研究揭示音乐训练经验对大脑功能和结构的影响

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研究揭示音乐训练经验对大脑功能和结构的影响
& a8 o$ R/ j2 x来源：心理研究所 2021-06-19 19:18
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7 r' o, F  s' K. x% S8 V  r连接额-顶-颞叶的弓形束（arcuate fasciculus， AF）被认为是语言加工脑双通路模型中背侧通路与听觉运动整合相关的核心白质纤维束。已有研究表明，音乐训练经验可加强言语刺激的听觉编码、运动编码和听觉-运动系统间的信息整合来提高人们在噪音背景下的言语感知能力（Du & Zatorre， 2017）。然而，音乐训练经验是否可以通过引发听觉-运动神经环路的白质纤维（即弓形束）结构变化来影响噪音背景下言语感知能力尚不清楚。4 I( O. W, O( _( u" q

7 j1 M' R% J1 s' f9 M. C科研人员采用磁共振弥散张量成像技术，从弓形束纤维连通性，半球偏侧化，以及长时程白质微结构变化、即时血液动力学变化与行为成绩的关系三个方面揭示出音乐训练经验对弓形束的可塑性调节及其对噪音背景下言语感知的贡献机制。音乐训练经验增强了右侧弓形束直接通路（dAF）和左侧弓形束间接通路的前支（aAF）的连通性，加强了间接通路弓形束后支（pAF）的左偏侧化程度，并且这些改变与音乐家在噪音下言语感知能力的增强有关。此外，该研究首次证实了这种跨领域的“转移效应”在大脑结构、功能和行为改变间的因果关系：音乐训练经验所伴随的右侧弓形束直接通路的结构改变是通过右侧听皮层任务态下的神经活动强度作为中介变量来调控噪音下言语感知能力。# A9 Z) ~) j  D  ?1 y% @

6 t& p9 ~% ]9 ~) F5 B4 g该研究招募了15名年轻音乐家（训练起始年龄≤7岁，训练总时长>10年，每周训练时间>3小时）和15名年轻非音乐家，两组被试的人口学变量（性别、年龄、教育程度），基本的听觉能力和认知能力（听觉工作记忆广度和非言语IQ）进行了匹配。被试在磁共振成像仪中完成不同噪音强度下的音节辨别任务，并采集被试的功能和弥散张量成像。采用确定性纤维束追踪方法获取连接额叶运动皮层（包含布洛卡区和腹侧前运动皮层）和听觉皮层（包含后侧颞上回和颞中回）的弓形束直接通路（dAF），以及由顶叶皮层（包含角回和缘上回）连接听觉和运动区域的间接通路中的弓形束前支（aAF）和后支（pAF）（图4）。各向异性系数（FA）、轴向扩散系数（AD）和纵向扩散系数（RD）同时被分析用于更好地理解由神经元轴突萌发、修剪或重新连接引发的白质纤维束性质的改变，如神经元髓鞘化程度。0 l. ?/ X( M' J0 b8 k

3 @% z$ p  m, Q# X  X" q结果表明，相对于非音乐家，音乐家的右侧dAF具有更高的FA值，左侧aAF具有更低的RD值以及pAF更左偏侧化，并且在音乐家和非音乐家中这些指标均可以预测其在噪音背景下的音节识别能力（图5）。中介变量分析表明，音乐家和非音乐家右侧听皮层在任务态下的血氧水平变化可以作为中介变量调控右侧dAF的FA值与噪音下言语感知能力间的相关关系。该研究提示，音乐演奏或歌唱经验通过影响听觉-运动神经环路的白质结构基础来促进对言语信息的编码和整合能力。这种跨领域的“迁移效应”促使我们更加深刻地了解大脑结构、功能和行为改变间的关系，对改善老年群体以及听力损失和言语障碍人群的言语感知能力具有重要的理论意义。+ c7 ?/ D) u$ d! B! s( l% T2 M

: \/ Z+ `1 {# B( w! G: l' ]相关研究成果发表在Cerebral Cortex上。研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项和加拿大健康研究院基金的支持。(生物谷Bioon.com）
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