在当今充满各种声音干扰的环境中，我们常常需要过滤掉大量噪音才能听到最重要的信息。根据麻省理工学院麦戈文脑研究所科学家的最新研究，这项关键技能对于接受过音乐训练的人来说可能更为容易。通过脑成像技术，研究人员追踪了人们在尝试将注意力集中在特定声音时大脑的活动情况。
研究发现：音乐家的听觉优势
当研究人员要求参与者关注一首特定旋律，同时另一首旋律也在播放时，具有音乐背景的参与者能够更好地跟随目标旋律，这一结果并不令人意外。对参与者大脑活动的分析表明，这种优势源于音乐训练强化了神经机制，能够放大他们想要听到的声音，同时降低干扰的影响。
"人们能够听到、理解并优先处理周围流动的多种声音，"约翰·加布里eli教授解释道，他是麻省理工学院健康科学与技术专业的Grover Hermann教授。"这项研究揭示了成功处理同时发声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大脑中的这种处理过程，为我们提供了经验如何塑造我们倾听和注意方式的见解。"
研究方法：频率标记技术的创新应用
研究团队面临的主要挑战之一是研究大脑如何管理听觉注意力。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：包括听众最关心的声音和试图忽略的声音。通常很难确定哪些大脑信号是由哪些声音触发的。
为了克服这一挑战，曼廷和她的同事采用了一种称为"频率标记"的方法。在实验中，每首旋律的音量不是恒定的，而是以特定频率振荡上升和下降。每首旋律都有自己的频率，在响应它的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脑信号时，你可以说，39赫兹的活动对应于低音调声音，43赫兹的活动专门对应于高音调声音，"曼廷解释道。"这非常清晰明确。"
当团队将频率标记与脑磁图(MEG)相结合——一种非侵入性监测大脑活动的方法时，他们能够追踪研究参与者在实验过程中大脑对每首旋律的反应。在两首旋律播放的同时，受试者被指示跟随高音调或低音调的旋律。音乐停止后，他们被询问目标旋律的最后一个音符是上升还是下降。研究人员可以通过使两首旋律的音调更接近，以及改变音符的时机来使这项任务变得更困难。
数据分析：机器学习揭示注意力机制
曼廷使用了一份关于音乐经历的调查问卷来评估每位参与者的音乐能力，这一指标对任务表现有明显影响：一个人的音乐能力越强，他们就越能成功跟踪被要求关注的旋律。
为了寻找可能解释这一现象的大脑活动差异，研究团队开发了一种新的机器学习方法来分析他们的数据。他们利用这种方法来分离参与者专注于目标旋律时大脑中发生的情况，甚至在某些情况下，当干扰旋律的音符与目标旋律同时播放时也是如此。
两种注意力机制：自上而下与自下而上
研究结果显示，与两种注意力相关的大脑活动存在明显分离，这两种注意力被称为自上而下注意力和自下而上注意力。曼廷解释说，自上而下注意力是目标导向的，涉及有意识的集中——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，火灾警报会因其音量和突然性而触发这种注意力。在团队的实验中，干扰旋律触发了与自下而上注意力相关的活动——但在某些人中比在其他人中更为明显。
"一个人的音乐能力越强，他们就越能专注于自上而下的选择性注意力，自下而上注意力的效果就越小，"曼廷解释道。
曼廷预计，音乐家在其他情况下也会利用他们增强的自上而下注意力能力。例如，他们可能比其他人更擅长在充满背景交谈的房间中跟随对话。"我敢打赌，他们有很高几率会非常擅长聚焦于特定声音，"她说。
然而，她也好奇，对于音乐家来说，某种干扰实际上可能更难过滤掉：他们自己乐器的声音。曼廷自己既弹钢琴也弹中国古琴，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。
研究意义与应用前景
这项研究不仅揭示了音乐训练对大脑认知功能的影响机制，还为注意力障碍的治疗提供了新的思路。通过理解音乐训练如何增强自上而下的注意力控制，研究人员可以开发针对性的认知训练方案，帮助注意力缺陷多动障碍(ADHD)患者或其他注意力障碍人群改善他们的注意力过滤能力。
此外，这些发现也对音乐教育政策产生了影响。支持音乐教育不仅有助于培养艺术素养，还可能为儿童提供认知发展的额外益处，特别是在注意力控制和声音处理方面。未来的研究可以进一步探索不同类型的音乐训练对认知功能的影响差异，以及这些影响是否可以持续到成年期。
技术创新推动神经科学研究
研究团队采用的频率标记技术与脑磁图相结合的方法，为研究听觉注意力提供了新的工具。这种创新方法使研究人员能够更精确地分离大脑对不同声音的反应，克服了传统神经成像技术在研究多声音处理时的局限性。这一技术突破不仅适用于音乐认知研究，还可以扩展到其他需要同时处理多种感官信息的研究领域。
经验塑造大脑：神经可塑性的又一例证
这项研究为"经验塑造大脑"的神经可塑性理论提供了有力证据。音乐训练通过反复练习和专注，改变了大脑处理声音的神经回路，特别是增强了前额叶皮层等与注意力控制相关区域的功能。这一发现与其他关于专业训练对大脑影响的研究相呼应，如伦敦出租车司机海马体增大或盲人视觉皮层被听觉任务占用等现象，共同构成了神经可塑性的完整图景。
未来研究方向
尽管这项研究取得了重要进展，但仍有许多问题有待解答。曼廷和她的团队计划探索不同类型音乐训练对认知功能的影响差异，研究这些影响是否可以持续到成年期，以及音乐训练是否能够改善注意力障碍患者的症状。此外，他们还想了解音乐训练如何影响其他认知能力，如记忆、语言处理和执行功能等。
随着神经科学技术的不断进步，未来研究可能会采用更高分辨率的成像技术，如功能性磁共振成像(fMRI)与脑磁图的结合，以提供更详细的大脑活动信息。同时，长期追踪研究可以帮助我们理解音乐训练的持久效应，以及这些效应如何随年龄变化。
结语
这项关于音乐训练与注意力关系的研究，不仅深化了我们对音乐认知神经科学基础的理解，也为认知增强和注意力障碍治疗提供了新的思路。通过创新的实验方法和数据分析技术，研究人员揭示了音乐训练如何通过强化自上而下的注意力机制，改变大脑处理声音的方式。这些发现不仅对音乐教育有启示意义，也为理解经验如何塑造大脑功能提供了宝贵的见解。随着研究的深入，我们有望开发出更有效的认知训练方法，帮助人们提高注意力控制能力，应对日益复杂的信息环境。
