「七咚嗆」的跨學科對話:打擊樂認知的核磁共振造影研究

作者/蔡振家(國立臺灣大學音樂學研究所副教授)

在臺灣,跨領域的大腦研究尚在起步階段,特別是人文藝術領域的學者與研究生,對於腦科學的實際探索十分缺乏,縱使有興趣也難以入手。位於臺大電機一館的「核磁共振造影/光譜實驗室」,可以視為音樂界與認知神經科學界的一個交流起點。此處,中西打擊樂與科學儀器的掃描噪音「眾聲喧嘩」,激盪出兩種文化(人文/科學)之間的美妙火花……

Beatboxing Parrot!

大腦是人類身上最複雜的器官,面對浩如星海的神經元,我們如何揭露其運作的奧秘呢?位於臺大電機一館的「核磁共振造影/光譜實驗室」,便是認知神經科學的一個研究基地。筆者畢業於臺大物理系,後來轉換跑道,取得音樂學博士學位;近年以「大腦如何處理音樂」為研究主軸,於2007年進入電機館的核磁共振造影實驗室,自此開始解析大腦的神秘樂章。

筆者所提出的第一個音樂認知研究,是鑼鼓音樂的口頭再現(oral representation)。許多音樂文化都使用無意義的音節來代表打擊樂器聲響,中國的戲曲鑼鼓也不例外。由於代表鑼鼓聲響的音節(例如:七、咚、嗆……),在聲響特質上與原本的鑼鼓聲響頗有差距,因此,鑼鼓樂的口頭再現:鑼鼓經,必須建立在「連結學習」(associative learning)的基礎之上。在臺大電機系陳志宏教授與心理系陳建中、周泰立教授的協助下,這個研究探討鑼鼓音樂的口頭再現所涉及的神經歷程,招募了戲曲戲迷作為受試者,受試者背熟幾個鑼鼓經之後,便能跟著鑼鼓音樂念出相應的鑼鼓經。

記得這個研究構想成形之初,陳志宏教授曾經半開玩笑地說:磁振造影儀在掃描時的噪音也有點像打擊樂,因為這些因為金屬線圈振動所產生的噪音,聽起來確實具有規律性。2009年初,筆者著手進行第二個功能性核磁共振造影實驗,招募了爵士鼓手作為受試者,在15名受試者中,真的有一名鼓手把儀器掃描的背景噪音當成打擊樂來欣賞——這不禁讓我聯想到,磁振造影儀的噪音,經過一番巧思,加工處理之後,或許也可以變成電音音樂呢!

所有受試者在「跟著打擊樂聲響在心中默念」的大腦活化型態。(A)京劇鑼鼓實驗的結果,(B)爵士鼓實驗的結果。圖片來源:蔡振家提供

2009年9月,關於爵士鼓手的大腦造影實驗陸續有結果出現,跟京劇鑼鼓的實驗結果頗為類似,這個發現,令身處於文學院的我深有感觸。雖然爵士鼓音樂跟京劇鑼鼓聽起起來頗不相同,在目前音樂生態中的使用情形殊異,但是,人腦處理這些音樂的神經迴路卻相當類似。得到這樣的結果並不意外,然而,這不免讓我想到「音樂與人的關係」在研究方向上的分歧,不同的取徑可以得到不同的結論。喜歡探討音樂生態的民族音樂學家與社會音樂學家,著眼於「音樂與人的關係」之外環路徑,應該會發現爵士鼓音樂跟京劇鑼鼓的差異;反之,認知科學家著眼於「音樂與人的關係」之內部路徑,理所當然,會發現爵士鼓音樂跟京劇鑼鼓的相似之處(參見圖)。

大腦造影技術的成熟,讓音樂心理學的研究在近十餘年有了突飛猛進的發展,然而從一個較宏觀的角度來看,音樂認知的神經科學研究仍然失之片面,因為研究題材多半集中於西方藝術音樂,而研究議題也偏重於音階、音程、旋律、和聲等,跟音高有關的音樂面向。然而,世界上仍有不少音樂種類並非像西方藝術音樂那麼注重音高資訊,反而更注重音色、節奏等其它的音樂面向,例如遍布於全球各文化的打擊樂。人類最早使用的音樂,可能是不具音高訊息的打擊樂。從跨物種比較的觀點來看,與人類血緣最近的許多大猿,都具有類似打擊樂的音樂活動,但牠們沒有歌唱能力,可見打擊樂應該比歌唱更早出現於人猿科(hominidae)的演化史之中。首度提出「大猿的打擊樂」的演化生物學家T. Fitch指出,雄性大猩猩習慣以搥胸來示威,黑猩猩喜歡拍打樹根或其他的中空物體,而巴諾布猿(bonobo)則可以在敲擊物體時保持穩定拍子達12秒,這三個物種與人類從演化樹上分家,至今不過600萬年左右。雖然打擊樂應該比歌唱更早出現於人類文明之中,但有關打擊樂的神經科學研究仍然相當缺乏,與諸多研究歌唱的神經科學論文不成比例。筆者與陳建中、周泰立、陳志宏共同發表的<打擊樂口頭再現的神經機制:功能性核磁共振造影研究>(註1),便是探討打擊音樂認知的少數論文之一。

在臺灣,跨領域的大腦研究尚在起步階段,特別是人文藝術領域的學者與研究生,對於腦科學的實際探索十分缺乏,縱使有興趣也難以入手。筆者認為,位於臺大電機一館的「核磁共振造影/光譜實驗室」,可以視為音樂界與認知神經科學界的一個交流起點。此處,中西打擊樂與科學儀器的掃描噪音「眾聲喧嘩」,激盪出兩種文化(Two Cultures,指「人文」與「科學」兩大學術陣營)之間的美妙火花。筆者衷心期待,藉著本土音樂素材或「非西方藝術音樂」的觀點,未來可以在全球日趨激烈的學術競爭中,開創出一片藍海。

註1:蔡振家*、陳建中、周泰立、陳志宏(2010). Neural mechanisms involved in the oral representation of percussion music: an fMRI study. Brain & Cognition 74: 123-131. [SCI/SSCI]

補充

書名:另類閱聽:表演藝術中的大腦疾病與音聲異常/作者:蔡振家/出版社:國立臺灣大學出版中心。

未顯示於上圖的一個有趣現象是:位於頭頂的輔助運動區(supplementary motor area)僅在京劇鑼鼓實驗中顯著活化,爵士鼓實驗中並無活化,這或許反映出專家效應(expertise effect):京劇鑼鼓實驗中的受試者仍在學習階段,因此需要輔助運動區持續監控與偵錯,反之,爵士鼓實驗中的受試者都是專家,早已離開學習階段,故不需要輔助運動區的參與。輔助運動區被認為是「超級鏡像神經元系統」的一環,所謂「超級」,指的是它控管著鏡像神經元系統的運作,可視為其上級單位。倘若某項音樂認知作業已經練得很熟了,這個上級單位自然就不太需要操心,由下屬單位獨立完成該作業即可。

以上的解釋中,有個疑點必須稍加留意。京劇鑼鼓實驗的結果與爵士鼓實驗的結果,其差異不僅來自於受試者的音樂專業性,也來自於這兩種音樂的形式差異。京劇鑼鼓實驗中所使用的刺激材料,為「起霸」的片段鑼鼓以及「大鑼抽頭轉小鑼抽頭」;這些配合演員動作的音樂,速度並不固定,節奏可以自由反覆,要跟上這種音樂的進行,比較需要認知上的監控。反之,爵士鼓音樂作為歌曲的伴奏,是速度穩定且反覆次數固定的律動,受試者一旦辨識出這是哪個鼓點,就可以自行完成演練,不需要時時留意音樂刺激。京劇鑼鼓的節奏相對單純,但形式不固定;爵士鼓音樂的節奏複雜,但形式固定。這或許也造成了京劇鑼鼓實驗中前運動皮質活化較強,而爵士鼓實驗中右側聽覺皮質活化較強的現象,此現象應該跟樂種特性有關,不盡然是專家效應的結果。筆者認為,輔助運動區的活化程度比較能反映生手與熟手的差別,此一推測奠基於過去許多有關學習的研究,包括序列學習與節奏學習。

蔡振家*、范利霙、李姝慧、陳志宏、周泰立* Specialization of the mid-posterior temporal lobes for audio-motor processing: evidence from an fMRI study of skilled drummers. European Journal of Neuroscience (accepted)

蔡振家小檔案

臺灣大學音樂學研究所副教授。1971年生於臺灣雲林,畢業於國立臺灣大學物理學系、國立臺北藝術大學傳統藝術研究所碩士班、柏林洪葆大學(Humboldt-Universität zu Berlin)音樂學系博士班,曾經在臺大工學院應用力學研究所、臺大醫學院耳鼻喉部從事博士後研究。

自2006年9月迄今,擔任臺大文學院音樂學研究所專任教師,研究領域包括:戲曲音樂、生物音樂學、心理聲學、音樂聲學;教學興趣以跨領域課程為主,近年開設「地方戲曲音樂」、「音樂聲學與文化型塑」、「音樂、演化與大腦」、「音樂作品中的愛」等通識課程,2011年出版《另類閱聽──表演藝術中的大腦疾病與音聲異常》。

此文亦刊登於《臺大校園資產叢書III:臺大人文風情》(台大出版中心,2011年),頁120-123

Chest beating and ground thumping by mountain gorillas

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