摘要

加州大学旧金山分校（UCSF）的研究人员揭示了大脑如何处理旋律，绘制了听觉皮层活动的详细图谱。研究发现，大脑在听到音乐时会同时执行两项任务：利用与语音处理相关的神经元追踪音高，并使用音乐特异性神经元预测未来的音符。这一突破性发现不仅解答了长期以来关于旋律感知的谜题，还表明音乐和语音处理在神经机制上既有共享部分，也有独特之处。这一发现深化了我们对大脑复杂音乐反应的理解，并为探索音乐的情感和治疗潜力开辟了新途径。

关键发现

1. 音乐的双重处理机制：大脑利用与语音处理相同的神经元追踪旋律音高，同时使用一组独特的神经元预测音乐音符。

2. 音乐特异性神经元：研究人员首次发现了一组专门用于预测旋律音符序列的神经元，这些神经元与语音处理无关。

3. 共享与独特的神经通路：研究表明，尽管音乐和语音在音高处理上共享部分神经通路，但音乐还激活了独特的神经机制来预测旋律序列。

研究背景

音乐在人类文化中占据核心地位已有数万年历史，但大脑如何感知音乐却一直是个谜。UCSF的研究团队通过绘制听觉皮层的活动图谱，揭示了大脑在处理旋律时的双重任务：一方面追踪音符的音高，另一方面预测未来的音符。

研究方法

研究团队记录了8名癫痫患者在手术准备期间的大脑活动。这些参与者在聆听西方音乐旋律片段和英语句子时，其听觉皮层的直接脑活动被记录下来。通过分析这些数据，研究人员发现大脑在处理音乐和语音时使用了部分相同的神经元，但也存在音乐特异性的神经元。

研究发现

1. 音高处理的共享机制：大脑利用与语音处理相同的神经元来评估音乐和语音的音高特性。

2. 音乐预测的独特性：研究人员首次发现了一组专门用于预测旋律音符的神经元，这些神经元能够根据已知的音乐模式预测未来的音符。

3. 多层次处理：大脑在聆听音乐时，既对单个音符进行低层次处理，也对音符的上下文进行高层次抽象处理。

研究意义

1. 深化对音乐感知的理解：研究揭示了音乐和语音处理在神经机制上的异同，为理解大脑如何处理复杂声音提供了新视角。

2. 探索音乐的治疗潜力：研究为音乐在情感调节和治疗中的应用提供了科学依据，例如通过音乐缓解焦虑或治疗神经系统疾病。

3. 推动听觉神经科学的发展：这一发现为未来研究音乐与大脑其他功能（如情感和记忆）的关联奠定了基础。

专家观点

Edward Chang博士（UCSF神经外科主任、Weill神经科学研究所成员）表示：“我们发现，大脑对旋律的理解部分与语音处理交织在一起，而音乐的其他重要方面则具有独特性。”

Narayan Sankaran博士（Chang实验室博士后研究员）补充道：“作曲家常谈论音乐的张力和解决。我们的大脑对音乐特征的预期和预测能力解释了音乐为何能激发情感，甚至让我们流泪。”

未来研究方向

研究团队计划进一步探索音乐与大脑情感中心之间的连接，以及音乐如何影响情绪和认知功能。此外，他们还将研究音乐在不同文化和个人中的神经反应差异，以更全面地理解音乐的普遍性和多样性。

结论

这项研究不仅解答了大脑如何处理音乐的基本问题，还为音乐在科学和医学领域的应用提供了新的可能性。通过揭示音乐与大脑之间的复杂关系，研究人员为未来的神经科学研究和音乐治疗开辟了广阔的前景。

参考文献
Sankaran, N., et al. (2024). Encoding of melody in the human auditory cortex. Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adk0010