Brain: 音乐训练对局灶性癫痫具有神经保护作用
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摘要：局灶性癫痫（Focal epilepsy），是一种单侧大脑网络障碍症，为研究局部神经病症提供理想的神经模型。在局灶性癫痫中语言和记忆已被广泛研究，但音乐认知受到的关注较少，特别是在接受音乐训练或音乐专业的患者。更好地了解癫痫对音乐认知的影响，能够了解到疾病与训练相关的神经可塑性机制，对临床实践具有重要意义。使用横断研究，在107名被试中研究音乐认知和非音乐认知：患局灶性癫痫的音乐家（n=35），患局灶性癫痫的非音乐家（n=39），健康对照组音乐家和非音乐家（n=33）。与健康音乐家和非音乐家相比，非癫痫音乐家的言语认知特异性受损，但患癫痫的音乐家并没有（P = 0.029）。以上结果表明音乐训练很可能为局灶性癫痫引起的认知受损提供神经保护，音乐训练很可能引发认知迁移，该过程的基础为颞叶-额叶网络听觉加工的增强。与非音乐家相比，较早接受音乐训练的音乐家在旋律学习和记忆的综合评分上表现更好（P = 0.037），而较晚学习的音乐家与非音乐家不存在显著差异。对于音乐认知的大多数综合评分，尽管没有观察到显著的组间差异，但是类似的趋势是明显的。研究者从三个相互作用维度（疾病状态，音乐训练和认知层面）提出模型，对研究结果及其对临床实践，音乐教育和音乐神经科学研究的影响进行讨论。
关键词：癫痫，音乐训练，音乐感知，言语认知，神经可塑性
研究背景
局灶性癫痫是一种常见神经系统疾病，伴随执行功能（工作记忆、注意）、记忆、视空能力、意识活动速度、语言、一般智力受损。最新的国际分类（new International League Against Epilepsy, ILAE）认为局灶性癫痫是一种网络障碍。因此，局灶性癫痫是研究与单侧网络异常相关认知改变的理想神经通路模型。
语言加工具有普遍性和大脑半球偏侧化的特点，颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy, TLE）常用于语言相关障碍的研究，并且发现在TLE中语言功能的重组，如抽象词认知等多种情境下大脑半球内外激活模式的改变。
音乐认知的网络与语言的额叶-颞叶网络部分重合，但音乐认知的神经可塑性在癫痫症患者中研究较少。癫痫引发语言功能的重组，以及反复癫痫发作对认知产生影响，这些证据更为普遍。也有理由认为音乐功能易受类似的神经可塑性机制影响。大量的研究已经表明在健康被试中训练引起了音乐功能的重组，但在癫痫症患者中神经可塑性效应对音乐认知存在怎样的影响？
音乐家和非音乐家在大脑结构和功能上存在差异，例如皮质厚度和灰质体积的增加、白质整合性的增强。音乐所带来的改变被认为为非音乐认知领域带来益处，如一般智力、言语和工作记忆和执行功能等。此外，在神经康复文献中，音乐元素（例如旋律或节奏）被认为可以促进受损神经系统或同源区域的参与，例如中风的语言表达和帕金森的运动功能。
也有证据表明音乐家认知和神经上的益处是由于音乐训练能够带来神经保护效应，例如患有痴呆症的音乐家仍保存了音乐表演能力，能记住疾病发作前和发作后数年中学习的熟悉音乐材料。也有研究表明，癫痫术后的音乐家在非音乐认知技能上有所提高。因此，该研究的目的在于在如下群体中了解音乐训练的神经保护作用：患有癫痫的音乐家和非音乐家在专业音乐理解以及非音乐认知能力的对比。
研究方法
被试：使用G*Power，计算得到需要50名被试才能达到80%的统计效力（α=0.05）。在一项关于音韵流畅性（通常会在TLE中评估）的元分析中，单侧颞叶患者相比于健康控制组的效应量为r=0.44，得到需要最少13名被试。由于对照组音乐家和非音乐家没有显著差异，并为一组，共33名。共74名患有癫痫的被试，其中35名为音乐家，39名为非音乐家。判定标准为：非音乐家接受0-3年的音乐训练，音乐家接受3年以上音乐训练。并且对癫痫患者进行全面的影像采集来定位癫痫发作位置，为颞叶受损。具体被试信息如下图所示：
音乐认知任务
Montreal Battery of the Evaluation ofAmusia, MBEA
使用其中四个子集评估韵律区分能力：（1）音阶（2）音调轮廓（3）音程（4）韵律
Pitch discrimination and memory 音调辨别和记忆
计算机化差异任务（just noticeable difference, JNS）：音调辨别频率（Hz）操作比原始音高1％，2.5％，5％，10％和20％。
音乐配对联想学习（musical paired associate learning , MPAL）
评估短配对旋律的语义、学习和再认。
非音乐认知任务
通常用于癫痫患者的全面神经心理学测试，包括一般智力、注意、加工速度、执行能力、语言、记忆和视觉-空间加工。
实验流程
癫痫住院患者（n = 30）在床边完成音频-EEG检测。门诊病人（n = 44）和对照组（n = 33）在安静的房间里进行测试，通过笔记本电脑的耳罩式耳机向被试播放音乐刺激，并将答复记录下来或口头报告审查员。在所有任务期间，审查员通过另外一副耳机确保被试理解和遵守指令，根据标准化指令进行非音乐任务。在完成人口统计和音乐问卷调查后，被试以交替的方式完成任务，以避免音乐刺激过多。平均测试时间为4小时。
研究结果
初级分析：癫痫患者（音乐家vs非音乐家）的音乐认知和非音乐认知
如下图2-图4所示，健康控制组表现更好，其次是癫痫音乐家，然而癫痫非音乐家呈现出更严重的障碍。
二阶分析
临床癫痫变量与认知之间的关联
如图5所示，执行功能综合评分的较差与更强的抗癫痫复合用药相关（P = 0.015）。发病年龄与疾病持续时间显著相关（P < 0.001），较早的发病年龄与非言语认知的综合评分表现较差有关（P = 0.02），但旋律学习和记忆的表现更高（P = 0.036）。更长的疾病持续时间与音高工作记忆表现差相关，控制了疾病发作年龄（P = 0.039）。
音乐训练开始时间对认知的影响
总体来讲，音乐训练的效应仅在早期学习音乐的被试上看到，具体参见下图AB，尤其是在旋律的学习和记忆上（P= 0.037）。
总结与讨论
本研究旨在全面理解癫痫患者的音乐认知和非音乐认知，以及研究多大程度音乐训练是具有神经保护作用的。首先，控制组中并未发现音乐家和非音乐家的表现存在显著差异。其次，患有癫痫的音乐家在以下几个方法与控制组相当：言语和非言语认知、言语和非言语学习记忆，但执行功能受损。然后，患有癫痫但未长期接受音乐训练的被试表现最糟糕，言语认知和执行功能与控制组相比存在显著障碍。临床癫痫变量能够反映疾病的严重程度，其与更差的音乐与非音乐执行功能表现相关。除此，接受音乐训练更早显示出更大的益处：韵律的学习和记忆，以及言语认知技能增强的趋势。
因此，研究者提出了音乐训练存在神经保护效应，使局灶性癫痫患者抵抗认知受损。具体，研究者提出了三个维度的交互模型，如下图所示：疾病状态（癫痫vs健康）、音乐专业程度（音乐家vs非音乐家）、认知领域（音乐认知vs非音乐认知）。
三者交互表现为：患癫痫非音乐家的言语认知受损，这也表明了音乐训练带来的可塑性，抵抗了癫痫发作的有害影响。在癫痫音乐家中发现保留的语言认知（包括执行功能的元素）而不包括执行功能本身，这表明音乐训练引起的神经可塑性是颞叶特异的，这可能促进非音乐技能的近迁移效应。此外，研究结果也支持音乐训练能够增加基础的听觉注意和记忆加工，在本研究中发现较早期的音乐学习才有利，与在神经发展敏感期才能增强技能的发现一致。但音乐训练效应在抵抗音乐神经系统破坏时更强（相比于言语功能），如上图中疾病状态和认知领域的重合，这也可能是因为大脑的音乐功能呈现出双边表征，而言语更偏向脆弱的左侧偏侧化网络。
参考文献（阅读原文获取）
Bird, L. J., Jackson, G. D., & Wilson, S. J. (2019). Music training is neuroprotective for verbal cognition in focal epilepsy. Brain. doi:10.1093/brain/awz124
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