在当今充满各种声音干扰的世界中，我们常常需要过滤掉大量噪音才能听到最重要的信息。麻省理工学院麦戈文脑研究所的科学家们通过脑成像技术研究发现，这项关键技能对于有音乐训练的人来说可能更容易掌握。他们的研究揭示了当人们尝试专注于特定声音时，大脑内部发生了什么变化。
研究背景与方法
这项研究由麦戈文脑研究所的博士后Cassia Low Manting领导，她在John Gabrieli和Dimitrios Pantazis的实验室工作。研究团队要求参与者专注于一首特定的旋律，同时另一首旋律也在播放。不出所料，有音乐背景的参与者能够更好地跟随目标旋律。
"在充满竞争性声音的世界中，我们经常需要过滤掉很多噪音才能听到最重要的信息，"Gabrieli解释道，他是MIT的健康科学与技术Grover Hermann教授。"这项研究揭示了成功处理同时出现的声音并促进对最重要声音注意力的特定大脑机制。它还展示了音乐训练如何改变这种心理和大脑处理过程，为我们理解经验如何塑造我们聆听和注意的方式提供了见解。"
研究挑战与创新
研究团队面临重大挑战，因为当研究人员使用神经成像监测大脑活动时，他们看到的是大脑对所有声音的反应：听众最关心的声音，以及听众试图忽略的声音。通常很难确定哪些大脑信号是由哪些声音触发的。
Manting和她的同事通过一种称为频率标记的方法克服了这一挑战。与以恒定音量播放旋律不同，他们让每个旋律的音量以特定频率振荡，每个旋律都有自己的频率，在大脑信号中产生可检测的模式。"当你同时向受试者播放这两种声音并记录大脑信号时，你可以说，这种39赫兹的活动对应于低音调声音，而43赫兹的活动专门对应于高音调声音，"Manting解释道。"这非常清晰明了。"
注意力的两种机制
研究团队将频率标记与脑磁图(MEG)相结合，能够追踪参与者在实验过程中对每首旋律的大脑反应。研究发现，大脑活动与两种注意力机制相关：自上而下注意力和自下而上注意力。
Manting解释说，自上而下注意力是目标导向的，涉及有意识的专注——就像听众在跟随目标旋律时所调用的那种注意力。另一方面，自下而上注意力是由声音本身的性质触发的。例如，火灾警报会因为其音量和突然性而触发这种注意力。
"音乐性越高的人，他们专注于自上而下选择性注意力的能力就越强，自下而上注意力的效果就越弱，"Manting解释道。
研究意义与应用前景
这项研究不仅解释了为什么音乐家在嘈杂环境中更容易专注于特定声音，还为认知训练和注意力障碍干预提供了新思路。Manting认为，音乐家可能在其他情况下也使用其增强的自上而下注意力能力。例如，他们可能在充满背景谈话的房间里更好地跟随对话。
"我会打赌，他们有很大机会能够很好地聚焦于特定声音，"她说。
然而，Manting也好奇，对于音乐家来说，某种干扰可能实际上更难过滤掉：他们自己乐器的声音。Manting本人既弹钢琴又弹中国古筝，她说听到这些乐器的声音"就像有人在叫我的名字"。这是她计划在未来工作中探索的关于音乐训练如何影响认知的众多问题之一。
研究局限与未来方向
虽然这项研究提供了有价值的见解，但仍有一些局限性。首先，研究中的参与者音乐背景差异很大，从专业音乐人到难以区分两首不同音调旋律的人。这种差异虽然有助于探索大脑注意力能力如何随经验变化，但也可能影响结果的普遍性。
其次，研究主要关注听觉注意力，未来研究可以探索音乐训练是否也会影响视觉或其他感官的注意力能力。
最后，Manting指出，她自己的乐器声音可能对音乐家产生特殊影响，这一现象值得进一步研究。这涉及到专业训练如何塑造选择性注意力的特定方面，以及这种选择性是否具有领域特异性。
结论
这项发表在《Science Advances》上的研究通过创新的脑成像技术和分析方法，揭示了音乐训练如何增强大脑的注意力控制能力。研究不仅深化了我们对注意力神经机制的理解，也为认知增强和注意力障碍干预提供了潜在的新途径。随着研究的深入，我们可能会更全面地理解经验如何塑造大脑，以及如何利用这种知识来改善人类认知功能。
研究方法详解
研究团队采用频率标记法与脑磁图相结合的技术，能够精确追踪大脑对同时呈现的多种声音的反应。这种方法的关键在于让不同旋律的音量以不同频率振荡，从而在大脑信号中产生可识别的模式。
"当你同时向受试者播放这两种声音并记录大脑信号时，你可以说，这种39赫兹的活动对应于低音调声音，而43赫兹的活动专门对应于高音调声音，"Manting解释道。"这非常清晰明了。"
这种方法使研究人员能够区分大脑对目标声音和干扰声音的反应，从而揭示音乐训练如何影响这些神经机制。
音乐训练与认知优势
除了注意力控制外，越来越多的研究表明音乐训练与多种认知优势相关。音乐训练似乎能够增强大脑的可塑性，促进神经网络之间的连接，并提高执行功能、记忆力和语言能力。
"音乐家的大脑已经根据他们的训练发生了变化，"Manting说。"这是研究这些训练效果的一个很好的模型。"
这些发现对教育政策和个人发展具有重要意义。支持音乐教育不仅有助于培养艺术欣赏能力，还可能提供认知增强的额外好处。对于注意力障碍患者，基于音乐认知原理的干预措施可能成为传统治疗方法的有益补充。
跨学科研究的重要性
这项研究代表了神经科学、认知心理学和音乐学的交叉融合。研究团队包括来自MIT麦戈文脑研究所和瑞典卡罗林斯卡研究所的科学家，这种跨学科合作对于解决复杂的认知问题至关重要。
"研究揭示的机制不仅与音乐有关，还与更广泛的注意力控制问题相关，"Gabrieli指出。"这为理解大脑如何处理复杂环境中的信息提供了新视角。"
未来，这种跨学科方法可能会产生更多突破性发现，帮助我们更全面地理解人类认知的本质和可塑性。
