音乐句法的eran效应

音乐句法的eran效应

关于音乐语法的加工音乐是人类体验活动和意识活动的产物，对人类社会的生存具有独特的意义。在现代社会,人们的生活离不开音乐。无论是主动还是被动聆听,现代人每一天都不同程度地接触到音乐。聆听音乐已经成为现代人的一种生活方式。那么,是否人人都具有音乐的感受能力?与语言不同,音乐不具有语言的语义性。对于纯音乐来说,音乐内在意义隐含在音乐的结构组合之中。因此,对音乐结构组合规则的把握在音乐意义的理解中尤其重要。对于调性音乐而言,音乐句法体现出音乐的结构组织规则;反过来说,音乐句法也是音乐结构规则的重要表现手段。因此,音乐句法加工能力是个体把握音乐整体乃至深层意义的前提,它直接决定个体对调性音乐鉴赏的成败。尽管音乐句法受制于许多要素,比如,音高、节奏、音色以及力度等,1但是,对于调性音乐而言,音高组织体现出调性功能关系,它是调性音乐句法的关键载体。那么,个体音高知觉能力是否与其音乐句法加工相关?在现实生活中,许多人认为,受过音乐训练的音乐家比未受过音乐训练的普通人拥有更强的音乐句法加工能力。理由很简单:与普通人相比,音乐家具备较强的专业知识技能和音高知觉能力。的确,从音乐加工角度而言,高级的音乐加工活动必然以初级的音乐知觉活动为前提。音高知觉属于初级音乐加工,音乐句法加工属于高级的音乐认知活动,前者似乎是后者的必经阶段。近年音乐认知神经科学的发展,研究者通过脑电和成像技术来研究人类音乐句法加工能力。斯蒂芬·科尔什(StefanKoelsch)与其合作者首次通过操纵和声片段的音高关系探究未受过音乐训练的普通人对音乐句法的加工。研究发现,无论在内隐还是外显任务中,未受过音乐训练的普通人大脑都能对违规和声句法诱发出一种早期右前侧的负波(earlyright-anteriornegativity,简称ERAN)。具体说,这种负波出现在违规和弦出现后的150毫秒左右,处在右脑的前部。ERAN效应体现出大脑对违规与不违规句法加工的差异,因此被称为音乐句法的脑电成分。在该研究中,研究者最后得出,人类对音乐句法的加工能力可能是普遍存在的,并由此暗示人人都具备音乐的感受能力。2然而,对音乐家与非音乐家音乐句法加工研究的结果存在差异。3一些研究发现,与非音乐家相比,音乐家对音乐句法加工具有优势。4另一些研究结果表明,音乐家对音乐句法的加工并不比非音乐家更好。5这些实验操纵的变量都是旋律或和声句法,即旋律或和声中的音高要素。遗憾的是,这些研究尚未报告实验中音乐家和非音乐家的音高分辨能力。由此可以推测,已有研究结果的矛盾可能归因于音乐家与非音乐家音高知觉能力的差异。换句话说,个体音高知觉能力是否影响音乐句法加工?这个问题至今尚未明确。基于此,本研究试图从具有音高分辨障碍的先天失歌症者入手,探究个体的音乐句法加工能力。由于先天失歌症的音高障碍既不归因于脑损伤、听觉丧失、认知或社会情感的错乱,也不缘于缺少与音乐的接触(比如音乐训练、音乐听赏活动等),6因此,在日常生活中,先天失歌症者与正常人无异。据报道,英国生物学家达尔文、美国前总统罗斯福都是先天失歌症者。7对先天失歌症者音乐加工研究将有助于探究人类对音乐加工的本质,揭示人脑加工音乐的奥秘。这也是国际学术界对失歌症者音乐加工关注的原因。先天失歌症(Congenitalamusia,俗称五音不全,下文简称“失歌症”)是一种对音乐音高加工的障碍。在普通人群中,100人中约有3到4人患有失歌症。8研究表明,失歌症者难以分辨音乐中音高的细微差异。9不仅如此,他们也表现出对旋律分辨的障碍。10这种音乐分辨的障碍导致他们在音乐加工中出现脑电活动11和脑区激活的异常。12尤其需要指出的是,在伊莎贝尔·佩雷兹(IsabellePeretz)等的研究中发现,在旋律音高分辨中,失歌症者能诱发N200脑电成分,但是他们却不能诱发出P600效应。该结果表明,尽管失歌症者大脑已具备正常的加工音高差异的神经回路,但早期音高加工并没有导向晚期高级的、意识参与的加工阶段。13这正是失歌症者与正常人大脑对音高加工的差异,同时该研究也暗示了在音乐加工中,失歌症者的内隐加工与外显加工可能存在差异。的确,后续脑电研究进一步验证了失歌症者在音高加工任务中内隐和外显策略的差异。14问题是,失歌症者对音高知觉的障碍是否影响他们对高级的音乐结构认知?在调性音乐中,旋律大多由小音程构成,70%相邻音为同音或1至2个半音。15失歌症者对音高的分辨阈限在两个半音之内。16由此有理由推测,失歌症者的音高分辨障碍可能在一定程度上影响高级的音乐结构认知。17然而,已有的相关研究却呈现出不一致的结果。在芭芭拉·蒂尔曼(BarbaraTillmann)等的研究发现,在内隐的和声加工中,失歌症者与正常人一样可以对和声句法进行加工,该结果暗示失歌症者可能具有正常的音乐句法加工能力。18但是,本研究课题组近期研究表明,失歌症者对音乐句法(包括旋律与和声句法)的外显判断存在障碍。19这两个研究结果的差异可以通过戴安娜·奥米奇(DianaOmigie)等的研究得到解释。在戴安娜·奥米奇等的研究中,在旋律任务中,失歌症者可以在无意识水平上对旋律事件进行内隐加工,但是,在外显加工任务中,他们无法对这些旋律事件进行预期。20的确,内隐和外显任务体现出个体加工策略的差异,前者具有自动化、无意识、不费劲的加工特点,后者涉及被试的注意力,它必须通过被试有意识的努力才能完成加工。21相对于外显判断,内隐任务有助于考察人类无意识的、自发的音乐加工潜能。由于已有研究都是从行为研究视角探究失歌症者的音乐结构加工,其音乐结构加工的神经机制尚未明了,因此,本研究运用事件相关电位(event-relatedpotential,简称ERP)技术考察失歌症者对音乐句法内隐加工的神经机制,试图厘清音高知觉与音乐句法认知之间的关系,进一步验证人类对音乐句法加工是否具有普遍性的问题。为了探究这个问题,本研究既包含旋律句法任务,也包含和声句法任务。如果四声部的和声片段比单声部旋律片段包含更为充足的调性功能信息,22那么大脑对旋律与和声片段加工可能存在一定的差异,由此本研究预期,失歌症者可能可以内隐地加工和声结构,并对违规和弦诱发出ERAN成分,但ERAN成分可能并不出现在失歌症者对旋律句法的加工中。方法1.失歌症检测指标所有被试都是从上海各大学招募而来的。与本课题组之前发表的研究相似,23蒙特利尔失歌症诊断测验组(MontrealBatteryofEvaluationofAmusia,简称MBEA)作为诊断失歌症的工具。24该测验主要涉及音乐的知觉和记忆,包括6个分测验:音阶、轮廓、音程、节奏、节拍以及记忆辨认。由于前3个分测验属于音高层面的测验,因此其平均成绩也被作为诊断失歌症的指标之一。28名被试(14名失歌症者和14名正常被试者)参加本实验。这些被试都是汉族,未接受过专业或业余音乐训练。所有被试都未曾患过任何神经性疾病、精神疾病以及听力障碍。通过爱丁堡偏手性调查(EdinburghHandednessInventory),25本研究发现,在28名被试中,除了一名失歌症者和一名正常被试外,其余被试都是右利手。与本课题组之前的研究一致,26本研究采用2—AFC任务对每位被试的音高分辨阈限进行测量,同时对失歌症组和控制组被试的年龄、性别、教育年限和偏手性方面都进行匹配(见表1)。本实验的研究伦理获得上海师范大学伦理审查委员会的批准。每位被试者在实验前签署知情同意书,并给予100元人民币作为实验报酬。2.音乐刺激的三大和弦结构本研究包含两个任务:旋律句法与和声句法。对于和声任务来说,每个音乐刺激都是由5个和弦构成,最初形成C大调的88个音乐片段,然后,这些音乐片段分别转到D大调和降B大调,由此构成264个音乐刺激。与之前研究一致,27在这些音乐刺激中,第一个和弦总是主和弦;第二个和弦是主和弦,或三级和弦,或下属和弦,或六级和弦,或从属和弦,或三级属和弦,或二级属和弦,或六级属和弦等;第三个和弦是下属和弦,或属和弦,或等;第四个和弦是属七和弦;最后一个和弦是主和弦,或那波里和弦。本研究操纵和弦片段的最后一个和弦,并形成两个实验条件:以主和弦结尾的刺激属于合规则句法,反之,以那波里和弦结尾的刺激属于违规句法。显然,与主和弦结尾的句法相比,以那波里和弦音乐为终止与音乐预期极不吻合。在264个音乐刺激中,132个刺激终止在主和弦,另外132个刺激终止在那波里和弦上。与之前研究一致,28旋律刺激来源于和弦刺激的高音部。本研究提取各和弦刺激的高音声部,由此形成264个旋律刺激。为了增加旋律序列的调性感,前4个音符包含大调的第Ⅳ级和第Ⅶ级音级,由此营造出对主和弦终止的强烈预期。旋律刺激分别以主和弦与那波里和弦的根音为终止。无论是和弦还是旋律刺激,前4个和弦或音符都为2拍,最后一个和弦或音符为4拍,每拍持续250毫秒。所有音乐刺激通过MIDI奏出,强度在70分贝左右。图1是本研究实验刺激样例。如图1所示,A和B分别是以主和弦和那波里和弦终止的和声片段,而C和D分别是从A和B高音声部提取的旋律片段。3.音乐刺激的次数和弦与旋律任务都分别包含3个区组(block)。为了造成完整的音乐聆听感,同一个调的音乐刺激连在一起,形成一个实验区组:C大调、降B大调和D大调区组。在每个区组内,每条刺激以伪随机方式呈现。伪随机编排原则如下:(1)同类型句尾(主和弦或那波里和弦)不能连续出现超过3次;(2)相同刺激不同结尾需间隔30条刺激。由于本研究属于内隐加工,为了转移被试的注意力,38%的音乐刺激包含一个由非钢琴音色(如大键琴、吉他、小提琴或手风琴等)奏出的和弦或音符。这些非钢琴音色的和弦或音符仅出现在每个音乐刺激的前4个和弦或音符中,且属于调内和弦,其他和弦或音符都是钢琴音色。被试事先被告知音乐刺激中包含非钢琴乐器奏出的和弦或音符。被试任务是听到非钢琴音色,做出按键反应。当电极帽戴妥之后,被试可以根据自己的听觉习惯调整耳机音量。实验以呈现注视点“+”作为音乐刺激开始的暗示,在播放实验刺激过程中,被试需要认真聆听,尽可能避免眨眼、咀嚼以及摇头等动作。和弦与旋律任务分别提供6个音乐刺激供被试练习,练习提供答案,当准确率达到100%之后,才能开始正式实验。实验刺激通过PhilipsSHM1900耳机播放。整个实验在脑电隔音实验室进行。4.数据处理与分析ERP数据通过NeuroScan系统采集,64个银/氯化银电极以国际通用的10—20方式固定于电极帽上。头顶作为参考电极,双侧乳突作为记录电极。位于左眼上下眶的电极记录垂直眼电(VEOG),位于左右眼角外1cm处的电极记录水平眼电(HEOG)。电极和头皮间的阻抗小于10kΩ。信号经放大器放大,滤波带通为0.05—100Hz,采样频率为500Hz。在EEG数据离线分析过程中,本研究运用双侧乳突电极的平均作为离线再参考,接下来通过Neuroscan软件的回归程序来进行眼电伪迹的矫正。同时,本研究对数据进行30Hz的低通滤波后,按照终止呈现前200ms和呈现后1000ms的时间段对脑电进行分段,前200ms作为基线。脑电事件的电压超过±75μV的分段即被去除,以排除其他原因的伪迹造成的影响。与已有研究一致,29本研究选择四个脑区的电极点进行分析:左前区(F7,F5,F3,FC3,FC5,FT7),右前区(F8,F6,F4,FC4,FC6,FT8),左后区(T7,C5,C3,P3,P5,P7),右后区(T8,C6,C4,P4,P6,P8)。同时,本研究选择200—270毫秒做为考察ERAN效应的时间窗口。正常被试与失歌症组的音乐句1.行为数据失歌症组对和弦与旋律刺激中非钢琴音色判断的准确率达到89%以上(和弦准确率为92.15%,旋律准确率为89.42%),类似地,正常被试对非钢琴音色判断的准确率达到93%以上(和弦准确率为95.02%,旋律准确率为93.08%)。本研究以条件(和弦和旋律任务)为被试内变量,以组别(失歌症组和控制组)为被试间变量,进行混合两因素方差分析。结果发现,任务与组别的主效应及其交互作用均不显著(ps>0.05)。该结果表明,两组被试都将注意力集中到音色分辨中,达到本研究内隐加工音乐句法的目的。2.ERP数据在和声句法任务中,如图2(见下页)所示,无论是正常组还是失歌症组被试,在200—270毫秒时间窗口,他们都能对违规和声句法诱发一个波幅较大的早期负波。图3a的差异波也验证了两组被试诱发的ERAN效应。同时,图3b的头皮地形图中呈现的黑色脑区也进一步说明了ERAN效应的脑区分布。在图3b中,黑色浓度越高,说明和声句法加工诱发的差异波负性越强,即ERAN效应越突出。如图3b所示,被试右脑前侧都出现较强烈的负性差异波,在正常被试中,这种差异波主要出现在右脑前侧。的确,四因素混合方差分析的结果也验证以上目测。本研究以规则性(合乎规则和违规)、偏侧性(左侧和右侧)、脑区(前侧与后侧)为被试内变量,以组别(失歌症组和控制组)为被试间变量,进行四因素混合方差分析。研究结果显示:(1)规则性主效应显著[F(1,26)=4.55,p<.05],表明正常被试和失歌症被试都可以区分合乎规则与违规旋律句法的差异;(2)组别x偏侧性交互作用显著[F(1,26)=5.16,p<.05],表明正常被试的句法加工更多诱发右侧脑区;(3)偏侧性x脑区交互作用显著[F(1,26)=16.74,p<.001],该结果表明,与脑后区相比,被试的句法加工诱发右前方脑区。在旋律句法任务中,如图4所示,与合乎规则的主音终止句法相比,正常被试对以降Ⅱ级音终止的违规句法诱发一个波幅较大的早期负波,这个负波出现在句尾音出现后约240毫秒。然而,失歌症者对这两类旋律句法的加工没有差异。从图5a的差异波形也可以看出,正常被试对旋律句法的加工诱发出ERAN效应,而失歌症者并没有出现相应的效应,反而出现略带正性的差异波。图5b的头皮地形图也证实失歌症者ERAN效应的缺失。另外,从图5b中也可以看出,正常人的ERAN效应不仅分布在右脑前部,也分布在脑后侧,这可能缘于单旋律调性感较弱,导致正常人的句法加工的延长。四因素混合方差分析结果显示:(1)组别x规则性交互作用显著[F(1,26)=4.24,p<.05],表明正常被试可以区分合乎规则与违规旋律句法的差异,而失歌症组不能区分这两种旋律句法之间的差异;(2)组别x脑区交互作用显著[F(1,26)=8.36,p<.01],表明两组被试对句法加工的差异集中在脑前区;(3)脑区x偏侧性x组别交互作用显著[F(1,26)=4.41,p<.05],表明两组被试对句法加工的差异集中在右前脑区。为了探究失歌症组对音乐句法的加工是否与他们的音高分辨阈限相关,本研究分别将和声与旋律句法的两个条件(违规和合乎规则)进行相减,并求出所有电极点的平均值,以此做为被试的句法加工成绩,并进行相关分析。相关分析结果显示,无论是旋律句法还是和声句法,失歌症组被试对音乐句法的加工与音高分辨不存在显著相关(ps>.05)。这表明失歌症者对旋律句法加工障碍并不归因于他们的音高分辨困难,同时,他们对音高分辨的敏感性也不影响和声句法的加工。本研究进而合并两组被试的数值并进行相关分析,分析结果显示,尽管被试对旋律句法的加工与音高分辨存在显著的相关[r(26)=0.43,p<.05],但是,他们对和声句法的加工与音高分辨不存在相关(p>.05)。该结果表明,尽管个体对旋律句法加工与他们的音高分辨敏感性相关,但是他们对和声句法的加工并不依赖于音高分辨的敏感性。本研究也将失歌症者的音乐句法与MBEA的3个音高分测验进行相关分析。研究结果表明,失歌症者对旋律句法的加工与MBEA的音阶分测验存在相关[r(12)=-0.58,p<.05],与其他两个分测验不存在相关(p>.05)。失歌症者对和声句法的加工与MBEA的3个分测验都不存在相关(ps>.05)。类似地,本研究进而合并两组被试进行相关分析,结果表明,被试对旋律句法的加工与MBEA的3个分测验成绩存在显著的相关[在音阶、轮廓和音程分测验中,r(26)分别等于0.63,0.55和0.47,ps<.05],但是,被试对和声句法的加工与MBEA的3个分测验都不存在相关(ps>.05)。该结果进一步验证个体对旋律句法的加工与他们的音高加工能力相关,但是他们对和声句法加工并不受制于音高加工能力。失歌症者对和声语法加工的探索本研究通过内隐任务探究了失歌症者对音乐旋律与和声句法的加工。研究结果显示,尽管在旋律句法任务中,失歌症者未能像正常被试一样,区分出合乎规则与违规句法之间的差异,并诱发ERAN效应,但是,在和声任务中,失歌症者与正常被试一样,能对违规和声句法诱发ERAN效应。本研究从失歌症的视角证实,任何个体都可以对和声句法进行加工,暗示任何个体都可能具有对多声部音乐的感受能力。但是,本研究进一步指出,对单旋律句法加工能力并不是人人都具有的,它可能依赖于听者音高分辨能力的高低。下文将对本研究结果进行分析和讨论。与已有行为研究一致,30本研究结果显示,即便失歌症者存在对音高分辨的障碍,但是,他们可以区分出合乎规则与违规和声句法。这可能源于音乐句法判断实质上体现出个体调性感的运用。对于四声部和声来说,音乐已经提供足够的调性功能信息,这些信息足以让听者进行音乐句法的判断,在这种情况下,个体对细微音高变化的知觉似乎对和声句法的加工影响不大。与正常被试一样,失歌症者可以内隐地加工和声句法并诱发ERAN效应,该结果进一步证实先前研究的结论,31即任何人都具有对和声句法的加工能力。然而,失歌症者对和声句法加工的结果与本课题组之前研究结果存在差异。本课题组之前研究发现,32在外显加工任务中,失歌症者对和声句法的加工也存在困难。两个研究结果的差异主要源于研究任务的不同,即失歌症者对和声句法的内隐加工与外显任务存在分离。如上所述,与内隐任务不同,外显任务需要听者注意的转向和意识的参与。失歌症者大脑已具备正常的加工音高差异的神经回路,可以内隐分辨音高的细微差异,但是这种早期音高加工并没有导向晚期高级、意识参与的加工阶段。33失歌症者对和声句法内隐/外显加工的分离也可以从获得性失歌症(acquiredamusia)患者身上得到验证。34已有研究发现,获得性失歌症者可以对和声句法进行内隐加工,但无法在意识层面上对这些和声片段进行判断。35本研究进一步表明先天歌症者在音乐结构加工中也存在内隐和外显加工策略的差异。本研究还发现,即便是内隐任务,失歌症者也无法对旋律句法进行加工,同时,这种旋律句法加工的障碍与失歌症者的音高分辨能力相关。该研究结果与本课题组之前研究一致,即失歌症者对旋律句法的外显判断存在障碍,36但是它与之前戴安娜·奥米奇等的研究结果相反,37后者发现,与正常被试一样,失歌症者可以对旋律音高事件做出内隐预期。研究结果的差异可能源于实验采用旋律刺激长度的不同。戴安娜·奥米奇等使用包含32至64个音符的旋律为实验刺激,而本研究的旋律只包含5个音符。一般来说,与短小旋律片段相比,较长的旋律片段可能提供更充足的音乐调性信息。由于旋律中隐含调性信息的差异可能导致研究结果的不同,这从另一个角度预示了失歌症者调性感的缺失。38本课