音乐情绪感知的脑机制研究文献综述

音乐情绪感知的脑机制研究文献综述

中国音乐学院 刘惠敏

摘要

音乐情绪体验一直是音乐心理学关注的重要方面，近年来，针对情绪的认知神经科学研究也得到了飞速发展，此相关领域的脑电图（EEG）、事件相关电位（ERP）及功能性核磁共振(fMRI)脑成像技术也已逐渐用于音乐情绪反应的脑机制研究，使得音乐情绪的脑机制逐渐成为音乐心理学、神经音乐学等领域的研究热点之一，本文则阐述了音乐情绪感知在神经音乐学领域的最新发展，并对已有的关于音乐情绪的脑机制研究文献进行综述，以期正确认识音乐情绪的基本神经机制。

引言

音乐情绪体验一直是音乐心理学关注的重要方面，综合所有音乐情绪反应的相关研究，可知现有的研究成果均以运用字句陈述及生理测量两种方式为主。前者主要以词语报告的方式，呈现受试者听赏音乐后的感受或想法；后者则依据人类对音乐所产生的生理反应，如：心跳、血压、皮肤电等，运用医学仪器加以测试及评估，实际上，音乐的情绪反应还有着更为复杂的脑机制，近年来，针对情绪的认知神经科学研究也得到了飞速发展，心理学研究方向也逐渐与该领域相结合，使得音乐心理学的发展也出现了向脑科学延伸的趋势，越来越多的国内外研究者开始关注音乐情绪体验背后的心理过程，将认知神经科学领域的脑电图（EEG）及功能性核磁共振(fMRI)脑成像技术等诸多方法用于音乐情绪感知的脑机制研究，以此增进对于音乐诱发情绪神经机制的认识，从而为以音乐情绪和认知调节为中介的音乐治疗的有效性提供一定的理论支持，更有针对性地选择音乐治疗中的音乐。本文则阐述了音乐情绪感知在神经音乐学领域的最新发展，并对已有的关于音乐情绪的脑机制研究文献进行综述，以期正确认识音乐情绪的基本神经机制。

1.音乐情绪感知的脑电图(electroencephalography, EEG)研究

    大脑皮层的神经元具有自发生物电活动，这种自发脑电活动可以通过把引导电极安置于头皮，用脑电图机记录下来，所记录的图形称为脑电图，即EEG[1]。国际上将脑波按其频率分为：δ 波（0.5～3 Hz）、θ 波（4～7 Hz）、α 波（8～13Hz）、β 波（14～30 Hz）、γ 波（35 Hz 以上），不同的脑电波对应着不同的生理和心理状态：δ波是正常人脑较少记录到的低频慢波，多在深睡眠状态出现；θ波在人平静放松并开始困倦时出现；α波是在正常安静状态、清醒闭目时记录到的主要波形，一般认为α波与放松状态和大脑的准备活动有关；β波反映的是人脑的警觉兴奋状态，正常人在思考问题、进行智力活动期间，β波占主导地位。

1.1国外有关音乐情绪感知的脑电图研究

 Tsang CD[2]等用EEG研究发现，大脑左右半球存在不同的音乐情绪加工部分，愉快和高兴的音乐片段可以更明显地激活左侧额叶相关脑区，而恐惧和悲伤的音乐片段更强烈地激活右侧额叶相关脑区，这向我们揭示了额叶部位在音乐情绪判断中起重要的作用；Altenmüller[3]等用皮层直流脑电图研究发现，听音乐时双侧的额颞区被广泛的激活，该研究还发现听音乐时的情绪反应具有侧效应：正性情绪与左侧颞叶活动有关，而对负性情绪进行加工时，右侧额颞部皮质更占优势。Sammler[4]等发现,与不愉快的音乐相比,愉快的音乐能使额中区出现更多的θ波，从而有助于放松心情。同时，前额皮层(PFC)是情绪信息加工的重要区域，而且不同的区域对情绪加工起着不同的作用[5]。

 1.2 国内有关音乐情绪感知的脑电图研究

 赖永秀[6]等人利用情绪量表对14对音乐进行打分而筛选出的四段音乐作为实验刺激，并分别对应“愉快、快乐、悲伤、恐惧”四种基本情绪，其中愉快和快乐属于正极性情绪，悲伤和恐惧属于负极性情绪，共同组成情绪的四个强度等级，实验结果表明，（1）额区和顶枕区的脑电α波功率随音乐情绪强度的减小而增加，“恐惧”作为实验中强度最强的刺激，所引发的α总功率比其他三种强度较弱的刺激均小。（2) 脑电α波功率的变化与情绪的极性和强度密切相关。在强度强或弱的情绪中，正极性情绪中的脑电α功率要大于负极性情绪的脑电α功率，且α功率与情绪极性的关系受音乐强度的调制，即强度强的负极性情绪α功率最小，而强度弱的正极性情绪α功率最大。

 代景华[7]在其音乐和海涛声对大学生脑电影响的实验研究结果表明，对比海涛声，聆听音乐使得被试θ波、α3波的相对功率有所升高，β波的相对功率有所降低，被试更加放松、安静，证明了音乐有使人产生镇静安定、平和放松的作用。

EEG记录的是音乐刺激诱发情绪后的脑电数据，它的谐波成分相当复杂，由于音乐诱发情绪过程的复杂性，EEG在音乐情绪领域的应用相对较少，目前，关于音乐情绪的脑电图（EEG）研究还处于初期阶段，结果较为分散。

 2. 音乐情绪感知的事件相关电位(event related potentials, ERP)研究

 事件相关电位是脑电图的瞬态方面，即一个反复出现的刺激在很短时间内的脑电图平均读数的结果，其主要特征包括：（1）波形分为正负两种变化方向；（2）波形变化存在一个强度水平（或振幅）；（3）变化的开始会有一个潜伏期（大约在200-600毫秒之间），在此期间，大脑对信息进行加工。事件相关电位的不同成分根据字母和数字来识别，例如P3（或P300）是一个正波，它的最大振幅出现在刺激后大约300毫秒时。（4）事件相关电位的产生是认知加工的结果，可能随着刺激情境的心理学意义的变化而变化，例如，N1与注意相关，N4反映出更高层次的知觉加工，而P3则与认知信息加工有关，在具体与音乐相关的听觉事件相关电位研究中，研究主要聚焦于N1、N4和P3这三个成分[8]。

 国内外关于音乐与情绪的ERP研究非常少，目前的主要工作大部分为用ERP作用于音乐认知的脑机制研究。Zatorre等认为不管有无音乐训练经验，音高加工部位主要位于右侧听觉皮层，而且右侧颞叶皮层的N400最大[9]，Daniele Schon[10]等加以补充，发现音高加工主要位于右侧颞一顶区；音高变化明显时会在大约150毫秒处出现最大幅度的早期负波N400。在语言加工中N400是由不和谐语言加工引起的，反映出强烈的个体期待，而音乐作为一种特殊的语言表达方式，出现N400也可说明个体对音高变化的强烈期待现象。

  Parry Andrade[11]等在ERP实验中让被试听一段完整的旋律并改变了音高，发现颞上回(BA22区)激活明显，这说明了颞上回在音高辨认中起着突出的作用。 Leino[12]等研究发现和谐的音乐与不和谐的音乐会在人的大脑中产生鲜明的特异性反应，违反了和声规则的不协和和弦(incongruous chords)会激发大脑出现早期双侧前负波(a early bilateral anterior negativity, as EBAN)，波幅取决于对和声规则的违反程度。

 Leakey  Marijtje等通过ERP研究发现，中央区是负责节奏加工的主要区域，随着节奏加工内容的增加而扩展到额叶区，其另一个结论是，Marijtje在其音乐训练被试者研究中发现,年龄的增加使得P300波幅随之降低，而节奏加工的潜伏期越长，但在同年龄的被试中没有差异，这说明年龄因素对音乐加工能力的影响是多方面的[13]。

 ERP具有高时间分辨率和无创性，其中的P3成分可以作为反应情绪变化的一个重要的电生理指标，从而为音乐情绪的ERP研究提供具体可行的研究素材和思路。

音乐情绪感知的脑机制研究文献综述 中国音乐学院 刘惠敏 摘要 音乐情绪体验一直是音乐心理学关注的重要方面，近年来，针对情绪的认知神经科学研究也得到了飞速发展，此相关领域的脑电图（EEG）、事件相关电位（ERP）及功能性核磁共振(fMRI)脑成像技术也已逐渐用于音乐情绪反应的脑机制研究，使得音乐情绪的脑机制逐渐成为音乐心理学、神经音乐学等领域的研究热点之一，本文则阐述了音乐情绪感知在神经音乐学领域的最新发展，并对已有的关于音乐情绪的脑机制研究文献进行综述，以期正确认识音乐情绪的基本神经机制。 引言 音乐情绪体验一直是音乐心理学关注的重要方面，综合所有音乐情绪反应的相关研究，可知现有的研究成果均以运用字句陈述及生理测量两种方式为主。前者主要以词语报告的方式，呈现受试者听赏音乐后的感受或想法；后者则依据人类对音乐所产生的生理反应，如：心跳、血压、皮肤电等，运用医学仪器加以测试及评估，实际上，音乐的情绪反应还有着更为复杂的脑机制，近年来，针对情绪的认知神经科学研究也得到了飞速发展，心理学研究方向也逐渐与该领域相结合，使得音乐心理学的发展也出现了向脑科学延伸的趋势，越来越多的国内外研究者开始关注音乐情绪体验背后的心理过程，将认知神经科学领域的脑电图（EEG）及功能性核磁共振(fMRI)脑成像技术等诸多方法用于音乐情绪感知的脑机制研究，以此增进对于音乐诱发情绪神经机制的认识，从而为以音乐情绪和认知调节为中介的音乐治疗的有效性提供一定的理论支持，更有针对性地选择音乐治疗中的音乐。本文则阐述了音乐情绪感知在神经音乐学领域的最新发展，并对已有的关于音乐情绪的脑机制研究文献进行综述，以期正确认识音乐情绪的基本神经机制。 1.音乐情绪感知的脑电图(electroencephalography, EEG)研究     大脑皮层的神经元具有自发生物电活动，这种自发脑电活动可以通过把引导电极安置于头皮，用脑电图机记录下来，所记录的图形称为脑电图，即EEG[1]。国际上将脑波按其频率分为：δ 波（0.5～3 Hz）、θ 波（4～7 Hz）、α 波（8～13Hz）、β 波（14～30 Hz）、γ 波（35 Hz 以上），不同的脑电波对应着不同的生理和心理状态：δ波是正常人脑较少记录到的低频慢波，多在深睡眠状态出现；θ波在人平静放松并开始困倦时出现；α波是在正常安静状态、清醒闭目时记录到的主要波形，一般认为α波与放松状态和大脑的准备活动有关；β波反映的是人脑的警觉兴奋状态，正常人在思考问题、进行智力活动期间，β波占主导地位。 1.1国外有关音乐情绪感知的脑电图研究  Tsang CD[2]等用EEG研究发现，大脑左右半球存在不同的音乐情绪加工部分，愉快和高兴的音乐片段可以更明显地激活左侧额叶相关脑区，而恐惧和悲伤的音乐片段更强烈地激活右侧额叶相关脑区，这向我们揭示了额叶部位在音乐情绪判断中起重要的作用；Altenmüller[3]等用皮层直流脑电图研究发现，听音乐时双侧的额颞区被广泛的激活，该研究还发现听音乐时的情绪反应具有侧效应：正性情绪与左侧颞叶活动有关，而对负性情绪进行加工时，右侧额颞部皮质更占优势。Sammler[4]等发现,与不愉快的音乐相比,愉快的音乐能使额中区出现更多的θ波，从而有助于放松心情。同时，前额皮层(PFC)是情绪信息加工的重要区域，而且不同的区域对情绪加工起着不同的作用[5]。  1.2 国内有关音乐情绪感知的脑电图研究  赖永秀[6]等人利用情绪量表对14对音乐进行打分而筛选出的四段音乐作为实验刺激，并分别对应“愉快、快乐、悲伤、恐惧”四种基本情绪，其中愉快和快乐属于正极性情绪，悲伤和恐惧属于负极性情绪，共同组成情绪的四个强度等级，实验结果表明，（1）额区和顶枕区的脑电α波功率随音乐情绪强度的减小而增加，“恐惧”作为实验中强度最强的刺激，所引发的α总功率比其他三种强度较弱的刺激均小。（2) 脑电α波功率的变化与情绪的极性和强度密切相关。在强度强或弱的情绪中，正极性情绪中的脑电α功率要大于负极性情绪的脑电α功率，且α功率与情绪极性的关系受音乐强度的调制，即强度强的负极性情绪α功率最小，而强度弱的正极性情绪α功率最大。  代景华[7]在其音乐和海涛声对大学生脑电影响的实验研究结果表明，对比海涛声，聆听音乐使得被试θ波、α3波的相对功率有所升高，β波的相对功率有所降低，被试更加放松、安静，证明了音乐有使人产生镇静安定、平和放松的作用。 EEG记录的是音乐刺激诱发情绪后的脑电数据，它的谐波成分相当复杂，由于音乐诱发情绪过程的复杂性，EEG在音乐情绪领域的应用相对较少，目前，关于音乐情绪的脑电图（EEG）研究还处于初期阶段，结果较为分散。  2. 音乐情绪感知的事件相关电位(event related potentials, ERP)研究  事件相关电位是脑电图的瞬态方面，即一个反复出现的刺激在很短时间内的脑电图平均读数的结果，其主要特征包括：（1）波形分为正负两种变化方向；（2）波形变化存在一个强度水平（或振幅）；（3）变化的开始会有一个潜伏期（大约在200-600毫秒之间），在此期间，大脑对信息进行加工。事件相关电位的不同成分根据字母和数字来识别，例如P3（或P300）是一个正波，它的最大振幅出现在刺激后大约300毫秒时。（4）事件相关电位的产生是认知加工的结果，可能随着刺激情境的心理学意义的变化而变化，例如，N1与注意相关，N4反映出更高层次的知觉加工，而P3则与认知信息加工有关，在具体与音乐相关的听觉事件相关电位研究中，研究主要聚焦于N1、N4和P3这三个成分[8]。  国内外关于音乐与情绪的ERP研究非常少，目前的主要工作大部分为用ERP作用于音乐认知的脑机制研究。Zatorre等认为不管有无音乐训练经验，音高加工部位主要位于右侧听觉皮层，而且右侧颞叶皮层的N400最大[9]，Daniele Schon[10]等加以补充，发现音高加工主要位于右侧颞一顶区；音高变化明显时会在大约150毫秒处出现最大幅度的早期负波N400。在语言加工中N400是由不和谐语言加工引起的，反映出强烈的个体期待，而音乐作为一种特殊的语言表达方式，出现N400也可说明个体对音高变化的强烈期待现象。   Parry Andrade[11]等在ERP实验中让被试听一段完整的旋律并改变了音高，发现颞上回(BA22区)激活明显，这说明了颞上回在音高辨认中起着突出的作用。 Leino[12]等研究发现和谐的音乐与不和谐的音乐会在人的大脑中产生鲜明的特异性反应，违反了和声规则的不协和和弦(incongruous chords)会激发大脑出现早期双侧前负波(a early bilateral anterior negativity, as EBAN)，波幅取决于对和声规则的违反程度。  Leakey  Marijtje等通过ERP研究发现，中央区是负责节奏加工的主要区域，随着节奏加工内容的增加而扩展到额叶区，其另一个结论是，Marijtje在其音乐训练被试者研究中发现,年龄的增加使得P300波幅随之降低，而节奏加工的潜伏期越长，但在同年龄的被试中没有差异，这说明年龄因素对音乐加工能力的影响是多方面的[13]。  ERP具有高时间分辨率和无创性，其中的P3成分可以作为反应情绪变化的一个重要的电生理指标，从而为音乐情绪的ERP研究提供具体可行的研究素材和思路。     3. 音乐情绪感知的脑成像研究     3.1 音乐情绪感知的功能性核磁共振(functional magnetic resonance  imaging, fMRI)研究    自功能性核磁共振(functional magnetic resonance imaging, fMRI)出现以来，这种技术逐渐成为一种研究脑功能的强有力的工具，而大多数的fMRI实验是基于血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent,BOLD)的对比原理，即人脑功能区被信号激活时脱氧血红蛋白浓度的改变能够导致局部磁共振信号图像的变化而进行工作的。    3.1.1 国外有关音乐情绪感知的功能性核磁共振研究     目前,音乐与情绪脑机制的相关研究大多都是运用功能性核磁共振(fMRI)来进行的。大多数研究者目前的研究结果都认为听音乐是认知加工与情绪加工的综合过程。 Griffiths [14]通过fMRI的研究方法发现,大脑双侧颞上回、颞中回和右侧额下回后部主要与音乐认知加工有关,而边缘系统包括前扣带回、杏仁核、基底神经节等则主要与情绪加工有关。 Mitterschiffthaler[15]等的fMRI研究发现,音乐的情绪反应加工网络是由涉及奖赏体验和运动的腹背侧纹状体、与注意有关的前扣带回以及通常在评价和情绪加工过程中起作用的内侧颞叶等脑区整合而成的。其实验结果表明，聆听古典音乐后产生的快乐情绪可以激活腹背测纹状体、前扣带回、海马旁回及听觉联络区；而欣赏悲伤的古典音乐后，由杏仁核与海马共同完成对音乐中消极内容进行加工，从而产生负性情绪体验和行为。可见，在音乐的情绪加工中，边缘系统起了重要作用。Koelsch [16]等用fMRI研究发现，相比较于令人悲伤的音乐小段，令人愉悦的小段会激活额下回、前上脑岛、腹侧纹状体、Heschl氏回及额叶岛盖。而令人悲伤的音乐相对比较于令人高兴的音乐则会激活杏仁核、海马、海马旁回及双侧颞叶。Flores-Gutiérrez [17]等将EEG与fMRI结合使用后发现，愉快的音乐主要激活左侧脑区，不愉快的音乐主要激活右侧脑区。    3.1.2 国内有关音乐情绪感知的功能性核磁共振研究     国内有关音乐情绪反应的fMRI研究较少，仅有项爱斋[18]等的fMRI研究结果显示，音乐可有效激活人脑与情感加工的相关脑区，大脑对喜悦和恐惧情感具有不同的神经加工网络，在音阶刺激和轻音乐刺激的对照下,仅恐怖音乐刺激会出现加工负性情绪的杏仁复合体的激活，而轻音乐引起的正性情感加工可能是音乐治疗的部分神经基础。     目前大多数有关音乐与情绪的研究结果表明：对音乐的基本认知加工与情绪加工分属不同的脑区，在对音乐的情绪加工中,杏仁核等边缘系统的脑区起了重要作用。虽然fMRI技术有较高的空间分辨率，能够直观、形象地观测被试在完成认知任务过程中大脑的活动情况，但其时间分辨率不高，因此在具体实验设计中，应采用ERP与fMRI相结合的研究范式，使得ERP的高时间分辨率和fMRI的高空间分辨率形成良好的互补。 3.2 音乐情绪感知的正电子发射断层扫描（position emission tomography，PET）研究     PET技术是通过给被试体内注入具有放射性核素的某种物质,如水、葡萄糖、氧等，以此观察被试进行认知加工时该物质在大脑中新陈代谢水平和脑中血流量的变化,从而达到辨别被激活脑区的目的。PET同样具有较高的空间分辨率,但是PET需要对人体内注入放射性核素，这使它的应用具有一定的局限性，因此它在音乐情绪的研究中应用的也较少，目前仅有的几项PET研究主要发现聆听音乐能够激活与基本音乐认知和音乐情绪加工相关的脑区，在这一点与前面提到的fMRI的相关研究结果是一致的。     Maguire[19]等利用PET研究发现，在正性音乐刺激中，左侧额叶、双侧海马回、 左侧岛叶前部和右侧丘脑出现激活，负性音乐刺激中右侧额叶、双侧海马回、右侧岛叶前部出现激活。较之负性音乐相比，正性音乐激活双侧海马更为明显，这可能是海马与情绪记忆有关，被试对正性情绪音乐的熟悉性要高于负性情绪音乐。Blood[20]等用PET来测被试对音乐进行情感反应时的脑血流量的变化，结果发现愉快的音乐和不愉快的音乐所激活的脑区与体验愉悦感和非愉悦感时所激活的脑区相似，但是与进行音乐认知加工时所激活的脑区不同。Blood [21]在随后的研究中更进一步发现，音乐激活的相关脑区与奖赏系统和情绪加工的脑区有关，包括腹侧纹状体、中脑、杏仁核、眶额皮层和腹内侧前额叶等脑区。这些加工愉快音乐的脑区在其它欣快诱导刺激下(如食物和药物滥用等)也会被激活，该发现指出了音乐与生物生存相关的刺激具有共同的大脑神经通路，并且这些通路与愉悦感及奖赏有关。Zatorre[22]等的PET实验结果表明，不仅正性和负性音乐情绪激活了左半球和右半球，而且激活的程度与情绪强度相关，如正性和负性音乐情绪体验的强度越剧烈，相对应的额叶左右两侧和海马双侧激活程度也越高。                               结论 以认知神经科学为代表的心理学研究取向为音乐情绪的研究提供了一个重要的切入点，而无创性的脑电与脑成像技术的应用，则为音乐情绪的脑机制研究提供了先进的研究方法与技术，从而保证了音乐情绪的脑机制研究得到顺利实施。但音乐认知加工任务例如节奏、音高、旋律、预期等方面的内容仍然是目前的研究重点，对于音乐情绪的神经心理学的研究还不多。此外，在相关的音乐情绪研究中，所选用的实验刺激大部分采用的是某位作曲家或演奏家的整个音乐材料，并未充分考虑音乐本体的因素与音乐材料的科学分类，这使得研究受到了一定程度的限制。 参考文献：