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中文摘要 音乐训练促进面孔识别：行为及神经机制研究 发展与教育心理学专业博士研究生陈杰 指导教师李红教授 中文摘要 音乐是人类文明的重要成就，它对人们的生活有着非常重要的影响。大量的研究发现音 乐训练能促进个体认知能力的发展，并会引起大脑结构及功能的变化。面孔识别也是人类非 常重要的一种社会认知活动，人们对他人身份、情绪的识别主要就是通过面孔识别来实现， 它在人与人之间的沟通上起着非常重要的作用。而且音乐训练与面孔识别存在着一些共同的 特征。一方面，五线谱上蕴含着丰富的空间关系信息，在识谱过程中，不但要识别单个音符 在五线谱上的空间位置，还要识别音符之间的空间距离关系。而且，音乐家对五线谱上音符 的加工可能是一种组块或者整体加工的力式进行。因此，音乐训练在提高音乐学习者识谱能 力的同时，可能也提高了他们对空间关系的加工能力或者整体加工能力。而大量研究认为面 孔加工是一种构形加工，面孔的空间布局关系，以及面孔各器官之间的空间距离关系，在面 孔加工中起着非常重要的作用。并且有研究表明面孔的整体加工能力预测面孔识别能力。因 此，音乐训练在提高空间关系加工能力或者整体加工能力的同时，可能也会促进对面孔的识 别。另一方面，在脑机制上，音乐训练涉及大脑视觉区、运动区及听觉区等多个脑区的协同 参与，特别是颞叶皮层在音乐认知活动中起着非常重要的作用。而面孔加工的脑区也主要位 丁- 大脑颞叶梭状回，它也因此被称为梭状回面孔加工区( f f a ) 。特别是一些研究认为，专家 化的视觉经验会引起梭状回面孔加工区功能性变化。因此，长期音乐训练对广泛大脑皮层的 可塑性影响，可能也会影响到面孔加工相关区域的结构或功能的变化，从而影响面孔识别能 力。 基于此，我们提出了音乐训练促进面孔识别的假设。在本研究中，我们通过6 个实验， 从行为、脑电及脑成像指标上考察音乐训练对面孔识别的促进效应。 实验一，采用视觉匹配的任务考察音乐专家和非音乐家在加工音符、面孔、文字以及无 意义图形上的反应时和正确率。研究结果发现：在反应时上，音乐专家对音符和面孔的反应 速度显著快于非音乐家，但是在文字和无意义图片加工上没有显著差异。在正确率上，只有 在音符加t 上，音乐专家的正确率显著高于非音乐家。尽管如此，对文字和无意义图片加工 的难度显著小于面孔和音符加工的难度，冈此，文字和无意义图片的加工效应之所以在两组 被试问没有显著差异，可能是因为任务难度太小，出现天花板效应导致的。 因此，实验二的行为实验，仍然采用视觉匹配任务，但是通过对实验刺激进行相似性匹 配来提高任务难度。研究结果发现：在反应时上，音乐专家对音符和面孔的反应速度仍然显 西南大学博士学位论文 著快于非音乐家。同时在无意义和椅子图片的加工上，音乐专家的反应速度也显著快于非音 乐家。但是在文字加工上，两组被试没有显著差异。在正确率上，只有在音符加工上，音乐 专家的正确率高于非音乐家。为了消除反应执行对反应时的影响( 音乐专家长期乐器弹奏会 锻炼他们的手指灵活度，提高他们的反应准备和按键反应速度) ，我们以文字的加工反应时为 基线，用音乐专家和非音乐家的面孔、音符、无意义以及椅子的加工反应时减去文字加工反 应时，然后再进一步进行统计分析。结果发现，在无意义及椅子图片加工上，两组被试没有 显著差异，但是在音符和面孔加工上，音乐专家仍然表现出更快的反应速度。这进一步说明 音乐训练对面孔识别的促进效应特别明显。 在实验一和二的实验范式中，学习图片( 第一张图片) 和测试图片( 第二张图片) 相继 呈现，涉及到视觉记忆的参与。因此，实验三，为了控制视觉记忆对实验效应的影响，我们 把学习图片和测试图片同时呈现。研究结果与实验二基本一致，在反应时上，音乐专家对音 符、面孔、无意义及椅子图片的反应速度显著快于非音乐家。在文字加工上，两组被试没有 显著差异。以文字反应时作为基线，进一步的统计结果发现，仍然只有在音符和面孔加工上， 音乐专家才表现出更快的反应速度，在其他视觉类别加工上没有显著差异。 在实验四中，我们利用高时间分辨率的e r p 技术，采用实验二同样的实验范式，进一步考 察音乐训练对面孔识别的促进效应。在行为结果上，音乐专家对音符、面孔、无意义及椅子 图片的反应速度显著快于非音乐家；在文字加工上，两组被试没有显著差异。同时音乐专家 音符加工的正确率显著高于非音乐家，在其他视觉类别加工上没有显著差异。在职p 结果上， 我们主要考察学习图片( 第一张图片) 的n 1 7 0 成分和测试图片( 第二张图片) 诱发的p 3 0 0 成 分。在n 1 7 0 成分上，音乐专家面孔加工诱发的n 1 7 0 波幅显著小于非音乐家，在其他视觉类别 加工上，两组被试没有显著差异。而且相关分析发现。音乐专家的五线谱识谱经验与n 1 7 0 波 幅值成正比，与潜伏期成反比。有趣的是，简谱识谱经验与n 1 7 0 的波幅和潜伏期没有显著的 相关。在p 3 0 0 成分上，音乐专家音符和面孔加工的p 3 0 0 波幅显著大于非音乐家，而在其他视 觉类别加工上没有显著差异。相关分析表明，p 3 0 0 波幅与行为反应时呈显著的负相关，即p 3 0 0 波幅越大反应速度就越快。 实验五在实验四的基础上，着重考察任务性质对n 1 7 0 效应的调制作用。在实验五中，我 们采用内隐的与任务无关的位置判断任务。研究结果显示，音乐专家面孔加工的n 1 7 0 波幅仍 然显著小于非音乐家。同时在音符及无意义图形的加工上，音乐专家的n 1 7 0 波幅也要显著小 于非音乐家，但是在文字加工上两组被试没有显著差异。相关分析表明，音乐专家的识谱经 验与n 1 7 0 的波幅值呈显著的正相关，与潜伏期呈显著的负相关。简谱识谱经验与n 1 7 0 的波 幅和潜伏期没有显著的相关。 实验六，我们采用胍i 技术，进一步考察音乐训练对视觉加工相关神经网络的调制作用， 特别是对颞叶梭状回面孔加工区( f f a ) 激活模式的调制作用。研究结果发现，在全脑的分析 i i 中文摘要 上，对五线谱音符和无五线谱音符的加工，音乐专家比非音乐家在颞叶梭状回激活更弱。与 知觉学习和类别学习的研究结果一致，这种更低水平的激活反映了更快和更高效的加工。而 在右侧小脑和左侧缘上回，音乐专家对五线谱音符和无五线谱音符的加工有更强的激活。小 脑和左侧缘上回与运动协调和视觉一运动相关的加工有关，这说明了视觉音符引起了音乐家运 动相关神经网络的激活。更为有意思的是，在对面孔加工区( f f a ) 的r 0 1 分析上，相比非音 乐家，音乐专家对面孔的加工在左侧梭状回面孔加工区有更低的激活，在右侧梭状回面孔加 工区没有表现出组间差异。而对其他视觉类别的加工上两组被试在双侧梭状回面孔加工区都 没有显著的激活水平差异。而且，五线谱识谱经验与面孔加工时左侧f f a 的激活水平呈负相 关关系。简谱识谱经验与左侧f f a 的激活水平没有显著的相关。因此，音乐专家面孔加工在 左侧f f a 的更低水平的激活反映了音乐专家高效的面孔加工能力，这也进一步为音乐训练促 进面孔识别提供了神经学基础。 综上所述，本研究从行为及脑机制层面考察了音乐训练对面孔识别的促进作用，并对其 内在的认知神经机制进行了初步探索。本研究具有重要的理论及现实意义：( 1 ) 进一步加深我 们对音乐功效的认识，为当前的音乐教育提供科学依据；( 2 ) 丰富面孔识别领域的研究，加深 我们对面孔识别神经机制的理解；( 3 ) 从大脑可塑性角度，为音乐对大脑潜能的开发以及视觉 疾病的治疗与康复提供新的思考和途径。 关键词：音乐训练面孔识别n 1 7 0p 3 0 0 梭状回面孔加工区( f u s i f o 珊f a c e a r e a ) i i i a b s 仃a c t m u s i c a lt r a i n i n ge n h a n c e sf a c er e c o g n i t i o n ： o mb e h a v i o rt on e u r a ls u b s t r a t e s s p e c i a l t y ：d e v e l o p m e n t a l a n de d u c a t i o n a lp s y c h 0 1 0 9 y r e s e a r c hd i r e c t i o n ： d e v e l o p m e m a lp s y c h 0 1 0 9 y s u p e r v i s o r ： p r o f l ih o n g d o c t o rc a n d i d a t e ：c h e nj i e a b s t r a c t m l l s i ci sa i li i n d o r t a i l ta c h i e v e m e n to f h u m a nc i v i l i z 撕o n ，i th a sa ni n l p o n a n ti n n u e c eo n h u m a n ，sl i f ea n dp r o d u c t i o n m a n ys m s i e sf o u n dn l a tm u c i a l 仃a i n i n gl e a d st oi m p r 0 v e m e mo f 。 c 6 9 n i t i v ea b l i 饥a i l da l t e r st h es m l c t u r ea 1 1 df 妇c t i o no fh u m a nb r a i n f a c er e c o g l l i t i o ni sa l s oa 1 1 i i n p o r t a n tc o i 印o n e n to f s o c i a lr e c o 鲥t i o n 1 1 1 er e c o g n i t i o no fo 廿l e rp e r s o n sm d e n t i t ) ra n de n o t i o n i sm a i n l yd 印e n d e n to nf a c er e c o 印i t i o n ，w h i c ha l s op l a y sa ni m p o r t a n t r 0 1 ei i lh u m a i l s c o 舢眦i c a t i o n m o r e o v e r m e r ea r es o m ec o 舢【n o nf e a t l l l e sb e 铆e e nm u s i c a l 胁i n i n ga n df a c e r e c o g n i t i o n f i l s t l y ，m u s i cr e a 曲l gi n v 0 1 v e sn l ep m c e s s i n go fs p a t i a l i n f o n 】1 a n o n f o re x a n l 叩1 e ， d u 血gm u s i cr e a d i i l g ，i ti sn o to n l y t 1 1 en e e dt or e c o g i l i s et 1 1 es p a t i a lp o s i t i o no fs i g a ln o t e ，b u ta l s o m en e e dt or c c o g i l i s em es p a t i a lr e l a t i o nb e t w e e nt h ea d j a c e n tn o t e s m o r e o v e r ，t l l en o t e sm a y b e p r o c e s s e dh o l i s t i c l yf b rm u s i c i a l l t h ep r o c e s s i n go ff 如ew a sc o n s i d e r e da sac o n f i g l l r a lp r o c e s s i i l g t h ep r o c e s s i n go fm e6 r s t o r d e rr e l a t i o n sa n dm es e c o n d o r d e rr e l a t i o n sw a sv e r ) ri m p o r t a l l tf o rf a c e p r o c e s s i i l g m o r e o v e r ，i tw a ss u g g e s t e dt l l a tm eh 0 1 i s t i cp r o c e s s i n gc o u l dp r e d i c tf k er e c o g n i t i o n t h e r e f o r e ，m u s i c a l 仃a n i n gc a ni m p r o v em ea b i l i t ) ，o fs p a t i a lo rh 0 1 i s t i cp r o c e s s i i l g ，w h i c hc o u l d 向e t l l e ri i n p r o v ef 犯ep r o c e s s i l l g s e c o n d l y ，m u l t i i l l o d a ln e i l r a ln e 俩o r kw a sr e c m i t e dd 嘶n g m s i c a l 仃a i n i n go rp r a c t i c e ，w h i c hi i l c l u d i n g 、，i s u a l ，m o t o r a 工l d a u d i t o 巧c o n e x ，e s p e c i a l l yt h et 锄p o r a l c o r t e xp l a ) ，i n ga i li i i l p o r t a l l tr o l ei 1 1i n u s i cp e r c e p t i o n m o r e o v e r ，m et e m p o r a l 如s i f o mg y r u si sa l s o a 1 1i m p o r t a n tr e 酉o nf o ff a c er e c o g n i t i o n ，w h i c hw a sc a l l e d 吐l ef u s i f 妇f a c ea r e a ( f f a ) t h e r e f o r e ， l o n g t e mn m s i c a l 仃a i n 堍m i g h ti 1 1 d u c em ec h a i l g eo f m es t n l c t u r ea n df u n c t i o no f 廿l eb r a i nr e 垂o n r e l e t e dt o 缸ep r o c e s s i i l g ，w h i c hf u m l e ri n f l u e n c et l l ea b i l i t ) ro ff a c er e c o g n i t i o n b a s e do nm e s ec o n s i d e r a t i o n ，w eh y p o t l l e s i z em a tm u s i c a l 位l i n m gw o u l di m p r o v ef a c e r e c o g n i t i o n i i lm ep r e s e n ts n l d y ，w ec o n d u c t6e x p 砸m e n t s t oe x p l o r em ep o s i t i v ee 行e c to fm u s i c a l t r a i n m go nf a c er e c o 鳃i 曲na i l d i t sc o g l l i t i v ea n dn 1b a s i sb yu s i i l g b e h 撕o r a l ，e r pa s n 恻 v 西南大学博士学位论文 m e a s u r e s i nt 1 1 eb e h a v i o r a le x p e m e n tl ，w ee x p l o r e l ep r o c e s s i n go f n o t e 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o t a t i o n r e a d i n ga n dn 17 0a m p l i t i l d eo r1 a t e n c y t h i ss u g g e s t sm a tm ee 毹c to fm u s i c a l 仃a i n i n go nf a c e p r o c e s s i l l gi ss t a b l e ，、h i c hi sn o ti n n u e n c e db yt 1 1 et a s k 1 1 1t h ec x p 耐m e n t6 ，b yu s 访gt 1 1 ef m r im e a s u r e s ，w e 如m l c re x p l o r en l ei n n u e n c eo fm u s i c a l t r a i 曲l go nv i s u a ln e u m ln e t w o r k ，e s p e c i a l l ym ef u s i f o m lf a c ea r e a ( f f a ) t h ew h 0 1 eb r a i n a i l a l y s i ss h o w st l l a tm ep m c e s s i i l go fn o t e 诵ms t a f fa n dn o t ew i m o u ts t a f ri 1 1 d u c et l l ed e c r e a s e d a c t i v i 够i i lm ef u s i f o mf o rm u s i c i a n 廿l a nf b rn o n m u s i c i a l l ，s u g g e s 恤gn l e e f f e c t i v en e u 仃a 1 p r o c e s s i n go fn o t ei i lm u s i c i a i l ，w h i c hs i m i l a rt om er e s u l t si i lp r e v i o u ss t l l d i e sr e g a r d i n gp e r c 印t i o n v i i 西南大学博士学位论文 1 e a m i n ga n dc a t e g o r yl e 锄i n g ma d d i t i o n ，t h ep r o c e s s m go fn o t ew i ms t a f ra 1 1 dn o t ew i m o u ts t a f f i n d u c et l l ei i l c r e a s e da c t i 访t yi 1 1r i g h tc e r e b e l l u ma n d1 e f ts u p r a m a r g i n a lg y r u sf o rm u s i c i a nm a nf o r n o n - m u s i c i a l l t h e s er e g i o l l sa r ei i l v 0 1 v e di nm o t o r - r e l a t e dp r o c e s s i n g ，a i l dr e n e c tt h ea c t i t yi n 访s u a l 一m o t o rn e u r a ln e t w o r k m o r ei n t e r e s t i n g ，n l er o ia n a l y s i so nf u s i f b mf a c ea r e as h o w s l a tm e p r o c e s s i n go ff a c ei n d u c e st l l ed e c r e a s e da c t i 啊t yi nl e r 向s i f o h nf a c e 甜e af o rm u s i c i a nm a nf o r n o n - m u s i c i a n m o r e o v e r ，m ec o r r e l a d o na n a l y s i ss h o w st h a t 血ee x p e r i e n c eo fn o t er e a d i n gh a s n e g a t i v ec o 玎e l a t i o n 谢mt h e1 e 矗f f aa c t i v i t y h o w e v e r ，t h e r ew a s n os i g l l i 6 c a n tc o r r e l a t i o n b e t 、) l ，e e nt h ee x p 耐e n c eo fm 】i i l b e r e dm u s i c a ln o t a t i o nr e a d i n ga 1 1 dm e1 e rf f aa c t i 、，i t y 1 1 1 e d e c r e a s e da c t i v i 够i 1 1f u s i f o 衄f a c ea r e ad e m o n s 仃a t e sm ee f f e c t i v en e u 仃a 1p r o c e s s i n go ff a c ei n m u s i c i a l l ，w h i c hp r o v i d e sm en e u m lb a s i sf o rm ep o s i t i v e e f f e c to fi i m s i c a l 咖i i l i n go nf a c e r e c o g n i t i o n t a k et o g e m e r ，m ep r e s e n ts t l l d yp r o v e st h a tm u s i c a l 仃a i n i n gi m p r o v e st h ef a c er e c o g n i t i o n t h e p r e s e n ts t t l d yc a i l ( 1 ) e 1 1 1 1 a n c eo u ru n d e r s t a n d i l l go fm ee 衔c a c yo fm u s i c ，a 1 1 dp r o 、，i d es c i e n t i f i c g u i d a n c ef o rm u s i c a le d u c a t i o n ；( 2 ) e n h a n c eo u ru n d e