從腦科學(xué)看音樂訓(xùn)練與學(xué)習(xí)

/ 電子科技大學(xué)

我國著名的教育家孔子很早就重視對“樂”的教育，他傳授弟子的六藝“禮、樂、射、御、書、數(shù)”，其中的樂便泛指音樂和舞蹈。

抗戰(zhàn)時期流行的《松花江上》沉郁悲憤，極具感染力。當(dāng)年，西安愛國青年赴臨潼請愿，他們和老百姓一起向前來勸導(dǎo)的張學(xué)良唱起了《松花江上》。張學(xué)良聽了流離失所的父老鄉(xiāng)親唱的這首歌，大為感動，激起了促蔣抗日的決心，才有了后來的“西安事變”。可見，音樂的影響之巨大。

音樂為什么有如此巨大的力量呢？因為音樂和人類生理信號服從了同樣的規(guī)律——非線性動力學(xué)的標(biāo)度性質(zhì)。這個規(guī)律反映的是自然界的“和諧”。我們在自然界看到的美麗圖像，聽到的美麗聲音，都服從類似的規(guī)律。所以我們有理由相信，“和諧”也是人類學(xué)習(xí)的進(jìn)步之源。

藝術(shù)教育對兒童思維發(fā)展的影響

莫扎特效應(yīng)。Rauscher在1993年發(fā)表了《音樂對兒童的影響》，文中提出了著名的“莫扎特效應(yīng)”，引起了巨大的反響。最近我們做了這方面的研究，將莫扎特K448分別做成了正波和反波的音樂刺激。我們先讓老鼠分別聽兩種音樂，放入水迷宮，以檢驗它的記憶能力。最后發(fā)現(xiàn)，聽了正波音樂的老鼠完成任務(wù)的時間縮短了，而聽了反波音樂的老鼠完成任務(wù)的時間不僅沒有縮短，反而延長了。這個實驗證明，聽正波音樂會變聰明，聽反波音樂會變笨。那么人類是不是有類似的結(jié)果呢？我們讓人也聽這兩種音樂，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，聽正波音樂記憶力會增強(qiáng)，聽反波音樂記憶力會降低。

我們找了其他一些經(jīng)典的音樂做試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，巴赫的音樂效果是一樣的，但是比莫扎特的音樂效果要弱一些。那么這些行為實驗的結(jié)果，有沒有神經(jīng)科學(xué)的依據(jù)呢？我們觀察了老鼠海馬區(qū)神經(jīng)營養(yǎng)因子及其受體的表達(dá)，結(jié)果與行為數(shù)據(jù)是一致的。海馬神經(jīng)營養(yǎng)因子及其受體表達(dá)在聽正波音樂后會增加，聽反波音樂后會減少。我們在聽覺皮層上也發(fā)現(xiàn)了類似的證據(jù)。這些結(jié)果都說明，音樂確實引起了行為及神經(jīng)元層次的改變。一是音樂的效應(yīng)具有進(jìn)化上的保守性，從老鼠到人都有類似的效應(yīng)，這說明地球環(huán)境對各個物種的塑造是類似的；二是用于教育的音樂是需要評估的，不能什么音樂都給孩子聽，部分音樂可能會有負(fù)面作用，聽錯了音樂，就真的可能輸在起跑線上了。

我們知道，音樂里面有很多要素，比如音高、音色、音長……這些要素中到底是哪個要素起了關(guān)鍵作用呢？為此，我們把莫扎特音樂分解開，看看它的音高和節(jié)奏的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果只聽莫扎特節(jié)奏（所有音高都調(diào)整為一樣，只是節(jié)奏不變），那么它跟原始莫扎特音樂對空間記憶的影響是相同的。這說明在莫扎特效應(yīng)中起關(guān)鍵作用的是音樂的節(jié)奏。我們在聽外國音樂的時候，其實更多的是感受音樂的節(jié)奏。

音樂訓(xùn)練與語言能力的關(guān)系。國外的一項研究認(rèn)為，音樂訓(xùn)練幾乎對所有課程學(xué)習(xí)都有好處。對此，我們前些年也做了一項研究，對一所學(xué)校從二年級至五年級學(xué)生的所有學(xué)業(yè)成績及其接受音樂訓(xùn)練的情況進(jìn)行跟蹤，然后做了比較精細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)音樂訓(xùn)練對小孩的影響并沒有那么大，只是在第二語言如英語上的表現(xiàn)好一些，其他像數(shù)學(xué)、語文都沒有什么大的差異。最近北京師范大學(xué)南云教授的實驗也發(fā)現(xiàn)，在對4～5歲的兒童進(jìn)行6個月的鋼琴訓(xùn)練后，他們對語音的分辨能力有所提高，這些結(jié)果為音樂訓(xùn)練提升語言能力提供了直接的科學(xué)證據(jù)。

舞蹈與學(xué)習(xí)的關(guān)系。音樂跟舞蹈密切相關(guān)，那么舞蹈對我們的學(xué)業(yè)有沒有什么幫助呢？國外做過一項研究，該項研究發(fā)現(xiàn)舞蹈和運動都會增加大腦里海馬的體積，而海馬正是管記憶的，增加海馬體積可以提高小孩的記憶力、空間巡航能力和平衡力。舞蹈家在完成創(chuàng)造性任務(wù)時，他的右頂葉腦電活動會更強(qiáng)，這可能反映了舞蹈家具有更強(qiáng)的即興創(chuàng)造能力。我們注意到情商在兒童的學(xué)習(xí)中扮演著重要的角色，而情商跟腦島有很大關(guān)系，舞蹈訓(xùn)練可導(dǎo)致雙側(cè)的后腦島功能連接增強(qiáng)，這說明跳舞不僅有助于提高記憶力，對情商的培養(yǎng)也大有好處。

用音樂和舞蹈來提升學(xué)生的遷移學(xué)習(xí)素質(zhì)

音樂、舞蹈和學(xué)習(xí)之間到底有什么聯(lián)系呢？我們不妨看看人類學(xué)習(xí)的演化史。原始人類是沒有老師上課的，他們的學(xué)習(xí)就是現(xiàn)在所謂的增強(qiáng)學(xué)習(xí)，在跟環(huán)境的交互過程中不斷地習(xí)得。比如碰到很硬的石頭會感到痛，就知道不能硬碰。當(dāng)知識積累到一定程度后出現(xiàn)了監(jiān)督學(xué)習(xí)，也就是像現(xiàn)在在學(xué)校由老師指導(dǎo)下的學(xué)習(xí)。顯然，監(jiān)督學(xué)習(xí)不是為創(chuàng)造性學(xué)習(xí)而設(shè)計的，也不是培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的最佳方式。而創(chuàng)造性需要的是遷移學(xué)習(xí)，就是我們所說的舉一反三。音樂、舞蹈等能力是否可以遷移到其他能力上呢？比如語言、情商、記憶等。這便涉及人工智能。比如AlphaGo第一代是同時用的增強(qiáng)學(xué)習(xí)和監(jiān)督學(xué)習(xí)。監(jiān)督學(xué)習(xí)是學(xué)以前的棋譜，學(xué)了三千萬套棋譜，然后再自己跟自己練，就是基于環(huán)境交互的增強(qiáng)學(xué)習(xí)，大概也練了三千萬套。沒過多久，谷歌就推出新一版的AlphaGo Zero，它把監(jiān)督學(xué)習(xí)全部丟了，只用了增強(qiáng)學(xué)習(xí)，這就說明通過增強(qiáng)學(xué)習(xí)可以獲得的能力超過監(jiān)督學(xué)習(xí)。依照人工智能領(lǐng)域的說法，遷移學(xué)習(xí)才是人工智能未來有希望的發(fā)展方向。事實上，目前比較好的人工智能應(yīng)用范例中，確實也利用了遷移學(xué)習(xí)?？梢姍C(jī)器學(xué)習(xí)的演化趨勢也是從“監(jiān)督”到“增強(qiáng)”，再到“遷移”。當(dāng)前，中國的教育在監(jiān)督學(xué)習(xí)方面做得非常好，需要補(bǔ)強(qiáng)的是增強(qiáng)學(xué)習(xí)和遷移學(xué)習(xí)。而未來真正成功的社會應(yīng)該是監(jiān)督學(xué)習(xí)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)的和諧利用。監(jiān)督學(xué)習(xí)收獲的是高考成績，素質(zhì)教育收獲的是看不見的“遷移”，他們在某種程度上分別代表了短期收益和長期收益。

中國的教育存在“錢學(xué)森之問”，可能與我們的學(xué)習(xí)是以監(jiān)督學(xué)習(xí)為主有關(guān)系，學(xué)生沒有時間思考，也沒有養(yǎng)成思考的習(xí)慣，更沒有增強(qiáng)學(xué)習(xí)和遷移學(xué)習(xí)的素質(zhì)，后期怎么會成為杰出人才呢？而從腦科學(xué)的視角看，我們的學(xué)生需要更多的音樂和舞蹈來提升他們的遷移學(xué)習(xí)素質(zhì)。