學樂器的成效取決於聆聽音樂時的腦部活化

學樂器的成效取決於聆聽音樂時的腦部活化
蔡振家

相信很多人都同意，演奏樂器是很酷、很帥的行為，但遺憾的是，並非每個人都有這方面的天分。究竟演奏樂器的才能源自何處？是否跟大腦功能有關？2018年，認知神經科學家發表了一篇論文[1]，該文指出，學習演奏大提琴的初始表現，跟頭頂的一個腦區有關。

這項實驗研究有13位受試者，他們在參與實驗之前，都未曾正式學過音樂。受試者在實驗期間接受一個月的訓練，學習演奏大提琴，並且在三個時間點接受腦部掃描（在MRI磁振造影儀中聆聽或演奏音樂）。第一次腦部掃描是在訓練之前，第二次掃描在訓練一週後進行，等到四周的訓練結束之後，進行第三次腦部掃描。

在實驗結果中，有一項發現特別有趣：受試者在訓練前聆聽大提琴音樂時的腦部活化型態，可以預測他在訓練四周之後的演奏品質。參與實驗的受試者中，學習演奏大提琴的成效有高有低，這當然不足為奇，奇妙的是，學習成效較高者（訓練後的演奏品質較佳者），他們在訓練前聆聽大提琴音樂時，大腦中靠近頭頂的前輔助運動區（pre-supplementary motor area）活化程度較高，且該腦區跟聽覺皮質（auditory cortex）的互動也更為密切（圖1）。

圖1：腦中的輔助運動區（supplementary motor area; SMA）與右側聽覺皮質（auditory cortex; AC）。輔助運動區可以分為兩個部分，後方部分稱為輔助運動區本體（SMA proper），前方部分稱為前輔助運動區（pre-SMA）。前輔助運動區跟許多音樂能力密切相關。

還沒開始訓練就能預知訓練結果，難道這就是傳說中的「科技算命」？如果真的有這種算命技術，與其讓嬰兒「抓周」，倒不如在他們聽音樂時掃描大腦，以便預測其學習演奏樂器的成效？

也許未來真的會有這種算命公司，精準地挑出「天才」，無情地打擊「庸才」。但從學術的角度而言，上述論文的主要貢獻，是指出了音樂能力跟前輔助運動區的關聯。前輔助運動區的功能之一，在於監控動作及其產生的聲音，換句話說，在演奏樂器時若有音準或拍子的問題，自己聽到聲音不對勁，就要去調整動作。這種自我偵錯、自我調整的能力，跟腦中的前輔助運動區密切相關。上述論文的作者指出，較具音樂天分的人，可能在學習演奏之前，就已經在聽音樂時更加留意音高與時間向度的特徵，並且讓運動系統和聽覺系統之間有密切的聯繫。由此看來，演奏家並非只是手動得快，他們也擅長聆聽。

而從教育的角度而言，上述論文還有更深刻的含意。前輔助運動區具有偵錯與調控動作的功能，廣泛而言，前輔助運動區在認知控制（cognitive control）中扮演重要角色。所謂的認知控制，是指控制自己的行為、注意力、思想，以符合當前的任務目標。一項研究指出，在進行認知控制時，有接受音樂訓練的兒童展現較強的前輔助運動區活性（跟沒有接受音樂訓練的兒童相比），此一發現再次證實，音樂訓練可以影響大腦的認知功能[2]。

前輔助運動區還有另一項功能：序列處理（sequence processing），生活中序列處理的一個例子，是將幾個子動作串成一個動作序列，例如我們在學一套複雜動作時，可能會先練習分解動作，之後再將它們連貫起來，最後的連貫就涉及了序列處理。過去的研究發現，前輔助運動區若是受損，會影響一連串複雜動作的執行，簡單動作則不受影響[3]。前輔助運動區也能對音樂訊息作序列處理，當我們聆聽一段熟悉的音樂時，能夠時時預測音樂的進行，關鍵就在於前輔助運動區的序列處理[4]。

音樂才能較高的人，通常能夠在較長的樂句或樂段中，掌握音樂訊息的連貫性與呼應關係，甚至對於音樂的時間有種透視感與前瞻能力，他們對於演奏動作的偵錯與調控，也是在整體音樂脈絡中進行，這是較為進階的序列處理。音樂的初學者，不妨先掌握基本的序列處理，例如當兩個音先後出現，便構成了一個音程（pitch interval），也就是音高之間的距離，這是最基本的音樂序列概念。作曲家、指揮家暨音樂教育家徐頌仁曾經指出，孩童的第一堂音樂課應該教音程，反之，若在孩童缺乏音程概念時，便施以嚴苛的視唱練習，「將來他們演奏出來的音樂恐怕只會是沒有指向的原地踏步走。許多音準上的問題也出在這裡，因為許多人以為音名、指法對了，音準就不是問題，而不懂得用耳朵去聽。」[5]

看著樂譜唱出固定音名[6]，這種練習看似無傷大雅，但卻有可能淪為照本宣科，見樹不見林，久而久之，音樂甚至會喪失方向感與流動性。相反的，輔以音程概念的旋律練習及和聲練習，則能增進聆聽音樂時的序列處理能力、監控能力。有些音樂家可能看不懂樂譜，甚至先天失明，但他們對於音樂訊息的整合能力與認知控制，都優於常人。

瞭解以上學習音樂的要領之後，我們可以重新思考本文開頭所提到的腦造影研究。學習演奏大提琴之前，前輔助運動區在聆聽大提琴音樂時的活化程度，固然預言了未來的學習成效，但是預言並非宿命，大腦具有可塑性，教育可以改變腦部的活化型態。具體而言，音樂老師可以教導學生，聆聽音樂時應使用最原始的樂器：歌喉，以「內在哼唱」的方式去模仿旋律，掌握整體的音高與時間訊息，以更主動、更具自覺的方式，去欣賞音樂的流動。學生若掌握這樣的序列處理方式，往後再聆聽音樂時，前輔助運動區的活化可能會增加，演奏樂器時也會更有音樂性[7]。

認知神經科學的基礎研究，在教育上深具應用潛力，期待未來能有更多的跨領域交流，讓學習變得更有趣、更符合人性。

 參考資料：

1. Wollman, I., Penhune, V., Segado, M., Carpentier, T., & Zatorre, R. J. (2018). Neural network retuning and neural predictors of learning success associated with cello training. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 115: E6056-E6064.
2. Sachs, M., Kaplan, J., Der Sarkissian, A., & Habibi, A. (2017). Increased engagement of the cognitive control network associated with music training in children during an fMRI Stroop task. PLoS One, 12: e0187254.
3. Cona, G., & Semenza, C. (2017). Supplementary motor area as key structure for domain-general sequence processing: A unified account. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 72: 28-42.
4. Leaver, A. M., Van Lare, J., Zielinski, B., Halpern, A. R., & Rauschecker, J. P. (2009). Brain activation during anticipation of sound sequences. Journal of Neuroscience, 29: 2477-2485.
5. 徐頌仁（2001）《音樂演奏的實際探討》（第三版）。臺北：全音樂譜出版社，頁37。
6. 固定音名（fixed-do solfége）是不受調性影響的音高命名系統，C音無論在哪一個調都會唱成 “do”。相反的，首調音名（movable-do solfége）則依照音樂當下的調性脈絡來為音高命名，於是C音在C大調會唱成 “do”，在F大調唱成 “sol”，在G大調唱成 “fa”。高大宜教學法（Kodály method）主張使用首調音名，讓學習者更能掌握旋律。從認知心理學的角度而言，首調系統的原則是「先見林、再認樹」，根據整體所呈現的調性為個別音高命名；而當調性改變時，聽者需要更新音高命名規則，此能力跟前額葉（prefrontal cortex）的執行功能有關。
7. 許多研究顯示，內在哼唱與辨識旋律音程，都需要前輔助運動區的參與。此外，將訊息中的數個單元組合起來（chunking）、即興演奏音樂、跟著音樂而動、想像音樂聲響（auditory imagery of music）時，前輔助運動區也扮演關鍵角色。