音樂與腦波

音樂所引起的特定影響，毫無疑問的將會讓身體的受到些影響，而產生心理 和生理上的效果與反應，例如：蓋過令人不悅的聲音和感覺；平緩腦波的波動起 伏(呂宜靜, 2006)；影響呼吸、心跳、脈搏、體溫和血壓；減少肌肉緊張和增進身 體運動的協調；促進血液循環、增強免疫系統；加強記憶力、想像力、創造力和 學習能力；提高工作效率(LESIUK, 2005)；舒緩情緒鎮定、減輕壓力、紓解焦慮、

耐性的培養、製造歡愉和幫助消化；增強安全感和幸福感(翁瑞霖, 2004)。

在音樂的變化中，是否能夠反映在腦波。在 Koelsch 與 Mulder(Koelsch et al., 2004)研究中提到，讓十八位受測者聽海頓、莫札特、貝多芬以及舒伯特等人的 奏鳴曲，而在海頓中的 a piano sonata from Haydn (Hoboken XVI:48)，則是製作了兩 個版本，一首是原始的版本，而另一首則是音樂接近尾段的和弦被更改，使該段 音樂呈現不太和諧但又難以發覺其錯誤。如圖 2-2。

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圖 2-2 兩段樂譜

圖 2-2 a 處為一首原始的版本，而 b 處則是與 a 相同旋律但差別在音樂尾段 的一處和弦被刻意更改，呈現不太和諧但又難以發覺其錯誤的曲調。

實驗過程有四十分鐘，研究採用 10–20 electrode placement systems 收集四十 九個 channel 的腦波資料。採取計算腦波上 Amplitudes 統計分析。研究結果表示，

在非預期旋律發生後 0.25 秒，在腦部中 Right Temporal 的電位 Amplitudes 與預期 旋律所呈現的電位 Amplitudes 相比較，在統計上呈現顯著差異(Koelsch et al., 2004)。

在特定音樂對人類乃至腦部的影響，最有名的就是莫札特效應。在 1993 年，

當時 Frances 對 36 名心理學大學生進行測試。測試的內容為聆聽 10 分鐘莫札特 的 Sonata for Two Pianos in D Major, K. 448，結果發現受測試學生的 IQ 測試成績普 遍地提高了 8 到 9 分。雖然只是暫時性的、只在聽完後 10 到 15 分鐘內產生，但 研究者仍然做出如此結論：IQ 成績的提高是莫札特音樂所具有的某些特殊作用 (McLachlan, 1993)。

Jenkins 在 2001 年的一篇研究中，進一步將莫札特效應應用在癲癇病治療上，

研究者讓癲癇病患聆聽 Mozart’s (1985, track 1) Sonata for Two Pianos in D Major,

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K.448 並記錄其腦波，結果發現癲癇病患的症狀都呈現下降趨勢。研究者利用電 腦對那幾位作曲家的作品進行分析，發現 Mozart 與 Bach 的音樂都具有一個共通 的特徵，就是作品旋律很有規律地不斷重複，而重複段落比其他作品來得長，而 抑制癲癇病特徵之音樂則具備上述特性(林威志, 2005)。此研究提出一個與之前不 同的論點。莫札特效應 不只會出現在莫札特的音樂上，符合莫札特效應特性的 音樂也能對人體引誘出莫札特效應(Jenkins, 2001)。最近幾年所謂的音樂神效，不 論是創造力、學習力、健康與治療方面，都備受重視，特別是莫札特和那時代音 樂家所創造的音樂(Campbell, 2000)。

此外，播放古典音樂在救護車上可以安撫病患的情緒和減輕痛苦；播放古典 音樂在產房可以紓解產婦緊張的心情，使生產更加順利(翁瑞霖, 2004)。一直到 1990 年，因為加州大學爾文分校的「神經生物學學習和記憶中心(Center for the Neurobiology of Learning and Memory)」，一個由 Rauscher 領導的研究小組，在研究 觀察莫札特音樂對大學生和孩童們所造成影響後，莫札特音樂的神奇力量才開始 獲得社會大眾的注意和重視(Frances et al., 1993, 1995)。

腦波是可以被音樂影響進而平緩的，這個理論不斷被證實。當人把注意力放 在外在事物或是有負面情緒時，腦波是在β波的狀態。而在高度意識和平靜時則 是在α波狀態。某些巴洛克音樂（即莫札特所屬樂派）可以將人的意識由β波轉 到α波，讓大腦處於更有利創作、邏輯思考的狀態(Campbell, 2000)。

而在本研究之音樂與腦波前導研究中發現鋼琴較能誘發注意力，管樂較能使 情緒放鬆(吳智鴻 et al., 2010)，但不知與閱讀時的交互效果，因此，本研究將探 討在使用數位媒材閱讀、學習時，音樂的有無加入是否會對實驗影響結果。本研 究之實驗也加入了音樂有無的自變項因子，音樂也採用莫札特 K441 雙鋼琴協奏 曲的音樂。

12 2.3 眼動與閱讀研究

在過去十年之中，許多學者紛紛致力於發展眼動應用研究，以及設計出一套 便宜眼動系統來解決實務上的問題(Dan et al., 2007)。眼動研究具有悠久的歷史，

可以追溯到 100 多年以前。早在 Javal 和 Lamare 的研究報告中就指出(Javal, 1878;

Lamare, 1893)，人類在觀看或閱讀時，其眼動並不是順利流暢進行的，而是會有 許多的暫停。這些暫停的眼動行為稱為凝視(fixation)，是大腦透過眼睛收集訊息 的過程。眼球從一凝視點移到另一凝視點的動作稱為 saccade，在這如此短的移 動時間內，大腦幾乎沒有收集任何的訊息。既然讀者在 saccade 時並不能得到有 用的訊息，那麼眼動研究應該強調眼睛的凝視行為。

自從 Javal 和 Lamare 發表眼動研究結果後，眼動研究開始不斷地被應用在許 多不同學科的研究上。以閱讀的研究為例，研究人員開始從讀者的凝視和 saccade 眼動行為中，去試圖了解閱讀的本質和過程。O’Regan 指出，早期的眼動研究 大多是為了要了解認知與理解的歷程，後來在 50 年代的研究則導向找出對閱讀 最有利的眼動條件，而後從 20 世紀 80 年代左右，由於對語言學和心理語言學研 究興趣的崛起，研究人員開始利用「眼動作為讀者認知過程的指標」(O’Regan, 1990)。

同樣以閱讀的研究為例，自眼動研究開始進行以來，許多研究人員透過眼動 過程來研究閱讀歷程的各個面相。從生理學領域的眼動相關研究，可以知道一些 閱讀時眼球的基本的行為動作。例如，Huey 發現，讀者閱讀句子時第一個凝視 通常不在第一個詞，而是落在第二或第三個詞上。同樣地，最後一個凝視通常也 不是落在最後一個詞(Huey, 1908)。Huey 的研究結果還顯示，讀者閱讀句子時，

會凝視約 20%到 70%之間的字詞。Rayner 和 Sereno 的研究報告指出，在讀者凝視 時，眼睛可分為三個訊息區域：foveal，parafoveal，以及 peripheral (Rayner et al., 1994)。

Foveal 提供了清晰和明確的視覺訊息，它包括 2 度的可視角度(約聚焦於 6 至 8 個字母)。Parafoveal 擴展到約 15 至 20 的字母，而 peripheral 則包括 parafoveal 以

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外的所有視野。其研究也發現，讀者對文本的凝視次數實詞遠多於虛詞(Marcel et al., 1987)。

隨著科技的進步，眼動追蹤儀器的精確度大為增加，在教育領域應用眼動技 術分析閱讀理解歷程的研究也如雨後春筍般提出。在教學動畫中以線索引導學生 注意力變遷情形(Boucheix et al., 2010)，參考的主要指標為凝視次數(number of fixations)；在多媒體學習中以彩色編碼協助圖與文的訊息定位，探討彩色編碼對 學習的幫助(Ozcelik et al., 2009b)，採用的指標有平均持續凝視時間(average fixation duration)以及單位的總凝視時間(total fixation time of the terms)。在多媒體學習中以 信號引導學習者注意相關訊息，對學習者學習效率與效益的影響(Ozcelik et al., 2010)，採用的指標有總凝視時間(total fixation time)、凝視次數(fixation count)與凝 視持續時間(fixation duration)。因此本研究採用凝視相關變數來當作注意力判斷的 一種客觀指標。

2.3.1 注意力研究

注意是學習的第一步，根據 Sturm 對注意力所做的分類：包括警醒度(alertness)、

持續性注意力(sustained attention)、選擇性注意力(selective attention)、分配性注意 力(divided attention)(Sturm, 1996)。在這分類中，持續性的注意力(Sustained Attention) 在學習上是重要的向度(王乙婷 et al., 2003)。過去在探究注意力的研究工具大致 有幾種方法：CAI 電腦軟體測驗工具、或使用注意力測試受測者反應速度，以及 應用儀器檢測其腦功能活化狀態(Cabeza et al., 2000)、神經生理運作(Daffner et al., 2003)，或是本研究所使用的腦波儀。雖然使用儀器所測得之結果與其注意力各 種類之間關係為何，目前所知仍有限(喬慧燕 et al., 2007)。但是有越來越多的廠 商致力的在開發關於將生理訊號轉換成有用的邏輯指令。如 BCI(Brain Computer Interface)就逐漸構成一個新興的研究領域，就如同本研究所使用的 Neurosky 的腦 波測量工具(Christopher et al., 2009)。

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本研究中所提到之注意力(Attention)數值來自於 Neurosky 公司利用數據化參 數方式所研發的 eSense 專利算法。它是一個強大的訊號處理元件，專門運行將 生理訊號轉換成有用的邏輯指令(Diefenbach et al., 2004)。首先他先對原始的腦電 波信號進行放大並且過濾了環境噪音及肌肉組織運動產生的干擾(特別是眼動)，

然後對通過處理的訊號透過 eSense 專利算法進行計算，得到了量化的參數值。

其中有關於注意力(Attention)參數，則代表了受測者精神的集中度或注意度水平 程度，也被證實與閱讀的注意力有其相關性(Genaro et al., 2009)。例如：當受測者 進入高度專注狀態並且可以穩定的控制，該參數便會很高。需要注意的是，此參 數代表的皆為精神狀態，而不是生理狀態。

Neurosky 以 0-100 之間的具體數值來表示受測者的注意力(Attention)的程度 (Christopher et al., 2009)。數值在 40-60 之間表示此刻的數值處於中間範圍，數值 在 60-80 之間表示此刻該項參數處於較高數值區，也就是略高於正常的水平，數 值在 80-100 間為高數值區，代表了注意力的程度到達了最高，即處於非常專注 或的狀態。同理，如果數值在 20-40 之間則表示此時的參數處於較低值區，數值 在 0-20 則意味著處於低值區，這兩區域與前述的區域的精神狀態相反，代表著 不同程度的緊張、心煩、不安等精神狀態。

2.3.2 注意力與文字辨識績效

在視覺疲勞的衡量技術中，有一項為工作績效。即為以人因工程的角度去衡 量閱讀以及視覺績效，有以下三種指標(許勝雄 et al., 1991)：

(1)辨識性(能見度，Visibility)：又稱可查覺性，意指受試者能從中察覺出有 文字或符號存在的程度。如果受試者在複雜的背景下閱讀，此項可以用來判斷使 用者眼睛是否已經疲勞。

(2)易讀性(能辨度，Legibility)：又稱可區變性，指在文字間是否清晰不會混 淆。當受試者閱讀數字與文字夾雜的文章時，是否可以準確的分辨出來。不過此

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區變性是判別閱讀的難易程度，在心理學上即為是否容易產生容易疲勞的程度 (魏朝宏, 1990)。

(3)可讀性(能解度，Readability)：又稱有意義性，指文章閱讀後能夠容易了解，

(3)可讀性(能解度，Readability)：又稱有意義性，指文章閱讀後能夠容易了解，