在当今充满各种声音干扰的世界中，我们经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发现，这项关键技能对于有音乐训练背景的人来说可能更为容易。他们追踪了人们在尝试将注意力集中在特定声音时大脑中发生的变化。
研究背景与发现
当研究人员卡西娅·洛·曼廷（Cassia Low Manting）——一位在约翰·加布里eli（John Gabrieli）和迪米特里奥斯·潘塔基斯（Dimitrios Pantazis）实验室工作的前MIT博士后——要求参与者专注于一段特定的旋律，同时播放另一段旋律时，具有音乐背景的人能够更好地跟随目标旋律，这一点并不令人意外。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环境中流动的多种声音，"加布里eli解释道，他是MIT的健康科学与技术教授。"这项研究揭示了成功处理即时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心智和大脑中的这种处理过程，为了解经验如何塑造我们聆听和注意的方式提供了见解。"
研究方法与挑战
研究参与者来自不同的音乐背景。有些是具有深厚训练和经验的专业音乐家，而其他人尽管每段旋律都有不同的音高，却难以区分他们听到的两段旋律。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变化。
"音乐家很有趣，因为他们的大脑已经根据训练发生了变化，"曼廷说。"这是研究这些训练效果的一个很好的模型。"
然而，研究人员面临着重大挑战。研究大脑如何管理听觉注意力一直很困难，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。
曼廷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。在实验中，他们不是以恒定音量播放旋律，而是让每段旋律的音量以特定频率振荡，每段旋律都有自己的频率，在大脑信号中创造了可检测的模式。"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，"曼廷解释道。"这非常清晰明了。"
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的大脑在实验中如何对每段旋律做出反应。在两段旋律播放的同时，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段旋律的音高更接近，以及改变音符的节奏来使这项任务变得更加困难。
曼廷使用了一份关于音乐经验的调查问卷来评估每位参与者的音乐素养，这一指标对任务表现有明显影响：一个人的音乐素养越高，他们就越成功地跟踪被要求跟随的旋律。
两种注意力模式的分离
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——即使在某些情况下，干扰旋律的音符与目标旋律同时播放。
他们发现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和自下而上的注意力。曼廷解释说，自上而下的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，自下而上的注意力是由声音本身的性质触发的。例如，火警会因其音量和突然性而触发这种注意力。在实验中，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。
"一个人的音乐素养越高，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影响就越小，"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，他们很可能会在聚焦声音方面表现出色，"她说。
未来研究方向
然而，她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。曼廷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"。这是她计划在未来的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。
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，也为开发注意力训练方法提供了潜在启示。随着对大脑注意力机制理解的深入，我们可能会看到更多针对注意力缺陷的干预措施，这些措施借鉴了音乐训练的原则。
研究意义与应用前景
这项研究的意义远超音乐领域。它为我们理解大脑如何处理复杂听觉环境提供了新视角，这对于开发帮助注意力缺陷人群的方法具有重要意义。例如，研究结果可能启发新型听力辅助设备的开发，帮助人们在嘈杂环境中更好地专注于特定声音。
此外，这些发现对教育领域也有潜在影响。学校可能会考虑将音乐教育作为增强学生注意力控制能力的一部分，特别是在注意力容易分散的儿童中。音乐训练可能被视为一种认知增强工具，而非仅仅是一种艺术形式。
随着神经科学技术的进步，如更精确的脑成像方法和更复杂的机器学习算法，我们对音乐训练如何重塑大脑的理解将不断深入。未来的研究可能会探索不同类型的音乐训练（如古典音乐训练与爵士乐训练）对大脑注意力的影响差异，以及这种训练是否能在成年后产生类似的效果。
总之，这项来自MIT的研究不仅揭示了音乐训练与大脑注意力之间的联系，还为我们理解经验如何塑造认知功能提供了重要见解。随着研究的深入，我们可能会看到音乐训练被更广泛地应用于改善认知功能和注意力控制的各种场景中。
