分析和語言加工重合更多,在大腦左側(cè)有較多重合(50%),而結(jié)構(gòu)分析與語言加工重合較少,在大腦左側(cè)(7%)和右側(cè)(14%)均只有少量重合,暗示了在較為低層級(jí)的加工階段,音樂和語言更可能存在共享的神經(jīng)基礎(chǔ),而在更為高層級(jí)的加工階段,音樂和語言的加工更多地表現(xiàn)出各自獨(dú)特的特點(diǎn)。

表3 結(jié)構(gòu)分析和語言各層級(jí)加工的重合率、重合腦區(qū)坐標(biāo)、簇間距離及F檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值

具體而言,音程分析與語言三個(gè)層級(jí)的重合區(qū)域主要分布在左側(cè)顳葉(顳上回)、左側(cè)前運(yùn)動(dòng)區(qū)(中央前回)、左側(cè)前額葉(額下回的三角部)和右側(cè)腦島;結(jié)構(gòu)分析與語言三個(gè)層級(jí)的重合區(qū)域主要分布在左側(cè)前運(yùn)動(dòng)區(qū)(額蓋區(qū))、右側(cè)前額葉(額下回的島蓋部)和右側(cè)腦島(圖3)。這些區(qū)域可能為音樂知覺與語言知覺各層級(jí)加工的神經(jīng)環(huán)路的共有節(jié)點(diǎn),暗示了二者在聽覺—運(yùn)動(dòng)環(huán)路、核心環(huán)路和認(rèn)知—情緒環(huán)路上可能存在的聯(lián)系。下面,我們將在音樂知覺和語言知覺的神經(jīng)環(huán)路的基礎(chǔ)上,詳細(xì)探討音樂和語言的關(guān)系。

4.1 音樂和語言知覺在神經(jīng)環(huán)路上的重合

4.1.1 音樂與語音分析在“聽覺—運(yùn)動(dòng)環(huán)路”存在重合節(jié)點(diǎn)

已有研究表明,音程分析和結(jié)構(gòu)分析均需要聽覺—運(yùn)動(dòng)環(huán)路的參與,而此在語音分析中也有涉及(Vigneau et al.,2006,2011;賴寒等,2013)。本結(jié)果表明,音程分析和結(jié)構(gòu)分析均可能與語音分析在聽覺—運(yùn)動(dòng)環(huán)路存在重合節(jié)點(diǎn)。不同的是,音程分析與語音加工的重合節(jié)點(diǎn)主要分布在左側(cè)中央前回,而結(jié)構(gòu)分析與語音加工的重合節(jié)點(diǎn)則主要分布在左側(cè)額蓋區(qū)(圖4)。

圖3 音樂和語言知覺示意圖

圖4 音程分析、結(jié)構(gòu)分析與語音分析的的各神經(jīng)環(huán)路關(guān)系圖

具體而言,對(duì)于音程分析,其與語音分析在左側(cè)中央前回存在重合,表明二者可能存在聽覺—運(yùn)動(dòng)整合上的聯(lián)系。已有研究表明,位于前運(yùn)動(dòng)皮層的中央前回與音樂和語言的聽覺—運(yùn)動(dòng)整合有關(guān)(Bangert et al.,2006;Hyde et al.,2009;Pulvermüller&Fadiga,2010;Vigneau et al.,2006),主要負(fù)責(zé)口舌和鄂的運(yùn)動(dòng)(Mohammadietal.,2009;Pulvermülleretal.,2006;Schubotz,Anwander,Kn?sche,Von Cramon,&Tittgemeyer,2010;Wong,Dzemidzic,Talavage,Romito,&Byrd,2011),參與音程分析和語音分析聽覺—運(yùn)動(dòng)環(huán)路的加工(Vigneau et al.,2006;賴寒等,2013)。因此,我們認(rèn)為,左側(cè)中央前回可能為音程分析和語音分析在聽覺—運(yùn)動(dòng)環(huán)路的共有節(jié)點(diǎn)。在音程分析階段,左側(cè)中央前回主要擔(dān)任音程—運(yùn)動(dòng)聯(lián)合區(qū)的角色,整合音程—運(yùn)動(dòng)的加工,以幫助重復(fù)和記憶旋律信息,反映了旋律加工中所存在的默唱的加工過程(賴寒等,2013);而在語音分析階段,左側(cè)中央前回則主要擔(dān)任語音—運(yùn)動(dòng)聯(lián)合區(qū)的角色,整合語音—運(yùn)動(dòng)的加工,幫助重復(fù)和記憶語音信息,反映了語音加工中所存在的默讀的加工過程(Szenkovits,Peelle,Norris,&Davis,2012;Vigneau et al.,2006)。

同樣,結(jié)構(gòu)分析與語音分析在左側(cè)額蓋區(qū)存在重合,也表面二者可能存在聽覺—運(yùn)動(dòng)整合上的聯(lián)系。位于前運(yùn)動(dòng)區(qū)的額蓋區(qū)也與音樂和語言的聽覺—運(yùn)動(dòng)整合有關(guān)(Kell et al.,2009;Koelsch et al.,2009;Szenkovits et al.,2012;Vigneau et al.,2006),主要負(fù)責(zé)喉結(jié)的運(yùn)動(dòng)控制(Brown,Ngan,&Liotti,2008;Chang,Erickson,Ambrose,Hasegawa-Johnson,&Ludlow,2008;J?ncke,H?nggi,&Steinmetz,2004),參與結(jié)構(gòu)分析和語音分析聽覺—運(yùn)動(dòng)環(huán)路的加工(Vigneau et al.,2006;賴寒等,2013)。因此,我們認(rèn)為,左側(cè)額蓋區(qū)可能為結(jié)構(gòu)分析和語音分析在聽覺—運(yùn)動(dòng)環(huán)路的共有結(jié)點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)分析階段,左側(cè)額蓋區(qū)主要擔(dān)任旋律—運(yùn)動(dòng)聯(lián)合區(qū)的角色,整合旋律—運(yùn)動(dòng)的加工;而在語音分析階段,左側(cè)額蓋區(qū)則和左側(cè)中央前回一起,擔(dān)任語音—運(yùn)動(dòng)聯(lián)合區(qū)的角色,整合語音—運(yùn)動(dòng)的加工。

4.1.2 音樂與詞義分析在“核心環(huán)路”存在重合節(jié)點(diǎn)

已有研究表明,左側(cè)顳上回與左側(cè)額下回均參與音程分析核心環(huán)路的加工,右側(cè)額下回參與結(jié)構(gòu)分析核心環(huán)路的加工(賴寒等,2013);這些區(qū)域在詞義加工的核心環(huán)路之一,背側(cè)語義環(huán)路中均有涉及(Friederici,2012;Hickok & Poeppel,2004;Vigneau et al.,2006,2011;賴寒等,2013)。本研究結(jié)果表明,音程分析和結(jié)構(gòu)分析均可能與詞義分析在其核心環(huán)路存在重合節(jié)點(diǎn)。不同的是,音程分析與詞義分析的重合節(jié)點(diǎn)主要分布在左側(cè)顳上回與左側(cè)額下回,而結(jié)構(gòu)分析與詞義分析的重合節(jié)點(diǎn)主要分布在右側(cè)額下回(圖5)。

具體而言,對(duì)于音程分析,其與詞義分析在左側(cè)顳上回存在重合,表明二者可能存在聽覺加工上的聯(lián)系。左側(cè)顳上回可能為連接音程分析核心環(huán)路和詞義分析背側(cè)語義環(huán)路的共有節(jié)點(diǎn)。在音程分析階段,左側(cè)顳上回主要負(fù)責(zé)旋律輪廓、和弦與旋律音程變化的知覺以及相對(duì)音高關(guān)系的精細(xì)分析(賴寒等,2013);而在詞義分析階段,左側(cè)顳上回主要擔(dān)任詞語語音、詞形和詞義的中轉(zhuǎn)站的角色,負(fù)責(zé)整合詞語的語音、詞形和詞義信息,將所知覺的字母和字形轉(zhuǎn)換成音節(jié)形式,并將語音信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的語義表征,進(jìn)而促進(jìn)詞語的概念加工和后續(xù)的句子加工(Friederici,2012;Houdé,Rossi,Lubin,&Joliot,2010;Pulvermüller&Fadiga,2010;Vigneau et al.,2006)。此外,音程分析還與詞義分析在左側(cè)額下回存在重合,表明二者還存在工作記憶加工上的聯(lián)系。左側(cè)額下回可能與左側(cè)顳上回一起,共同作為連接音程分析核心環(huán)路和詞義分析背側(cè)語義環(huán)路的節(jié)點(diǎn)。在音程分析階段,左側(cè)額下回負(fù)責(zé)對(duì)和弦及旋律信息進(jìn)行保持與存儲(chǔ),為顳上回完成音程分析奠定基礎(chǔ)(賴寒等,2013);而在詞義分析階段,左側(cè)額下回則主要負(fù)責(zé)對(duì)詞語的抽象詞義進(jìn)行判斷、選擇與提取,為后續(xù)的詞義整合及句子分析奠定基礎(chǔ)(Moss et al.,2005;Vigneau et al.,2006;Whitney,Kirk,O'Sullivan,Ralph,& Jefferies,2011)。

同樣,結(jié)構(gòu)分析與詞義分析在右側(cè)額下回存在重合,表明二者也可能存在工作記憶加工上的聯(lián)系。已有研究表明,右側(cè)額下回的島蓋部與執(zhí)行功能有關(guān)(Boehler,Appelbaum,Krebs,Hopf,&Woldorff,2010;Brown et al.,2012;Hampshire,Chamberlain,Monti,Duncan,&Owen,2010;Vigneau et al.,2011),在旋律結(jié)構(gòu)和詞語加工等工作記憶有關(guān)的任務(wù)中均有激活,既參與結(jié)構(gòu)工作記憶環(huán)路的加工(Janata,Tillmann,et al.,2002;賴寒等,2013),又輔助語言各層級(jí)工作記憶環(huán)路的加工(Vigneau et al.,2011)。因此,我們認(rèn)為,右側(cè)額下回的島蓋部可能為連接結(jié)構(gòu)分析核心環(huán)路和詞義分析背側(cè)語義環(huán)路的共有節(jié)點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)分析階段,右側(cè)額下回的島蓋部與前額葉其他區(qū)域一起,負(fù)責(zé)對(duì)顳上回整合而來的聲音序列信息進(jìn)行注意、保持與存儲(chǔ),以助于旋律句法結(jié)構(gòu)的建構(gòu)及實(shí)驗(yàn)任務(wù)的完成(賴寒等,2013);而在詞義分析階段,右側(cè)額下回的島蓋部則主要負(fù)責(zé)對(duì)詞義信息的注意、保持及存儲(chǔ)過程,以助于詞義提取及實(shí)驗(yàn)任務(wù)的完成(Vigneau et al.,2011)。

4.1.3 音樂與句子分析在“認(rèn)知—情緒環(huán)路”存在重合節(jié)點(diǎn)

以往研究表明,音程分析和結(jié)構(gòu)分析均需要認(rèn)知—情緒環(huán)路的參與,而此在句子分析中也有涉及(Vigneau et al.,2006,2011;賴寒等,2013)。本研究結(jié)構(gòu)表明,音程分析和結(jié)構(gòu)分析均可能與句子分析在認(rèn)知—情緒環(huán)路存在重合節(jié)點(diǎn),且重合節(jié)點(diǎn)均分布于右側(cè)腦島(圖6)。

圖5 音程分析、結(jié)構(gòu)分析與詞義分析的的各神經(jīng)環(huán)路關(guān)系圖

已有研究表明,無論是音樂知覺(Han,Rho,Jun,&Hwang,2010;Huq,Bello,&Rowe,2010;Kim et al.,2010;Omar et al.,2011;Yang,Lin,Su,&Chen,2008),還是語言知覺(Jones,Ward,&Critchley,2010;Mutschler et al.,2009),均會(huì)引發(fā)個(gè)體情緒體驗(yàn)的產(chǎn)生,并且這種情緒體驗(yàn)的加工大多需要腦島的參與(Boso,Politi,Barale,&Emanuele,2006;Jones et al.,2010;Koelsch,2010;Koelsch&Siebel,2005)。對(duì)音樂和語言知覺的元分析發(fā)現(xiàn),右側(cè)腦島不僅參與音程分析和結(jié)構(gòu)分析的認(rèn)知—情緒環(huán)路的加工(賴寒等,2013),也參與句子分析認(rèn)知—情緒環(huán)路的加工(Kurth et al.,2010)。

因此,我們認(rèn)為,右側(cè)腦島可能為音程分析和結(jié)構(gòu)分析分別與句子分析在認(rèn)知—情緒環(huán)路的共有節(jié)點(diǎn)。在音程分析和結(jié)構(gòu)分析階段,腦島參與旋律音程分析和旋律結(jié)構(gòu)分析的情緒喚起過程,而在句子分析階段,腦島參與句子分析的情緒喚起過程。

4.2 音樂和語言知覺在神經(jīng)環(huán)路上的分離

然而,雖然音樂和語言知覺在神經(jīng)環(huán)路上存在共有的節(jié)點(diǎn),但是二者不重合的節(jié)點(diǎn)則更多,二者的加工表現(xiàn)出各自獨(dú)特的特點(diǎn),在神經(jīng)環(huán)路上存在以下三個(gè)方面的區(qū)別。

第一、音樂和語言知覺的神經(jīng)環(huán)路不盡相同(圖4-6)。例如,音樂與語言知覺均包含各自獨(dú)特的核心環(huán)路。雖然音程分析和結(jié)構(gòu)分析的核心環(huán)路與詞義分析的背側(cè)語義環(huán)路分別存在著共有節(jié)點(diǎn),但是環(huán)路內(nèi)二者不重合的節(jié)點(diǎn)更多,可能反映了各自獨(dú)特的加工機(jī)制。

第二、雖然音樂和語言知覺均包含了相同的神經(jīng)環(huán)路,但是二者所涉及的腦區(qū)絕大多數(shù)并不相同(圖4-6)。并且,即使有的腦區(qū)名字相同,但是他們卻不是重合在一起的,可能反映了他們?cè)诠δ苌系膫?cè)重不一樣。例如,結(jié)構(gòu)分析與句子分析均包含認(rèn)知—情緒環(huán)路,但結(jié)構(gòu)分析的認(rèn)知—情緒環(huán)路主要依靠腦島、扣帶前回、旁扣帶回完成,而句子分析主要依靠腦島完成。又如音程分析和語音分析的聽覺—運(yùn)動(dòng)環(huán)路均包含右側(cè)中央前回,然而二者在右側(cè)中央前回卻并未發(fā)生重合。

第三、神經(jīng)環(huán)路的分離更多地發(fā)生在更為高層級(jí)的加工階段。對(duì)于音樂知覺,與較為低層級(jí)的音程分析相比,結(jié)構(gòu)分析在聽覺—運(yùn)動(dòng)環(huán)路、核心環(huán)路和認(rèn)知—情緒環(huán)路內(nèi),均與語言加工存在更多不重合節(jié)點(diǎn)。且對(duì)于語言知覺,與低層級(jí)的語音分析及較為低層級(jí)的詞義分析相比,句子分析只在外圍的認(rèn)知—情緒環(huán)路與音樂知覺發(fā)生重合,在句子分析核心環(huán)路則并未與音樂知覺發(fā)生重合。這可能反映出音樂和語言所特有的加工過程更可能發(fā)生在更為高層級(jí)的加工階段。

5 展望

本研究通過對(duì)比音樂和語言的元分析結(jié)果,從各個(gè)加工層級(jí)出發(fā),首次對(duì)音樂和語言的神經(jīng)基礎(chǔ)的關(guān)系進(jìn)行了全面地分析,從而探討了音樂和語言在神經(jīng)基礎(chǔ)上的異同。

本研究認(rèn)為,音樂和語言的各層級(jí)間均存在共有的神經(jīng)環(huán)路節(jié)點(diǎn),分別位于左側(cè)顳葉(顳上回)、左側(cè)前運(yùn)動(dòng)區(qū)(中央前回和額蓋區(qū))、雙側(cè)前額葉(左側(cè)額下回的三角部和雙側(cè)額下回的島蓋部)和右側(cè)腦島。并且,音樂和語言共有的神經(jīng)基礎(chǔ)更可能存在于較為低層級(jí)的加工階段,而在更為高層級(jí)的加工階段,音樂和語言的加工更多地表現(xiàn)出各自獨(dú)特的特點(diǎn)。然而,本研究的結(jié)果只是基于已有音樂和語言元分析結(jié)果的對(duì)比,還需要更為科學(xué)和嚴(yán)格的方法加以驗(yàn)證。未來研究有必要在同一批被試中直接比較音樂和語言各層級(jí)加工的關(guān)系,看看哪些腦區(qū)特異于音樂和語言知覺,哪些腦區(qū)是音樂和語言知覺所共享,嚴(yán)格探查其共享及分離的神經(jīng)基礎(chǔ)具體發(fā)生于音樂和語言知覺的哪一層級(jí)。同時(shí),由于音程分析和結(jié)構(gòu)分析是一個(gè)相對(duì)粗略的加工過程,音程分析包含了旋律輪廓和音程兩類信息的加工,結(jié)構(gòu)分析包含了和旋和諧、旋律和旋和音調(diào)結(jié)構(gòu)等信息的加工。因此,隨著相關(guān)fMRI研究量的增加,在未來的元分析中,有必要對(duì)二者的加工層級(jí)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分,并在其與語言知覺所對(duì)應(yīng)的層級(jí)上,更為精細(xì)的比較音樂知覺和語言知覺的關(guān)系。

此外,對(duì)比音樂和語言的元分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),不僅音樂和語言的各層級(jí)間均存在共有的神經(jīng)環(huán)路節(jié)點(diǎn),而且在不同層級(jí),其重合的神經(jīng)環(huán)路不盡相同。由于音樂訓(xùn)練相較于語言訓(xùn)練更方便也更簡(jiǎn)單,已有大量研究將音樂訓(xùn)練應(yīng)用于提高個(gè)體的語言能力(J?ncke,2012;Moreno&Besson,2006;Moreno et al.,2009;Paul,Sharda,&Singh,2012;Sch?n&Fran?ois,2011),因此,本研究不僅為其提供了理論支持,而且對(duì)如何將音樂訓(xùn)練更為有效的運(yùn)用于語言發(fā)展提供了線索。例如,本研究發(fā)現(xiàn),語音分析與音樂旋律分析在聽覺—運(yùn)動(dòng)環(huán)路存在共有節(jié)點(diǎn),那么對(duì)于在語音加工方面存在障礙的個(gè)體,則可以通過器樂和歌唱等訓(xùn)練加強(qiáng)聽覺—運(yùn)動(dòng)整合能力,由此提高誦讀等語音能力,實(shí)現(xiàn)個(gè)體語音能力的改善。又如,本研究發(fā)現(xiàn),結(jié)構(gòu)分析和詞義分析在核心環(huán)路存在工作記憶加工過程的聯(lián)系,那么對(duì)于在詞義加工方面存在障礙的個(gè)體,則可以通過加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)分析的工作記憶能力提高其詞義分析的工作記憶能力,從而改善個(gè)體的詞義加工。

圖6 音程分析、結(jié)構(gòu)分析與句子分析的各神經(jīng)環(huán)路關(guān)系圖,虛線表示聯(lián)系

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