【科學史沙龍】〈聆聽經驗與音樂訓練如何形塑大腦？〉＆〈亥姆霍茲的聲音科學〉

〈聆聽經驗與音樂訓練如何形塑大腦？〉

神經可塑性是神經科學非常重要的一個課題，而需要多感官協調的音樂訓練及演奏，可能會影響大腦結構與發育。神經科學家對於音樂家的大腦，一直保有很大的興趣，本講次介紹神經科學對此一主題的相關研究結果。

講師：李承宗｜愛樂電台：「你，為什麼會喜歡聽音樂」節目主持

神經可塑性是指神經系統受到外界刺激之後，產生適應性的改變，使我們得以記住重要訊息，學習新事物，適應新環境，並解決新的問題。神經可塑性反映於神經元的蛋白質結構分佈，突觸生成與消滅，神經纖維連結，甚至是不同神經核與不同腦區互動等等各方面。音樂家的大腦很適合用來研究神經可塑性，因為音樂訓練牽涉到聽覺、觸覺、視覺、短期與長期記憶、情緒感受、聯想與想像力等等，各種認知能力的相互配合與感官統整。

對音樂家的大腦進行研究後，我們發現音樂家的聽覺皮層，可能因為規律而持續的長期訓練而增大，也比較能夠捕捉到聲音裡頭的細節；演奏特定樂器的音樂家，其大腦對於自己熟悉的器樂聲響，更會產生較強的反應。不同的音樂訓練方式，對於大腦的影響也不同，比方說指揮家的聽覺空間處理能力，就明顯比鋼琴演奏家來得優秀；爵士樂跟古典樂音樂家，大腦處理音樂的機制也不一樣。

音樂家的大腦對於動作與聲音的連結，同樣會受到演奏訓練影響。研究發現大多數樂器皆需雙手演奏，雙手的統合訓練增強了音樂家連結左右腦的胼胝體；弦樂家由於演奏樂器左右手分工不同，也會因此改變動作皮層控制手指的腦區。這些動作訓練造成的大腦改變程度，跟音樂家從幾歲開始接受訓練，有相當程度的正相關，青春期前後的可塑性差異尤為顯著。

音樂訓練對於聽覺注意力頗有影響。比起一般人，音樂家更能夠在嘈雜的環境中，聽見自己想要聽見的聲音；動物研究亦指出，聽覺皮層細胞因為注意力的轉移，對聲音會產生不一樣的反應。由於音樂訓練有益於訓練聽覺注意力，因此也會對語言學習有幫助。

〈亥姆霍茲的聲音科學〉

十九世紀德國科學家亥姆霍茲 (Hermann von Helmholtz) ，在神經生理學、感覺生理學、知覺心理學、聲學、熱力學、電磁學、科學哲學、美學等方面，皆成就斐然。本講次介紹他對於人耳聆聽聲音的相關研究，以及他為何會以物理學的角度，解釋音樂的生理學機制。

講師：蔡振家｜臺灣大學音樂學研究所副教授

我們首先來介紹組合音。同時拉奏小提琴的兩根弦，你會聽到第三個聲音，這就是由前兩個音的倍數頻率差，所構成的組合音。最常聽到的組合音，是高頻音減掉低頻音的頻率，或是低頻音頻率的兩倍減掉高頻音。亥姆霍茲在 1877 年發現，兩個女高音以宏亮的歌聲，唱到平行三度的樂句時，組合音特別清晰。他猜測人的耳膜振盪並非線性系統，不過這個猜測是錯誤的，耳膜振盪在一般聲量範圍內是線性的，耳蝸才是人體聽覺的非線性擴大器。

組合音是「耳聲發射」機制所造成的現象，也就是耳內外毛細胞產生的主動反饋。亥姆霍茲當年雖然發現了組合音的現象，但是並不知道其發生機制，一直要到 20 世紀發展出精密的麥克風，科技進步才導致聽力學的進展，發現自發性以及誘發性等等各種耳聲發射類型。亥姆霍茲在 1850 年代設計了一個共振器，用來分離一個聲音中特定頻帶的成分，以便研究分析。他因而發現奇數倍的諧音，在空洞度以及較高頻的範圍內，音色表現較具優勢。

亥姆霍茲對於和諧陰與嘈雜音亦有研究。畢達哥拉斯很早就曾指出，兩個聲音的頻率比若為簡單整數比，聽起來就是和諧的；亥姆霍茲則進一步指出，這時候兩個聲音的諧音大致重疊，頻率比若是偏離簡單整數比，諧音就會存在微小頻率差，導致聲音產生不和諧的嘈雜度。

亥姆霍茲以物理學的角度，解釋音樂的生理學機制，可說是那個時代的「斜槓學者」，而這其來有自：他本人熱愛物理與音樂，但老爸卻要他讀醫，因此他就以這種方式，把他興趣所在的物理與音樂，結合到生理學研究的本業上。斜槓不只是多一份收入的餬口所需，也可以是調和興趣與維繫生計的權宜之計。