在当今充满各种声音竞争的世界中，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通过脑成像技术研究发现，有音乐训练背景的人可能比其他人更擅长过滤掉干扰声音，这项研究为我们理解音乐如何塑造大脑功能提供了新的见解。
研究背景与发现
当研究人员要求参与者专注于特定旋律，同时播放另一旋律时，有音乐背景的人能够更好地跟随目标旋律。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，能够放大他们想要聆听的声音，同时降低干扰的影响。
"人们能够听到、理解并优先处理周围环境中流动的多种声音，"麻省理工学院健康科学与技术教授John Gabrieli解释道。"这项研究揭示了成功处理同时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大脑中的这种处理过程，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。"
这项研究由麻省理工学院与瑞典卡罗林斯卡学院的研究团队合作完成，研究成果于9月17日发表在《科学进展》期刊上。
研究方法与创新
参与者多样性
研究参与者来自不同的音乐背景。一些是具有深厚训练和经验的专业音乐家，而另一些人则难以区分他们听到的两首旋律，尽管每首旋律都有不同的音高。这种差异使研究人员能够探索大脑注意力能力如何随经验而变化。
"音乐家是很有趣的研究对象，因为他们的大脑已经根据训练发生了变化，"主要研究者Cassia Low Manting表示。"这是研究这些训练效应的一个很好的模型。"
频率标记技术
研究人员面临的主要挑战是难以研究大脑如何管理听觉注意力。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：包括听众最关心的声音，以及听众试图忽略的声音。
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，每首旋律的音量会以特定频率振荡，上升和下降。每首旋律都有自己的频率，在大脑信号中创建可检测的模式。
"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，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。"
脑磁图与机器学习
当团队将频率标记与脑磁图（一种非侵入性监测大脑活动的方法）相结合时，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终音符：是上升还是下降？
研究人员可以通过使两首旋律的音高更接近，以及改变音符的时序来增加任务的难度。
Manting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性，这一指标对任务表现有明显影响：一个人的音乐性越高，他们成功跟随被要求跟踪的旋律的能力就越强。
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。他们用它来分离参与者在专注于目标旋律时大脑中发生的情况，甚至在某些情况下，当干扰旋律的音符同时播放时。
注意力的两种类型
研究人员发现与两种注意力相关的大脑活动有明显分离，这两种注意力被称为自上而下注意力和自下而上注意力。
Manting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强烈。
"一个人的音乐性越高，他们就越擅长专注于自上而下的选择性注意力，而自下而上注意力的效果就越小，"Manting解释道。
音乐训练的广泛影响
Manting预计，音乐家在其他情况下也会使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谈话的房间中跟随对话。
"我敢打赌，他们很可能会擅长聚焦于特定声音，"她说。
然而，Manting想知道是否有一种干扰实际上对音乐家来说更难过滤掉：他们自己乐器的声音。Manting本人既弹钢琴也弹中国古筝，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许多问题之一。
研究意义与应用前景
这项研究不仅增进了我们对音乐训练如何塑造大脑的理解，还为注意力障碍的治疗和教育干预提供了潜在的新思路。音乐训练可能成为一种非药物方法，帮助提高人们过滤干扰声音的能力，这对于注意力缺陷多动障碍(ADHD)患者和其他注意力相关障碍的人群可能特别有益。
此外，这些发现对音乐教育也有重要启示。它们支持了早期音乐教育的价值，不仅作为艺术表达的手段，还作为认知发展的工具。学校和教育机构可以考虑将音乐课程整合到核心课程中，以增强学生的注意力控制和认知能力。
未来研究方向
虽然这项研究提供了重要的见解，但仍有许多问题有待解答。未来的研究可以探索不同类型的音乐训练如何影响注意力能力，以及这种效果是否持续终生。此外，研究可以调查音乐训练是否可以用于改善老年人的注意力功能，或帮助恢复脑损伤患者的认知能力。
Manting和她的团队计划继续探索音乐训练如何影响认知，以及这些发现如何应用于改善各种人群的注意力功能。随着神经科学和人工智能技术的进步，我们可能会更深入地理解音乐与大脑之间的复杂关系，并开发出基于这些见解的新治疗方法。
结论
这项研究通过先进的脑成像技术和创新的数据分析方法，揭示了音乐训练如何增强大脑过滤干扰声音的能力。它不仅证明了经验如何塑造我们处理听觉信息的方式，还为音乐训练的认知益处提供了神经生物学基础。随着我们对这些机制的理解不断深入，音乐训练可能会被更广泛地应用于改善注意力控制和认知功能的各个方面。
