音樂訓練促進面孔識別-行為及神經機制研究.pdf

1、音樂是人類文明的重要成就，它對人們的生活有著非常重要的影響。大量的研究發(fā)現音樂訓練能促進個體認知能力的發(fā)展，并會引起大腦結構及功能的變化。面孔識別也是人類非常重要的一種社會認知活動，人們對他人身份、情緒的識別主要就是通過面孔識別來實現，它在人與人之間的溝通上起著非常重要的作用。而且音樂訓練與面孔識別存在著一些共同的特征。一方面，五線譜上蘊含著豐富的空間關系信息，在識譜過程中，不但要識別單個音符在五線譜上的空間位置，還要識別音符之間的空間

2、距離關系。而且，音樂家對五線譜上音符的加工可能是一種組塊或者整體加工的方式進行。因此，音樂訓練在提高音樂學習者識譜能力的同時，可能也提高了他們對空間關系的加工能力或者整體加工能力。而大量研究認為面孔加工是一種構形加工，面孔的空間布局關系，以及面孔各器官之間的空間距離關系，在面孔加工中起著非常重要的作用。并且有研究表明面孔的整體加工能力預測面孔識別能力。因此，音樂訓練在提高空間關系加工能力或者整體加工能力的同時，可能也會促進對面孔的識別。

3、另一方面，在腦機制上，音樂訓練涉及大腦視覺區(qū)、運動區(qū)及聽覺區(qū)等多個腦區(qū)的協(xié)同參與，特別是顳葉皮層在音樂認知活動中起著非常重要的作用。而面孔加工的腦區(qū)也主要位于大腦顳葉梭狀回，它也因此被稱為梭狀回面孔加工區(qū)(FFA)。特別是一些研究認為，專家化的視覺經驗會引起梭狀回面孔加工區(qū)功能性變化。因此，長期音樂訓練對廣泛大腦皮層的可塑性影響，可能也會影響到面孔加工相關區(qū)域的結構或功能的變化，從而影響面孔識別能力。
　　 基于此，我們提出了音

4、樂訓練促進面孔識別的假設。在本研究中，我們通過6個實驗，從行為、腦電及腦成像指標上考察音樂訓練對面孔識別的促進效應。
　　 實驗一，采用視覺匹配的任務考察音樂專家和非音樂家在加工音符、面孔、文字以及無意義圖形上的反應時和正確率。研究結果發(fā)現：在反應時上，音樂專家對音符和面孔的反應速度顯著快于非音樂家，但是在文字和無意義圖片加工上沒有顯著差異。在正確率上，只有在音符加工上，音樂專家的正確率顯著高于非音樂家。盡管如此，對文字和無意義

5、圖片加工的難度顯著小于面孔和音符加工的難度，因此，文字和無意義圖片的加工效應之所以在兩組被試間沒有顯著差異，可能是因為任務難度太小，出現天花板效應導致的。
　　 因此，實驗二的行為實驗，仍然采用視覺匹配任務，但是通過對實驗刺激進行相似性匹配來提高任務難度。研究結果發(fā)現：在反應時上，音樂專家對音符和面孔的反應速度仍然顯著快于非音樂家。同時在無意義和椅子圖片的加工上，音樂專家的反應速度也顯著快于非音樂家。但是在文字加工上，兩組被試沒

6、有顯著差異。在正確率上，只有在音符加工上，音樂專家的正確率高于非音樂家。為了消除反應執(zhí)行對反應時的影響(音樂專家長期樂器彈奏會鍛煉他們的手指靈活度，提高他們的反應準備和按鍵反應速度)，我們以文字的加工反應時為基線，用音樂專家和非音樂家的面孔、音符、無意義以及椅子的加工反應時減去文字加工反應時，然后再進一步進行統(tǒng)計分析。結果發(fā)現，在無意義及椅子圖片加工上，兩組被試沒有顯著差異，但是在音符和面孔加工上，音樂專家仍然表現出更快的反應速度。這進

7、一步說明音樂訓練對面孔識別的促進效應特別明顯。
　　 在實驗一和二的實驗范式中，學習圖片(第一張圖片)和測試圖片(第二張圖片)相繼呈現，涉及到視覺記憶的參與。因此，實驗三，為了控制視覺記憶對實驗效應的影響，我們把學習圖片和測試圖片同時呈現。研究結果與實驗二基本一致，在反應時上，音樂專家對音符、面孔、無意義及椅子圖片的反應速度顯著快于非音樂家。在文字加工上，兩組被試沒有顯著差異。以文字反應時作為基線，進一步的統(tǒng)計結果發(fā)現，仍然只有

8、在音符和面孔加工上，音樂專家才表現出更快的反應速度，在其他視覺類別加工上沒有顯著差異。
　　 在實驗四中，我們利用高時間分辨率的ERP技術，采用實驗二同樣的實驗范式，進一步考察音樂訓練對面孔識別的促進效應。在行為結果上，音樂專家對音符、面孔、無意義及椅子圖片的反應速度顯著快于非音樂家；在文字加工上，兩組被試沒有顯著差異。同時音樂專家音符加工的正確率顯著高于非音樂家，在其他視覺類別加工上沒有顯著差異。在ERP結果上，我們主要考察學

9、習圖片(第一張圖片)的N170成分和測試圖片(第二張圖片)誘發(fā)的P300成分。在N170成分上，音樂專家面孔加工誘發(fā)的N170波幅顯著小于非音樂家，在其他視覺類別加工上，兩組被試沒有顯著差異。而且相關分析發(fā)現。音樂專家的五線譜識譜經驗與N170波幅值成正比，與潛伏期成反比。有趣的是，簡譜識譜經驗與N170的波幅和潛伏期沒有顯著的相關。在P300成分上，音樂專家音符和面孔加工的P300波幅顯著大于非音樂家，而在其他視覺類別加工上沒有顯著差

10、異。相關分析表明，P300波幅與行為反應時呈顯著的負相關，即P300波幅越大反應速度就越快。
　　 實驗五在實驗四的基礎上，著重考察任務性質對N170效應的調制作用。在實驗五中，我們采用內隱的與任務無關的位置判斷任務。研究結果顯示，音樂專家面孔加工的N170波幅仍然顯著小于非音樂家。同時在音符及無意義圖形的加工上，音樂專家的N170波幅也要顯著小于非音樂家，但是在文字加工上兩組被試沒有顯著差異。相關分析表明，音樂專家的識譜經驗與

11、N170的波幅值呈顯著的正相關，與潛伏期呈顯著的負相關。簡譜識譜經驗與N170的波幅和潛伏期沒有顯著的相關。
　　 實驗六，我們采用fMRI技術，進一步考察音樂訓練對視覺加工相關神經網絡的調制作用，特別是對顳葉梭狀回面孔加工區(qū)(FFA)激活模式的調制作用。研究結果發(fā)現，在全腦的分析上，對五線譜音符和無五線譜音符的加工，音樂專家比非音樂家在顳葉梭狀回激活更弱。與知覺學習和類別學習的研究結果一致，這種更低水平的激活反映了更快和更高效

12、的加工。而在右側小腦和左側緣上回，音樂專家對五線譜音符和無五線譜音符的加工有更強的激活。小腦和左側緣上回與運動協(xié)調和視覺-運動相關的加工有關，這說明了視覺音符引起了音樂家運動相關神經網絡的激活。更為有意思的是，在對面孔加工區(qū)(FFA)的ROI分析上，相比非音樂家，音樂專家對面孔的加工在左側梭狀回面孔加工區(qū)有更低的激活，在右側梭狀回面孔加工區(qū)沒有表現出組間差異。而對其他視覺類別的加工上兩組被試在雙側梭狀回面孔加工區(qū)都沒有顯著的激活水平差異

13、。而且，五線譜識譜經驗與面孔加工時左側FFA的激活水平呈負相關關系。簡譜識譜經驗與左側FFA的激活水平沒有顯著的相關。因此，音樂專家面孔加工在左側FFA的更低水平的激活反映了音樂專家高效的面孔加工能力，這也進一步為音樂訓練促進面孔識別提供了神經學基礎。
　　 綜上所述，本研究從行為及腦機制層面考察了音樂訓練對面孔識別的促進作用，并對其內在的認知神經機制進行了初步探索。本研究具有重要的理論及現實意義：(1)進一步加深我們對音樂功效