追问观察 | 我们为什么爱听音乐？音乐是人类独有的吗？

140亿年前，能量、空间、时间和物质首次迸发，在一场剧烈的爆炸中：宇宙从此诞生了。超乎想象的是，即使我们可以相信想象如此绚丽的画面，但是我们却听不到任何声音——如此复杂的过程是在一片寂静中完成的。

在这之后，我们要等待很长时间，可能是数亿年乃至于数十亿年，宇宙中有大气和水的行星中才有了声音。而在此后的某个时间，宇宙的某个角落出现了一种独特的声音：它们有着独特的韵律——后来的我们知道：这就是音乐。在人类社会中，音乐的诞生可以追溯到4万年前。而在宇宙的层面上来说：地球之外，是否有音乐的存在？

宇宙中，音乐是地球独有的吗？

在美国新英格兰地区的一片森林中，老旧而宏伟的橡树岭射电望远镜下的小实验室中，被誉为宇宙生物学奠基人、因《宇宙》和科幻小说《接触》享誉世界的两个天体物理学家保罗霍洛维茨和卡尔萨根用一生来倾听和探索天空，试图寻找这一问题的答案。他们认为音乐是人类的基本表达方式之一，如果地球之外存在生命，那么他们一定已经发明了音乐，或者能够理解地球人的音乐。

这种对地外是否存在音乐的探索从未停止，1977年宇宙探测器“旅行者1号”和“旅行者2号”带着“旅行者金唱片”飞出地球。2021年8月22日，这两颗宇宙探测器已经飞出了太阳系，继续寻找地外生命和地外音乐的信息。

尽管目前我们尚未确认宇宙中是否有其他音乐的存在，但是当我们在夜晚抬头仰望星河的时候，就会发现：音乐的奥秘似乎也存在这无垠的行星中。

为何行星的运行符合音乐规律？

音乐宇宙存在吗？

星空无限，人类的想象亦无限。早在公元前400年，古希腊数学家和天文学家菲洛劳斯就提出：一切围绕着三种协和音程进行，即八度、纯四度和纯五度；西方最伟大的哲学家和思想家柏拉图同样提出:“天上的音乐”是一组升调和降调的音阶，音程由我们的地球和其他行星之间的距离决定。这些观点构成了美丽而优雅的音乐宇宙理论，在这个理论中，宇宙按照和谐的数学规律运行，行星间的距离符合音程规律。

大约2000年后，开普勒重新提出此理论，其在1619年写出的《世界的和谐》中提出：他已经计算出与三度、纯五度和八度相符的比例；而在近代，也有一些研究佐证音乐宇宙理论。比如天体物理学家万达迪亚斯梅赛德，她双目失明，通过将超新星发出的电磁波转化为声波，来观测宇宙现象。通过宇宙的声波，她发现了两颗恒星运行的异常，这些异常无法用模型预测；另一位天体物理学家迈特鲁索开发了一个叫“系统声音”的项目，通过将7颗行星的轨道长度转化为频率，将公转时间转化为节奏脉动，鲁索发现了其中和谐而带有律动的部分。

这些发现似乎都印证了音乐宇宙理论，但时也正如希腊哲学集大成者、柏拉图的学生亚里士多德所言：音乐宇宙理论尽管美丽而优雅，但是我们根本无法判定运行的天体是否会发出和谐的声音，也无法听到这些音程，所以无法对这一理论进行推敲。相信随着现代科技的发展，我们将有望丰富并发掘音乐宇宙理论背后的真相。

当然，天体运行自有其规律，而其中最本质的奥秘则隐藏在数学中：开普勒三大定律找到了行星运行的奥秘，而音乐中也隐藏着数学的奥秘，不论是中国古代的“宫商角徵羽”，还是西方的“八度”，都潜藏着音乐背后的数学规律。

为什么有些音乐听起来舒服、

有些听起来却刺耳？

音乐中的曲式、节奏和音符、音高都与数学有关。举一个简单的例子，交响乐演奏前，第一小提琴手拉一个音la, 其他乐手根据la来调音。la琴弦震动每秒移动440个周期，如果高八度，声波就会每秒震动880个周期，低八度就是220个周期，遵循这样简单的数学关系，频率比为2/3就是纯五度，3/4为纯四度。柏拉图和毕达哥拉斯都提出：和谐的音乐可以由这样的同八度、八度、纯四度和纯五度组成。

类似地，音乐中其他的结构单元，包括节奏、节拍、相位、曲式等都是通过一定的数学规则组织到一起的。符合数学规律的音乐往往会让我们感到舒缓放松，而相反的一些不规律的音乐则会让我们感觉刺耳，这背后都和音乐的数学结构有关。

当然，不论是舒服还是刺耳，我们大脑给到的反馈都已经是对音乐进行过处理的结果：否则音乐就是一段在空气中传播的有组织的声波——是大脑赋予了音乐不同的感受以及情感。那么我们的的大脑是如何感受音乐的呢？

大脑如何感受音乐？

早在之前，神经科学领域的研究就发现：大脑也有不同的节律，有不同的神经震荡的波段，包括：Alpha，Beta，Theta，Gama等。有研究发现不同频段的神经加工对不同频段的声音信息敏感 (Teng & Poeppel, 2020)——这似乎从原理上就证实大脑和音乐之间存在着某种“纠缠”。

实际上从听到音乐再到我们产生具体的感受，是一个十分复杂的过程。目前有理论认为，大脑在加工音乐时也存在着一定的层级结构，不同层级的脑区，负责加工不同层级音乐信息。例如，初级听觉皮层负责识别音高和频率，辅助听觉皮层负责加工旋律，辅助听觉皮层、额叶、顶叶、小脑与节奏加工有关，额叶和扣带皮层，和声，前额叶则与音乐想象相关 (Peretz & Zatorre, 2005)。正如之前我们提到的，音乐不仅有不同的结构单元，音乐还是随着时间演进而有组织的结构。

也有研究发现，一些脑区，包括：前额叶、额下回、颞上叶、小脑在音乐的时间组织中发挥关键作用 (Levitin, 2009)。除了这种空间上的特异性，大脑也使用不同的脑波频率去特异性的加工不同的音乐信息。例如，2022年的一篇研究发现：大脑的低频信号可以追踪节拍的信息，脑波的相位可以追踪音乐的相位边界 (Teng et al., 2021)，似乎大脑通过使用不同尺度的脑波来对不同尺度的声波进行加工。这些研究也启发了人工智能的研究者，他们使用可以加工时间信息的神经网络进行音乐的创作，比如使用LSTM就可以生成出动听的布鲁斯音乐 (Eck & Schmidhuber, 2002)，AI作曲正成为一个重要的新兴研究领域。当然也有研究者使用人类的脑波，使用一定的转化规则，来生成新的音乐，这就是脑波音乐，同样是音乐研究中一个非常有趣的方向。

人们常说宇宙和大脑十分相像，不论是从图像和神经元和宇宙星系的数量，人们似乎都能窥见其中某些隐秘的联系：而现在，大脑和宇宙似乎之间，似乎还有着另一个纽带，那就是音乐。

浩瀚无垠的宇宙中是否有其他生物因音乐而颤粟我们不得而知，但是对于人类而说：那些激昂的、动情的、温暖的亦或者低郁的音乐，总是会触动我们的心弦，音乐有时比语言更有魅力，它让我们体会到了另外的感受；然而，有时候语言相比于音乐可以表达更加丰富的信息。与此同时，语言和音乐之间又有很多相似之处，比如类似的层级结构等。很多科学家对语言和音乐都同样感兴趣，禁不住要把语言和音乐放在一起对比。那么人类社会，是先有音乐，还是先有语言？

语言和音乐，孰先孰后？

很多学者认为音乐先于语言产生。精神科医生、音乐家让—诺埃尔·博赞认为：人类在会说话之前，是使用旋律表达自己的。音乐的情感已经深深的“烙”在了我们古老的大脑中。进化论之父查尔斯·达尔文在1876年出版的《人类的由来及性选择》一书中，他提出了在原始人的性选择中音乐发挥重要作用，这远远早于语言。蒙特利尔麦吉尔大学音乐认知、感知、鉴赏实验室主任丹尼尔莱维廷提出音乐先于语言理论，认为音乐可能是人类的第一个交流工具。有学者提出：母亲和胎儿交流用的耳语其实是一种音乐，在于胎儿语言的产生。不过也有理论认为音乐是从语言中不断演化出来的一种高级的艺术形式。但是不论如何：音乐和语言都在人类社会的沟通和情感表达中发挥着重要的作用。

那么，不同物种是否也能听懂音乐？音乐对人类的价值是什么？为什么有时候音乐可以展示人类更丰富的情感？我们在听到音乐时为什么会有不同的感受？背后又有哪些神经机制参与调节？多听音乐是否对我们的大脑有益？等等这些问题都有待科学家的深入探索和不断讨论。

作者：Haiyang

责编：Aaron

排版：Nora

图片来源：Freepik、Pixabay

参考资料：

音乐与大脑(艺术与科学的奇妙旅程)(精)/新科学人文库. (n.d.). Retrieved October 24, 2022

Eck, D., & Schmidhuber, J. (2002). Finding temporal structure in music: Blues improvisation with LSTM recurrent networks. Proceedings of the 12th IEEE Workshop on Neural Networks for Signal Processing, 747–756. https://doi.org/10.1109/NNSP.2002.1030094

Levitin, D. (2009). The Neural Correlates of Temporal Structure in Music. Music and Medicine, 1, 9–13. https://doi.org/10.1177/1943862109338604

Peretz, I., & Zatorre, R. (2005). Brain Organization for Music Processing. Annual Review of Psychology, 56, 89–114. https://doi.org/10.1146/annurev.psych.56.091103.070225

Teng, X., Larrouy-Maestri, P., & Poeppel, D. (2021). Segmenting and Predicting Musical Phrase Structure Exploits Neural Gain Modulation and Phase Precession [Preprint]. Neuroscience. https://doi.org/10.1101/2021.07.15.452556

Teng, X., & Poeppel, D. (2020). Theta and Gamma Bands Encode Acoustic Dynamics over Wide-Ranging Timescales. Cerebral Cortex, 30(4), 2600–2614. https://doi.org/10.1093/cercor/bhz263

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