音樂與認知發展之生理基礎相關研究

一、 大腦功能分析認知

要探討人類的行為時，不但要從心理層面與社會層面去探討，也要考量生理 因素。年幼的兒童因尚在發育中，除了社會因素和心理層面影響發展外，生理因 素的影響特別明顯，而和認知發展關係最密切的生理器官便是大腦。人的認知生 理基礎由神經細胞建構而成，由大腦產生思維，已經是當今生物醫學的共識（韓 濟生，1996）。

在醫學上，大腦又稱為中樞神經系統，是人體最重要的器官，掌管人的一切 思想的感覺中樞，不但要接收外在環境的訊息，經由腦部的神經系統整合之後，

加上腦內的複雜思考運作，再發出命令下達各種動作或外顯行為（何乃馨，2005）。

近年來由於醫學技術的發展迅速，核磁共振電腦儀器的精進，使得醫學界對 大腦的各部位及其相關功能，有更進一步的瞭解和認識。由感知覺和腦的功能來 觀察，腦的不同部位各司其不同的任務，如圖2-3-1：

（一）大腦的結構

圖2-3-1 大腦結構示意圖（Oscar-Berman, M., et al., 1997）

人腦分為大腦（Cerebrum）和小腦（Cerebellum）以及腦幹（Brain Stem）。圖 中藍色部分，下方和脊椎相連的部分是腦幹，中間藍色的部分半橢圓形的區域為 胼胝體（Corpus Callosum），是連接左腦和右腦的主要部分。

（二）大腦功能性皮質區域

大腦則是由灰質和白質所形成，依解剖學之區分大約劃分成四葉（Lobe）：

數字1表額葉（Frontal Lobe）、數字2表頂葉（Parietal Lobe）、數字3為顳葉（Temperal Lobe）、數字4為枕葉（Occipital Lobe），各葉均具有不同之功能，如圖2-3-2：

圖 2-3-2 大腦各功能區分佈圖（Sharpbrains, 2008）

功能上來說：額葉（Frontal Lobe）掌管人類決策、計畫、和個性；頂葉（Parietal Lobe）掌管身體知覺和空間知覺；顳葉（Temperal Lobe）和聽覺、視知覺、以及 記憶有關。枕葉（Occipital Lobe）則是有視覺訊號處理的區域。每個葉上面又有 各個大腦皮質（Cortex）區域，有些區域負責知覺、有些區域負責運動。大腦四大 聯合區的位置與功能整理如下表 2-3-1 所示。

表2-3-1 大腦四大聯合區位置與功能

結 構 位 置 相 關 功 能

額葉 Frontal Lobe

位於中央溝（Central Sulcus）

前方，額頭部位左右。

與推理、計畫、情緒、某些語言與運動（運動 皮質）、以及問題解決有關。

顳葉 Temporal Lobe

位於大腦外側裂（Lateral Parietal Lobe

位於中央溝（Central Sulcus）

後方，腦皮質上後方的部位。

以自我為中心點，認知自己的身體或周遭的物 體位於何處，主掌感覺功能，特別是觸覺及視 覺。

枕葉 Occipital Lobe

腦皮質後方，位在頭後側部位。 視覺處理、空間工作記憶

資料來源：高淑珍譯（2008）；楊大和、饒怡君譯（2003）

19世紀一位德國的神經學家Korbinian Brodmann把大腦皮質依照功能劃分成 52個區域，下圖2-3-3 為Brodmann’s area：

圖 2-3-3 大腦皮質功能圖（Coghill et al., 2001）

藍色是視覺相關的區域，白色是和認知功能相關的區域，粉紅色是運動相關 區域，而黃色和橘色是和語言能力有關的區域。人類聽覺的大腦皮質區位在顳葉

（Temporal Lobe）如圖2-3-2，Brodmann’s area 的41和42，是掌管聽辨功能的區域，

也就是大腦初級聽覺皮質區，如圖2-3-3。其主要掌管除了聽力以外的「聽知覺」

能力，如聽覺辨別能力、聽覺記憶能力、聽覺系列化能力、聽覺混合能力等聽知 覺能力。初級聽覺皮質負責初步處理外界的聽覺刺激，然後再彙整給次級聽覺皮 質與其他聽覺相關聯合皮質做處理（白國良，2006）。

（三）大腦神經成長、網路連結與認知發展

大腦的組織系統網路非常複雜，由大腦幾個重要區域之認知功能（圖2-3-2）

上來看，兒童認知發展的生理基礎是大腦的感知覺神經系統之整合，大腦既是認 知功能的生理載體，因此大腦組織連結如發展不良，將直接影響其認知功能表現。

神經元是大腦訊號的基本單位，大腦的成熟發展，也需要神經元的健全發育，

以及神經元彼此之間的廣大連結網路。神經元細胞主要有四個部分；即細胞體

（Soma）、樹突（Dendrite）、軸突（Axon）、與軸突末稍（Axon Termination），

神經元與神經元不直接接觸，末端連結處則稱為突觸，軸突負責把訊號傳遞出去，

樹突負責接收訊號，如圖2-3-4。

簡單的說，學習是相關神經元之間突觸的建立與連結網路的形成，大腦成熟 發育則指大腦執行各項功能時，相關區域的神經網路之建構完成與正確執行。

圖2-3-4 神經元之連結構造圖（Human Cognitive Processes, 2005）

根據神經生理學，大腦之成熟繫於大腦神經網路系統之有效建構，其條件則 在神經元按基因設定，生長、遷移到恰當位置、以及神經纖維髓鞘化（Myelin Sheath），並冒出軸突（Axon）和樹狀突（Dendrite）、神經元正確連接成複雜的 神經網路始完成（Kandel, 1991）。

Hatfield 和 Hillman（2001）認為，腦部學習刺激活動越多、練習次數越頻繁，

將促使腦細胞越健康，神經元與神經元之間的連結更準確、更牢固，因而增加細 胞之訊息傳遞效率，相反的，當學習刺激減少時，腦部神經活動趨於緩慢，將導 致神經發展速度變慢，細胞體積也變小，因為樹突稀少的樹狀結構，並不需要有 大的細胞支撐（引自何乃馨，2005）。Genesee（2000）指出有更新的證據顯示，

腦部的發展具有延伸性，其最近的研究更指出腦部某些特殊地區具有特殊的功能 不是一出生就有的，而是經由經驗和學習形成的。

學習的過程，必定在腦部顯示出學習的痕跡。人的腦系統因學習促使神經彼 此交互作用，以建構一個認知發展完全的大腦。

（四）音樂與大腦側化現象

腦側化（Brain Lateralization）意指大腦皮層左右半球的功能各不相同的現象，

大腦半球左右對稱，兩側靠胼胝體相連，但是兩半球的功能並不完全相同。一般

而言，慣用右手者的左半腦負責語言、邏輯、右半側的身體活動與右視野的視覺 等功能；右半腦負責空間處理、音樂、左半側的身體活動與左視野的視覺等功能。

位於人腦右半球的區域，長久以來被認為與音樂能力有關。除此之外，它也 處理一些比較非語文性的表達，如情緒、空間推理等心智活動。另外的證據顯示，

左右大腦半球對音樂認知亦具有腦側化的現象。例如，右腦半球負責吟唱、旋律 的認知；左腦半球則負責分析音調及歌詞內容。但是這種腦半球對音樂知覺的側 化現象，卻不易顯現在受過特別訓練的音樂家身上。過去曾用腦波圖研究音樂家 的腦部，結果卻發現他們幾乎全用左半腦處理其演奏或傾聽時的音樂知覺，所以 大腦處理音樂訊息的真正神經機制，仍是撲朔迷離（廖瑞銘，1994）。

神經科學家史拉歐（G. Schlaug）指出愈早訓練音樂的人，似乎愈能強化其神 經連繫（Neural Connection）功能，甚至可能會另行建造新網路。他們的胼胝體較 非音樂家或到晚期才接受音樂訓練的人粗約10～15%。由此可見，早期的音樂訓練 似乎可促使大腦兩半球之間的神經連繫提早強化，包括其運動能力的協調。而左 側腦半球PT（Planum Temporale，左半球大腦處理聽覺的顳平面）區之發達，則有 助於音樂家的聽覺辨音能力，這些都是音樂家所應具備的能力（廖瑞銘，1994）。

此大腦結構與音樂相關區域，不僅是在先天遺傳上會有差異，後天的音樂訓練也 影響其神經組織的發育，而且愈早的音樂訓練所促成的影響也愈大。

（五）音樂與大腦皮質區之相關研究

大腦的模式很像「音樂」。研究人員用測量大腦雷子活動的超導體量子干擾設計

（SQUID）得到的資料，發現大腦聽覺皮層的音調主題地圖（Tone Topic Maps）分 佈，就像鋼琴琴鍵的排列，每個音階的距離都一樣。「音樂」可以強化大腦的聽覺皮 質，亦可以結合大腦皮質和腦邊緣系統的神經運作，當孩子的耳朵注意聽著音符的 調子，聽覺皮質的神經系統也會跟著學習成長。神經學家研究發現，學習音樂可以 促進左右半腦之間的連結，但是前提是需要持之以恆的練習（張肇雄，2005）。

Greg Miller（2008）提到Gottfried Schlaug 於1995年發表了一項研究結果。他 對一群在七歲之前就開始學音樂的專業音樂家進行研究後發現，這些音樂家的胼 胝體（Corpus Callosum）比一般人來的厚。胼胝體主要是用來連結左右腦，因此 Schlaug 認為他們找到了音樂可以促進神經連結的證據。

此外，Gottfried Schlaug 又針對一群六歲到九歲的兒童進行研究，這些幼童各 自學習著不同的樂器，例如鋼琴，小提琴等。其中一組幼童（共六位）在受測期 間每週至少練習音樂2.5小時，另外對照組則是每週練習約1小時或更少，甚至還有 中斷學習音樂的。Schlaug 利用MRI來觀察他們的腦部，結果發現這些持續練習的 小小準音樂家，他們的胼胝體大概比一般人大了約25%。而每週練習僅1至2小時的 小朋友則看不出這項差異。而胼胝體較大的小朋友，在其他非音樂性的測驗上，

似乎表現也比較好（Greg Miller, 2008）。

Carlson（2001）則運用腦電圖比較受試者在回憶具體名詞與抽象名詞時的大 腦運作，發現當個體回憶具體名詞時，涉及的神經元分佈較廣泛，右半腦的參與 度比回憶抽象名詞時更多，Carlson 認為右腦與音樂的處理有關，似能支持大腦研 究的假定：若能將記憶的素材配合上音樂，有助於加強左右大腦的聯繫。

蔡振家、林永煬（2008）指出對於慣用右手的人而言，左側的次級聽覺皮質 主要處理語言訊息，右側的次級聽覺皮質主要處理音樂訊息。越是高層的大腦功 能，就越是受到學習經驗所塑造；例如，右側的次級聽覺皮質便深受音樂訓練所 塑造。在聆聽音樂時，受過音樂訓練者的右側次級聽覺皮質常會比一般人更為活 化，此現象在一項由音樂學家與神經學家合作進行的實驗中得到有力的證明

（Morrison, Demorest, Aylward, Cramer & Maravilla, 2003）。

Alvin（1965）指出在實驗對象聆聽音樂時，觀察腦內的化學活動，果然發現 一系列的變化，首先是前腦作出反應，專門負責分析歌曲旋律之結構和意義，接

Alvin（1965）指出在實驗對象聆聽音樂時，觀察腦內的化學活動，果然發現 一系列的變化，首先是前腦作出反應，專門負責分析歌曲旋律之結構和意義，接