11月29日，天桥脑科学研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCI）与上海音乐学院共同主办的“神经技术连接音乐与大脑 （Neurotechnologies that Connect Music with the Brain）”国际论坛圆满结束。会上，十余位来自中、美、德、英、爱尔兰等国的知名科学家和音乐家与超30万人次的在线观众进行了精彩纷呈的分享交流。
音乐的历史几乎与人类历史一样悠久。它存在于任何一个已知的文明中——人们创造音乐、聆听音乐，同时享受音乐。不过，直到进入21世纪，“大脑的世纪”的到来缓缓地揭开了音乐调节神经活动的神秘面纱。
脑内歌声：以歌为药
美国加州大学伯克利分校心理学、神经科学、神经病学与神经外科教授Robert T.Knight 表示音乐疗法治疗神经类疾病已经成为新兴趋势。
他展示了在一位失语症病人身上发生的“神奇”现象——该患者不能说话却能完整清晰唱歌，这说明他的脑部的语言功能区受到了影响，但音乐区却相对完好。为了研究这一现象，科学家们发展了诸多神经技术，用脑电波检测、磁共振等手段来探索语言与音乐功能区在脑中的分布。
对一个能歌却不能说话的病例进行研究后，Knight 教授发现：卒中后，患者的左侧弓状束严重受损，这可以解释他语言功能丧失的原因；但双侧联络额上回与额下回的额斜束均得到保留，“绕开”了病灶，这解释了他为什么不能说话、却能唱歌。
图注：Robert T.Knight 教授介绍患者案例展示对应的脑部影像结构
下一步，Knight 教授期待对更多此类患者进行研究，进一步揭开大脑掌管音乐与语言的秘密。
音乐将情感映射到大脑
美国加州大学圣地亚哥分校斯沃茨计算神经科学中心的Scott Makeig教授的研究阐释了音乐如何在大脑中激发情绪与情感。他介绍了一个饶有兴致的小实验，这个实验曾在第四届国际脑机接口大会（BCI）上进行，完美地诠释了音乐在情绪激发中的精妙作用。
图注：Scott Makeig教授演示第四届国际脑机接口大会（BCI）上的实验
首先，他们预录制了一系列5分钟的大提琴曲，然后让一位脑科学家聆听；此时，一边记录他的脑电波一边让他在脑海中想象音乐演奏者想要表达的情绪，并将他的口头描述记录下来。利用这些与不同情绪关联的脑电波，工程师们对计算机进行训练，使其能够分辨脑电波类型对应的情绪。
此后在BCI大会现场，那位脑科学家再次被请出来，阅读自己对那些音乐的情感的描述，同时让他回想那些情感、并同时进行脑电图的监测。接着，计算机读取他的脑电波并解码这份情绪，现场的音乐家根据解码结果演奏该情绪所对应的音乐片段。有趣地的是，现场的音乐家正确地表演了每一段情绪对应的曲目。这说明计算机能成功读取脑电波所代表的情绪，而音乐片段与表达的情感有着明确的对应关系。
音乐帮助中风后的运动康复
美国纽约大学的Pablo Ripolles 教授向大家分享了音乐在中风康复中的应用。他指出，音乐能激活大脑中的多个功能区，近年来有很多研究都发现音乐在帮助中风康复中起到重要作用。比如，2016年他所在的团队探索了音乐治疗对慢性中风患者运动功能障碍康复的作用。他们发现，即使是学习简单的乐曲演奏，也能帮助提升患者的肢体运动功能，改善情绪。从功能磁共振上还可以看到，这些患者原本不能被音乐激活的运动功能区在经过音乐治疗后也重新得到了激活。
一些其他研究同样表明音乐能够帮助中风患者改善认知、专注力、记忆力及改善心情。另外，Ripolles还提到，在新冠疫情期间，音乐对于改善人群情绪、减少抑郁症状的作用也已经得到了多方证明。
大脑更爱饱含情感的音乐
美国旧金山音乐学院与旧金山大学的Indre Viskontas 博士同时有着神经科学家和歌剧舞台指导双重身份。作为一位科学家+艺术家，她想知道为什么有些音乐能让一部分人心潮澎湃，而另一些人却对其不甚感冒。她认为，音乐并不是一个同质性的统一体，更像一把“瑞士军刀”，里面包含着繁多的内涵、类目、功能。对脑功能的研究已经证实，相比于较为机械、呆板的演奏，大脑对饱含情感的音乐演奏给出更为强烈的反应。
那么，音乐在不同个体中是否有相同的情感效应呢？一项在加拿大人和从未接触过西方文化的刚果人中进行的比较实验证明，对于同样的音乐，人们主观的情感积极程度有着文化差异，但情绪唤起的强烈程度与音乐的基本声学特征相关，比如节奏、音高、音色。
Viskontas 博士提到，音乐治疗目前已经得到了多方面的应用，而未来，人工智能通过个人心理和生理数据量身打造的音乐，将为人们带来更多益处。
脑机接口技术打造个性化音乐
英国纽卡斯尔大学神经接口学教授Andrew Jackson 博士分享了操纵神经振荡的脑反应性音乐合成项目。脑的神经振荡是中枢神经系统中存在的一种节律性或重复性的神经元活动，许多研究都着眼于操纵神经振荡来实现如控制癫痫、改善精神健康等目的。
Jackson博士提出，音乐是人类所应用的历史最悠久的脑刺激方式，但传统上，音乐对人脑的刺激都是“开环”的，也即听众对音乐的反馈并不能实时传递给音乐的演奏者或播放者；但如今，通过脑机接口技术，科学家们可以根据听者在听音乐时的脑电波反馈实时调节音乐的合成，使得音乐对大脑的刺激实现“闭环”。这种闭环式的刺激能使脑部的神经振荡与音乐的变化产生同步，也即实现通过改变音乐来操纵脑部神经振荡。
下一步，Jackson博士希望利用这种方法，来实现通过音乐增强大脑功能或改善精神健康的目的。
元宇宙中的未来音乐
著名作曲家、指挥家，上海音乐学院音乐工程系特聘教授，联合国教科文组织全球文化大使，纽约巴德音乐学院院长谭盾从元宇宙的角度解读了关于音乐与音感的哲学思辨。他认为，在现实的有形宇宙中，声音必须通过介质传播，这介质可能是空气、金属、水等等；而在未来，在包含万物的元宇宙中，声音将能突破物质的限制，在真空、意念、磁场甚至想象中进行传播，为人类创造奇幻的体验、虚拟的感悟。
他提到一个有趣的现象：在中国古老的象形文字中，音乐的“樂”与药物的“藥”，字形同源；而在其他文化中，其实也有类似的现象。或许在蛮荒的远古时代人们就已意识到两者之间的联系。
图注：在敦煌壁画中所描述的“不鼓自鸣”的音乐 图源：由谭盾教授提供
有研究发现，在人类语言还没有完全形成、也没有发现草药时，人们就已经发现声音具有治愈作用；那时的巫师会用吟唱的方式来试图缓解病人的痛苦。而在未来，谭教授畅想，我们将能结合音乐家与科学家的智慧，来满足全人类精神与生理上的需求。
音乐之河：流淌的音符驶向未来
香港中文大学心理学系助理教授滕相斌博士从乐句的角度阐释了音乐对大脑的影响。他认为，流动的音乐就像一条大河，而身处其中的我们每时每刻只体会到了河里的一滴水。
通过记录听者的脑电图，他发现，大脑会对音乐的节拍结构和音符结构进行跟踪，并对乐句的走向进行预测；流淌的音符正如一架时光机器，正载着听众驶向未来。
用音乐缓解焦虑：频率为先
海交通大学医学院附属精神卫生中心副研究员丁悦博士介绍了利用音乐干预焦虑症的相关研究。她指出，音乐旋律能通过改变神经振荡从而缓解焦虑。她们的团队发现，当音乐的频率调谐位于4Hz时，缓解焦虑的作用最佳，并且这种效应与患者对音乐是否喜爱无关。
音乐疗愈：学科交叉带来新契机
海音乐学院作曲家于阳教授介绍了上海音乐学院音乐工程系团队近年来在音乐疗愈的实践过程中，利用音乐工程与生命工程交叉融合所创造出的一些优秀成果。如，2020年新冠肺炎爆发初期，全国大批医务人员驰援湖北；作为疫情重灾区，当地患者和医护人员都产生不同程度的紧张焦虑、烦躁易怒、悲观失望等心理问题。上海音乐学院迅速组织师生团队，与上海中医药大学附属龙华医院合作制作出了“现代冥想新冠肺炎辅助康复专辑”。多位患者和身处一线的医生均表示，这张专辑里的冥想音频帮助他们放松了焦虑的心情、改善了睡眠质量、减少了身心压力，也大大增强了信心。
他们的团队还与多家医院、机构等合作，开展了诸如音乐辅助肿瘤治疗、音乐助眠等项目，均获得了大量的参与及好评。此外，上音音乐工程系还正在与天桥脑科学研究院进行合作，希望通过脑机接口技术进一步研究脑波同步音乐的实现，以希冀利用音乐来对患者产生更多积极影响。
音乐律动让患者康复更为专注
德国马克斯普朗克人类认知与脑科学研究所神经学系教授Thomas Fritz 博士介绍了音乐反馈在积极的沉浸式体验中的应用。他的团队开发了一套软硬件一体的系统，把对患者的肢体活动指导与音乐播放结合在一起；通过音乐的反馈刺激，让肢体运动障碍的患者做出相应的活动，他们希望通过这个系统来促进运动障碍患者的康复。研究表明，患者在沉浸式体验中的专注力对康复起到积极作用，而音乐正是促进这种专注的桥梁。
图注：Thomas Fritz 博士展示在沉浸式体验中音乐可以刺激患者产生康复积极治疗作用
另外，除了运动能力，患者的情绪、工作记忆和创造力也在音乐相关的康复训练中得到改善。总之，音乐与肢体活动相结合的训练得到了许多鼓舞人心的成果，期待未来能更多地造福人类。
多元文化下的音乐给大脑不同体验
爱尔兰科克大学音乐系讲师Alex Khalil 博士介绍了他在对音乐神经调控与节奏感知多变性方面的思考。他指出，音乐并不是一系列声音的简单组合，对音乐节奏的把握能进一步增强听者对于音乐的注意力。他关注着许多古老文化中的音乐，认为它们具有震撼人心的强大力量。他提出，世界上不同的文化、历史及不同乐器诠释的音乐，为我们带来多元化的理解，这些多元体验对大脑产生影响值得进一步研究。
音乐伴随人类已有万年之久，但音乐与神经技术的融合之路，正随着人类对大脑的深入探索而刚刚开始。音乐能在哪些方面提升我们的大脑功能？未来神经技术又能创造出怎样美轮美奂的音乐？在这精彩纷呈的八个小时内，神经科学家与音乐家们济济一堂，带领观众畅想那个音乐与大脑无限相连的美好未来。
关于TCCI
天桥脑科学研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute，TCCI）是由陈天桥、雒芊芊夫妇私人出资10亿美元创建的，旨在支持、推进全球范围内脑科学研究，造福全人类，目前已经成为世界最知名和最大规模的支持人类脑科学研究的科研机构之一。
TCCI一期投入5亿元人民币支持中国的脑科学研究，与上海周良辅医学发展基金会合作成立上海陈天桥脑健康研究所（又名TCCI转化中心），致力于提升脑健康和脑疾病治疗研究和成果转化。后又与华山医院、上海市精神卫生中心等建立战略合作，设立了应用神经技术前沿实验室、人工智能与精神健康前沿实验室。在国际上，TCCI与加州理工学院合作成立TCCI加州理工研究院，设脑机接口、社交与决策神经科学、系统神经科学、分子与细胞神经科学、大脑成像、神经科学教育等多个中心，重点关注大脑基础研究。TCCI还在北美、亚洲、欧洲、大洋洲主办、资助了200多场高质量的学术会议。
