在充满竞争性声音的世界中，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。
研究发现：音乐家更擅长专注
当研究人员卡西娅·洛·曼丁(Cassia Low Manting)——一位曾在MIT约翰·加布里eli(John Gabrieli)和迪米特里奥斯·潘塔兹(Dimitrios Pantazis)实验室工作的博士后——要求参与者关注特定旋律，同时播放另一段旋律时，具有音乐背景的参与者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。
"人们能够听到、理解并优先处理周围流动的多种声音，"加布里eli解释道，他是MIT的健康科学与技术教授格罗弗·赫尔曼讲席教授。"这项研究揭示了成功处理即时同时发生的声音并促进对最重要声音关注的特定大脑机制。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：频率标记法的创新应用
研究团队面临的主要挑战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以及试图忽略的声音。通常很难确定哪些大脑信号是由哪些声音触发的。
曼丁和她的同事通过一种称为"频率标记法"的方法克服了这一挑战。与在实验中以恒定音量播放旋律不同，每段旋律的音量都会振荡，以特定频率上升和下降。每段旋律都有其独特的频率，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，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，"曼丁解释道。"这非常清晰明了。"
当团队将频率标记法与脑磁图(MEG)——一种监测大脑活动的非侵入性方法——相结合时，他们能够追踪研究参与者在实验过程中对每段旋律的大脑反应。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，他们被要求回答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调更接近，以及改变音符的时机来使这项任务变得更难。
曼丁使用了一份关于音乐经历的调查来为每位参与者的音乐能力打分，这一指标对任务表现有明显影响：一个人的音乐能力越强，他们就越成功地跟踪被要求关注的旋律。
注意力的两种类型：自上而下与自下而上
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，以寻找可能解释这一现象的大脑活动差异。他们利用这种方法分离出参与者在关注目标旋律时大脑中发生的情况——即使在某些情况下，干扰音符与目标音符同时播放。
他们发现了一种与两种注意力相关的大脑活动的明确分离，这两种注意力被称为自上而下注意力和自下而上注意力。曼丁解释说，自上而下注意力是目标导向的，涉及有意识的集中——就像参与者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。火警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——但在某些人中比其他人更强烈。
"一个人的音乐能力越强，他们就越擅长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弱，"曼丁解释道。
研究意义与未来展望
曼丁预计，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，他们有很大几率能够出色地聚焦于特定声音，"她说。
然而，她想知道一种干扰可能实际上对音乐家来说更难过滤掉：他们自己乐器的声音。曼丁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。
这项研究不仅揭示了音乐训练对大脑注意力的影响，还为理解经验如何塑造大脑功能提供了新视角。通过将频率标记法与脑磁图技术相结合，研究团队成功地分离了大脑处理同时声音时的不同神经活动，为未来研究听觉注意力开辟了新的可能性。
教育与实践启示
这一发现对音乐教育和认知训练具有重要启示。它表明音乐训练可能是一种有效的认知增强工具，可以帮助人们在日益嘈杂的环境中保持专注。对于教育工作者来说，这强调了音乐教育在培养儿童注意力控制能力方面的重要性。对于成年人来说，学习乐器可能不仅是一种艺术追求，还是一种认知锻炼方式。
此外，这项研究的方法论创新——特别是频率标记法的应用——为研究其他感觉处理问题提供了新思路。未来研究可以探索这种技术如何应用于理解视觉、触觉等其他感觉通道中的注意力机制。
总的来说，MIT的这项研究通过严谨的实验设计和创新的分析方法，揭示了音乐训练如何通过重塑大脑的注意力机制来增强认知功能。这不仅丰富了我们对音乐与大脑关系的理解，也为开发基于认知科学的注意力训练方法提供了科学基础。
