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脑科学与教育蓝皮书:音乐训练促进语言和数学学习?

连载32 | 脑科学与教育:音乐训练促进语言和数学学习?

作者:陈文

编者:孙晓园

连载32 | 脑科学与教育:音乐训练促进语言和数学学习?

内容概要

◾音乐训练能够影响个体大脑结构和功能的可塑性。

孩童时期的音乐训练更容易对个体的大脑可塑性产生深远影响。

◾音乐训练对语言能力、空间能力、抽象思维能力等均有积极促进作用。

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案例解读

上篇我们系统讲述了艺术训练对大脑及认知能力的影响(点击阅读),我们了解到,各种形式的艺术训练的确能够对个体的大脑和行为产生积极影响。本篇,我们分享一篇案例,对音乐训练的影响做更详细的说明。

音乐训练影响大脑结构和功能的可塑性

音乐训练一般从幼龄儿童开始,练习量大,频率较高,且涉及到听觉、动作技能和多种认知能力的参与,需要大脑的运动皮层、视觉皮层、听觉皮层及前额叶等高级脑区共同协调(如图 1)[1],因而会影响到个体大脑的可塑性。

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图1 音乐训练中涉及的主要脑区

图片引自D Zatorre RJ, Chen JL, Penhune VB. When the brain plays music: auditory-motor interactions in music perception and production [J]. Nature Reviews Neuroscience, 2007, 8(7):547-558.

听觉系统作为音乐加工的重要脑区,其结构和功能被广泛发现受到音乐训练的影响,涉及到整个听觉通道的脑干[2]、初级听觉皮层[3][4]及高级听觉加工皮层[5]等众多脑区。也有许多研究在其他脑区发现音乐家与非音乐家大脑结构的不同,如胼胝体体积[6]、赫氏回灰质体积[7]、颞平面[8],额下回[9]等等。孩童时期的音乐训练更容易对个体的大脑可塑性产生深远影响。如,Hyde等发现经过15个月音乐训练的儿童,其大脑的初级听觉的皮层和运动区如右侧中央前回的体积比未接受训练的儿童要大(如图2),同时发现经过乐器训练的儿童在双侧额叶区和左侧前扣带回区的体积增大[10]。研究者除了发现音乐训练对个体大脑结构可塑性的影响外,也发现了它对大脑功能可塑性的影响。一项ERP(event-related brain potentials)的研究发现,经过9个月电脑程序的音乐训练 ,8岁儿童在完成音乐任务时,N300的波幅比对照组大,且训练前后N300也显示出不一致性,虽然这种效应较弱[11]

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图2 音乐训练使儿童右侧初级运动皮层体积增大

图片引自Hyde K L, Lerch J, Norton A, et al. Musical training shapes structural brain development [J]. Journal of Neuroscience, 2009, 29(10):3019-3025.

音乐训练与语言学习

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图片来源于网络

在音乐促进语言能力发展方面,多项研究表明儿童的音乐能力高低与言语的音素意识能力有显著正相关[12][13],音乐节奏感越强的个体其语音意识也越强[14][15]。而且,与未受过音乐训练的儿童相比,受过音乐训练的儿童具有更好的语音意识能力[16]。另外,很多研究发现经过音乐训练的儿童在语言加工任务时脑区活动也与未经过训练的儿童有所不同。例如,Chobert发现接受过音乐训练的儿童对元音/a/时长和起始时间变异的加工诱发了更大的MMN (mismatch negtivity)波幅[17];还有研究发现学前儿童音乐训练的时间和脑干语音编码有显著正相关关系[18]

音乐训练与数学学习

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图片来源于网络

除了音乐训练对语言的影响外,音乐与数学的联系,一直吸引着人们。例如,古希腊哲学家、数学家、音乐理论家毕达哥拉斯就曾用数学研究乐律。在基础层面上,学习和理解音乐作品中节奏,或在音乐表演时,需要个体对复杂的规律和比例有一定的敏感性,这其中涉及到数学思维。当涉及到对音乐结构(包括反复、转换、植入等)的理解时,就需要更高层次的数学思维。且很多研究者还发现有过音乐训练经验的学生,其数学成绩往往会更好[19][20]。研究者发现与未接受过音乐训练的学生相比,接受过训练的学生对数概念的理解能力更强[21],且数学成绩分数更高[22]。甚至有研究发现音乐训练年限与数学成绩有显著正相关关系[23]

总之,音乐训练能够对个体大脑的结构和功能的可塑性产生影响,并且对语言能力、空间能力、抽象思维能力等均有积极促进作用。

参考文献

[1] Zatorre RJ, Chen JL, Penhune VB. When the brain plays music: auditory-motor interactions in music perception and production [J]. Nature Reviews Neuroscience, 2007, 8(7):547-558.

[2] Wong P C, Skoe E, Russo N M, et al. Musical experience shapes human brainstem encoding of linguistic pitch patterns [J]. Nature Neuroscience, 2007, 10(4):420-422.

[3] Bermudez P, Lerch J P, Evans A C, et al. Neuroanatomical correlates of musicianship as revealed by cortical thickness and voxel-based morphometry [J]. Cerebral Cortex, 2009, 19(7):1583.

[4] Peter Schneider, Michael Scherg, H. Günter Dosch, et al. Morphology of Heschl’s gyrus reflects enhanced activation in the auditory cortex of musicians [J]. Nature Neuroscience, 2002, 5(7):688-694.

[5] Lappe C, Herholz S C, Trainor L J, et al. Cortical plasticity induced by short-term unimodal and multimodal musical training [J]. Journal of Neuroscience, 2008, 28(39):9632-9639.

[6] Schmithorst V J, Wilke M. Differences in white matter architecture between musicians and non-musicians: A diffusion tensor imaging study [J]. Neuroscience Letters, 2002, 321(1):57-60.

[7] Bermudez P, Lerch J P, Evans A C, et al. Neuroanatomical correlates of musicianship as revealed by cortical thickness and voxel-based morphometry [J]. Cerebral Cortex, 2009, 19(7):1583-1596.

[8] Keenan JP, Thangaraj V, Halpern AR, et al. Absolute pitch and planum temporale [J]. NeuroImage, 2001, 14(6):1402-1408.

[9] Gaser C, Schlaug G. Gray Matter Differences between Musicians and Nonmusicians [J]. Annals of the New York Academy of Sciences, 2003, 999(1):514.

[10] Hyde K L, Lerch J, Norton A, et al. Musical training shapes structural brain development [J]. Journal of Neuroscience, 2009, 29(10):3019-3025.

[11]Moreno S, Marques C, Santos A, et al. Musical training influences linguistic abilities in 8-year-old children: more evidence for brain plasticity [J]. Cerebral Cortex, 2009, 19(3):712-723.

[12]Anvari S H, Trainor L J, Woodside J, et al. Relations among musical skills, phonological processing, and early reading ability in preschool children [J]. Journal of Experimental Child Psychology, 2002, 83(2):111-130.

[13] Psyche Loui, Kenneth Kroog, Jennifer Zuk, et al. Relating Pitch Awareness to Phonemic Awareness in Children: Implications for Tone-Deafness and Dyslexia [J]. Frontiers in Psychology, 2011, 2(6):111.

[14] Sheehy K. The contribution of sensitivity to speech rhythm and non‐speech rhythm to early reading development [J]. Educational Psychology, 2010, 30(3):247-267.

[15] Moritz C. Links between early rhythm skills, musical training, and phonological awareness[J]. Reading & Writing, 2013, 26(5):739-769.

[16] Escalda J, Lemos S M A, França C C. Auditory processing and phonological awareness skills of five-yearold children with and without musical experience [J]. Jornal da Sociedade Brasileira de Fonoaudiologia, 2011, 23(3), 258-263.

[17] Chobert J, Marie C, François C, et al. Enhanced passive and active processing of syllables in musician children [J]. Journal of Cognitive Neuroscience, 2011, 23(12):3874-3887.

[18] Strait D L, O’Connell S, Parberyclark A, et al. Musicians’ Enhanced Neural Differentiation of Speech Sounds Arises Early in Life: Developmental Evidence from Ages 3 to 30 [J]. Cerebral Cortex, 2014, 24(9):2512-2521.

[19] Anvari SH, Trainor LJ, Woodside J, et al. Relations among musical skills, phonological processing, and early reading ability in preschool children [J]. Journal of Experimental Child Psychology, 2002, 83(2):111-130.

[20] Hobbs C. A comparison of the music aptitude, scholastic aptitude, and academic achievement of young children [J]. Psychology of Music, 1985, 13(2), 93-98.

[21] Geoghegan N, Mitchelmore M. Possible Effects of Early Childhood Music on Mathematical Achievement [J]. Comparative Analysis, 1996:9.

[22] Perlovsky L, Cabanac A, Bonniot-Cabanac M C, et al. Mozart effect, cognitive dissonance, and the pleasure of music [J]. Behavioural Brain Research, 2013, 244(3):9-14.

[23] Schellenberg E G. Long-term positive associations between music lessons and IQ [J]. Journal of Educational Psychology, 2006, 98(2):457-468.

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