华成网论坛

标题: 动物的节奏感从何而来脑听觉运动区连耐心引导人鹦象智群 [打印本页]

作者: 顾汉现 时间: 2016-4-19 13:39
标题: 动物的节奏感从何而来脑听觉运动区连耐心引导人鹦象智群
动物的节奏感从何而来

来源：环球科学 2016-04-19 10:27

撰文费里斯·贾布尔（Ferris Jabr）；翻译徐丽审校；胡家僖

神经科学领域的新视角——动物园里某些跳舞的动物向我们揭示了节奏感的生物学起源。

某些时刻，我们会看到一只小动物表现出不同以往的反常行为，和人类行为惊人地相像，让我们看待动物或自身的方式都从此变得截然不同。对于Irena Schulz而言，这样的神奇一刻就发生在2007年8月的寻常一天。Schulz居住在印第安纳州的谢勒维尔，她在这里经营一家遗弃鹦鹉收容所。那一天，Dane Spudic先生带来了一只名为雪球（Snowball）的年幼雄性中葵花鹦鹉（Eleonora cockatoo），它的外貌引人注目——全身羽毛呈乳白色，兴奋时脖颈上的柠檬色长羽毛会张成扇形，犹如莫霍克发型。Spudic解释道，他的家人再也无法给予这只越来越吵闹的鹦鹉足够的关注和关心了，所以只能送他来这了。

他还补充说，这只鹦鹉可是个出色的舞蹈家。你会见识到雪球到底有多神奇。Spudic随后离开了，留下了一张刻录的CD，里面是雪球最爱的音乐。

由于工作的原因，Schulz对于鸟的聪慧和各种才艺见识颇多。她也曾见过鹦鹉们随着音乐摇摆起舞的样子，但Spudic的描述似乎有些夸张。“我们就只是附和他道，‘嗯嗯，好的’。”Schulz回忆道。当天稍晚一些时候，她与丈夫在起居室的电脑里播放了Spudic留下的CD，《Backstreet’s Back》专辑里的《Everybody》的音乐声开始响起。紧接着，原本安静地蹲在Schulz胳膊上的雪球就开始上下踢脚、摇头晃脑，充满激情又节奏准确。他的动作完全合乎音乐的节拍。“我简直不敢相信这是真的，”Schulz说道，“这只鹦鹉就像精心编好了舞步一样。他不是单纯地抬腿而后又谨慎地放下，他的确是跟着旋律踏步！我就想，天哪，这只鹦鹉真是乐在其中。”

不久之后，全世界都对雪球充满活力的吉格舞津津乐道。Schulz把雪球的舞蹈视频上传到了收容所的博客，可能是俄罗斯的某人随后把这段视频复制到了YouTube上。结果视频大受追捧，一周内播放频次超过200 000。（现在，这段视频的所有权归属于雪球的YouTube官方频道，已经播放超过5000 000次。）雪球频频亮相于《大卫深夜秀》、《早安美国》诸多脱口秀节目中，也成为塔可钟、盖可保险公司与洛卡瓶装水的商业广告片的主角。

雪球的首次公开亮相也引起了加州拉荷亚市神经科学研究所的两位科学家的关注。John Iversen与Aniruddh Patel对节奏和音乐的演化起源与神经科学机制饶有兴趣。当时，并没有资料表明人类以外的动物也能跳舞——用更科学的术语来讲，它们能按照外部的音乐节拍调节自己的动作。“我们看到这段视频后，简直惊呆了——我们第一次看到这样的情景，”Iversen说，“我们这些科学家，实在是太喜欢这些神奇的时刻了。”

Iversen与Patel在对照试验中对雪球的行为进行了测试，他们更改了他最爱的歌曲的节拍，以观察他在未受任何训练或者鼓励的情况下会做出怎样的反应。雪球的舞蹈不是连续的而是分节的，但逐帧的视频分析表明，雪球调整了自己的动作以匹配改变后的音乐节奏。不久，许多独立的研究团队纷纷表明，多种鹦鹉都能自我调整来适应音乐节奏，甚至大象也可以。而猴子在实验室里却没有表现出太多的韵律天赋。

这些发现似乎与Patel不久前提出的假说不谋而合：他认为音乐节奏感是“发声学习”的副产物，发声学习能让你模仿此前没听过的声音。人类、鹦鹉、大象都具备发声学习能力。有资料表明，大象能模仿卡车或其他动物的声音，鹦鹉的模仿能力则是众所周知。另一方面，猴子则只能发出与生俱来的几种叫声。Patel的假说认为，人类、鹦鹉、大象等物种发声学习的演化强化了负责听觉与动作的大脑区域间的联系，这使得它们可以拥有音乐节奏感。发声学习假说在提出后的数年里，似乎符合所有相关的研究数据。

Iversen与Patel对雪球的研究只是一系列新研究的序章，这些研究进一步探讨了动物王国的节奏感。近几年内，科学家研究了多种动物，发现不具备发声学习能力的动物，如海狮与倭黑猩猩，也有音乐节奏感。与此同时，最前沿的研究已经开始解释大脑是如何追踪某一节拍的，这些研究可能有助于证明节奏感并不仅仅属于地球上那些擅长于言谈的生物。新发现表明，与我们之前的认识不同，节奏感有着更加古老且被诸多物种共享的演化起源。“我认为发声学习假说没有更多的知识可以教给我们了，”埃默里大学的比较心理学家Peter Cook说道，“跟随节拍或许根植于一种古老而又广泛留存的机制，这种机制大体上就是我们的大脑用来进行沟通的机制。更有趣的问题是，为什么有些动物并不具备这种机制。”

2008年，Patel和Iversen发表了他们关于雪球的最初研究成果。（Irena是这篇论文的作者之一。）2009年，哈佛大学的Adena Schachner和同事证明，一只非洲灰鹦鹉Alex也能感应节拍。Alex简直是鸟类里的Koko（一只掌握了不少手语词汇的大猩猩），他拥有丰富的词汇量。另外，有人在YouTube上穷举搜索，确认亚洲象与13种其他鹦鹉也有节奏感。哥伦比亚大学的神经科学家与音乐家David Sulzer提供了进一步的证据。David Sulzer，又被称为Dave Soldier曾与泰国的亚洲象管弦乐队一起录制唱片，他为乐队中的亚洲象准备了大型的鼓、锣和钟等。与此同时，日本脑科学研究所的Yoshimasa Seki及其团队成功地训练虎皮鹦鹉随着各种不同的音乐节拍啄一个发光二极管。但在其他科学家进行的相关试验中，恒河猴就无法完成跟着节奏打拍子的任务：它们花了快一年的时间才领悟到要义，但是依然无法保持协调，并总是跟不上节拍。

到2012年，发声学习假说似乎正由初步的概念过渡为可靠的理论——可用于解释节奏感的生物学起源。因为人类、鹦鹉和大象都已经进化为声音的模仿者，他们在识别并重现声音节奏方面天赋异禀。相反，听觉迟钝的灵长类动物则缺乏这一才能。但随后一只特立独行的哺乳动物——本不应该具备非凡的音乐才能——从海洋中跃至前台，成为了关注焦点，并促使科学家重新考虑这个假说。

在雪球的名字变得广为人知后的几年，加州大学圣克鲁兹分校的研究生Cook正在为自己和本科生Andrew Rouse设计一个合适的研究课题。当时Cook正在学习认知心理学，主要研究鳍足动物（海象、海狮、海豹）的行为，而且他知道Rouse对于音乐有极大的热情。Cook考虑，或许他们可以结合自身兴趣，实际测试一下发声学习假说。

虽然在声音模仿方面不如鹦鹉熟练，海象与海豹也能模仿一些新接触的声音。在20世纪七八十年代，声名显赫的大西洋斑海豹Hoover能模仿人类语言，用短语跟新英格兰水族馆的游客们打招呼，如“你好”、“你怎么样？”或者“走开”，还带着浓厚的肯尼迪式口音。但与这些鳍足类亲戚在演化路上已经分道扬镳超过2千万年的海狮，在发声方面却毫无灵活性可言。“它们能依照命令或快或慢地嗥叫或咕哝，”Cook说，“但是它们似乎并不能调节频率或者发出新的声音。”

所以Cook，Rouse及团队成员决定试着去教一头名为Ronan的海狮跳舞。一开始，Cook训练Ronan按照简单的节奏来摆头，如每分钟80下或120下。但这并不能表明Ronan能识别节拍并随之同步律动。她可能只是学会了在两种不同的声音下以两种不同的速度运动，同样道理，狗可能在听到一种哨音时一路小跑，在听到另一种哨音时全速冲刺。在第二个实验阶段，Cook放出了Ronan从未听过的节拍：每分钟96、88、108、132和72下。这次，在未经任何训练的情况下，她就开始随着节拍摇头了。她表现非常出色，有时略快于较慢的节拍，有时稍微落后于较快的节拍。

然而，真正的检验是Ronan能否随着真正的音乐而起舞——那些歌词与演奏覆盖在底层节拍上的摇滚或流行乐曲。她是否能跟雪球一样，找出后街男孩的《Everybody》或者地风火的《Boogie Wonderland》的节奏呢？她做到了。甚至变速播放的《Boogie Wonderland》也没有难倒她——她也随着节拍调整摆头节奏。“简直难以置信，她太精确了。乐曲一开始，她就找到了节奏，”Cook说，“我们证明，她不可能是碰巧踩准节拍的。”

2013年，Cook和同事在《比较心理学》期刊上发表了他们的研究结果。一些最近的研究也表明，其他被归类为没有发声学习能力的动物——尤其是大型类人猿，也有节奏感。

不同于鹦鹉、大象和海狮Hoover，大型类人猿并不擅长模仿声音或是最基本的人类语言。尽管如此，也有迹象表明，猿类知道如何跟上节拍：在玩耍或加强自己的统治地位时，野生黑猩猩和倭黑猩猩会用手脚捶打自己身体或者其他容易发生共振的物体如树桩、树根等。2012年，京都大学的Yuko Hattori发表论文，阐释了来自对照实验的首例证据——大猩猩会自发地随着音乐节奏拍打。去年，北卡罗莱州立大学的钢琴家、领导着一个生物音乐项目（非人类动物创作的音乐）的Patrida Gray，发现一群倭黑猩猩的音乐才能与雪球不分伯仲。

2010年的某一天，在爱荷华州得梅因市的类人猿研究中心等着实验时，Gray漫不经心地用她的手敲击旁边的玻璃围墙。而玻璃墙的另一边，一只倭黑猩猩——Kanzi也开始敲击玻璃墙，与Gray的节奏基本一致。“恩，有点意思，”她暗想，“会持续多久呢？”结果，她一直敲，Kanzi也一直敲。甚至到了Kanzi的点心时间，他背过身去，手用来吃绿洋葱，却还在用脚熟练地敲着玻璃外墙。

第二年，Gray开始着手开展一项实验以解答这个问题：倭黑猩猩到底能不能跟着节奏打拍子？她与康涅狄格大学专门从事音乐感知能力研究的神经科学家Edward Large一起研究了佛杰克逊维尔动物园里的一群倭黑猩猩，特别是一只29岁的雌性倭黑猩猩Kuni。不同于Kanzi，这些倭猩猩此前均未接触过乐器。但是，Gray与Large并不想给这些动物用过的乐器。不得不提到的一点是，倭黑猩猩比人类强壮得多，它们很容易就能弄坏一只普通的鼓。科学家们委托鼓匠设计出结实的管状鼓，其高度正好适合倭黑猩猩，还能承受500磅的压力。为了实验方便，她们将鼓固定在倭黑猩猩住所的水泥地面上。

起初，倭黑猩猩们触碰鼓的时候有些惶恐不安，但研究人员与动物园的工作人员给它们做了示范后，它们就迷上了这些乐器。到2011年秋季，3名表现出众的雌性倭黑猩猩志愿跟着工作人员一起击鼓，其他倭黑猩猩也受到鼓舞纷纷加入其中。真正的实验开始于2011年12月，并持续到2012年春天。在钢网的一侧，实验人员听着耳机并随后敲鼓。另一侧，Kuni——也是最熟练的鼓手——可以自己决定是否敲鼓。Kuni表现完美，堪比雪球：他们都与人类儿童的能力相当，能准确地跟上一段节拍，连续的则有些困难。“我们希望倭黑猩猩自愿参与进来，”Gray说道，“它们像人类一样情绪敏感。我们的实验数据清楚地表明，Kuni可以跟上节拍，哪怕她的兴趣只能维持一小段时间。每当我们证实新的动物如海狮或倭黑猩猩拥有节奏感的时候，我们之前自以为明确的划分——某些动物有节奏感，有些动物则没有——就又多了个漏洞。”

脑中节拍

尽管新的研究结果不断涌现，但是Patel与Iversen并不打算就这样放弃发声学习假说。“它仍能解释大多数的实验结果，”Iversen说道。Iversen现在就职于加州大学圣地亚哥分校的施瓦茨计算神经科学中心。他们想让更多的动物参与到实验中来，比如说狗和马，这两者被认为不能进行发声学习。“有些研究人员提出了这个问题：为什么狗不跳舞？毕竟，狗已经接触音乐、舞蹈有上万年了，”Iversen说，“可能是因为其与生俱来的神经局限。或许需要正确的大脑回路。”

然而，如果将来的实验结果与最近这些研究仍然一致，并证实天生的节奏感并不依赖于具备发声学习能力的动物所独有的神经回路，那么大脑又是如何跟上节拍的呢？该怎么解释这种能力的演化起源呢？另一种解释正逐渐成为关注焦点。

几十年来，科学家们早就知道所有生物的大脑都是具有极强节奏感的生物学机器。不管是单个神经元还是脑细胞群组，在电刺激和化学刺激下都表现出重复的波动。当科学家说起神经振荡，通常指的是数百万相互连接的脑细胞产生的电场强度的周期性变化。脑电图这样的设备（EEG）——置于头皮上的网状电极——能检测到这些波动并绘制出曲线图。

虽然研究人员明白，这些波动节奏受个人行为的影响而差异很大，某些波动节奏也与特定的生理状态有关——比如你是清醒的还是沉睡的——但它们的确切作用还不清楚。一些科学家认为，这些波动节奏是无法避免的，而且其中的绝大多数都是大脑连接过程中无用的副产物。另一些科学家则认为，这些波动可能起到了编码并传输信息的作用。早在20世纪70年代，就有科学家认为，神经振荡可能对于识别环境中的规律与节奏尤其重要——大脑自身的节奏可能就是与我们周边世界的节奏同步的。然而，直到近期，一直没有实验数据能支持这一观点。

2005年，Large与内华达大学拉斯维加斯分校的Joel Snyder发表了一篇关于脑电图的论文。研究表明，当人们听到间隔着固定时间播放的声音时，一些神经回路就开始与声音同步振荡。这项研究开创了这类研究的先河。“奇怪的是，此前从来没有人考虑这点，”Large说道，“近40年来，科学家们一直在收集实验中人们随着节拍跳舞的行为证据。但我们一直想深入研究，验证大脑自身的振荡是否与我们所听到声音同步。”从那之后，几十例实验证明，人类或其他动物——包括猴子与斑马鱼在内——大脑中的神经振荡始终与听到的声音节奏同步，无论声音来自于简单的节拍器，还是古典音乐，亦或是人类语音。

起初，Large和其他研究者只是将此类研究的重点放在听觉皮层的振荡上。听觉皮层是一小块位于大脑中心的区域，能梳理并解释与声音有关的神经信号。然而，在近8年，借助脑磁图（MEG）与功能性磁共振成像（fMRI）的研究已经证明，负责运动的神经回路也会用于感知声音节奏。“令人惊奇的是，当人们只是静坐着聆听音乐时，大脑的运动区域依然保持活跃。”Large说道，“目前我们逐渐认识到的是，听觉区域与运动区域彼此同步，同时也与外部环境的节奏保持同步。这可能帮我们存储并记住这些节奏，使我们随后也能重复这些节奏。”

Patel和Iversen将这些研究结果视作对发声学习假说的进一步支持。他们表示，神经振荡与语音、音乐的节奏一致，并不能充分解释为什么我们或其他动物能跟上节拍。相反，音乐节奏只出现在有些动物上，它们大脑中负责运动和听觉的区域紧密相连，使得这两个区域的同步振荡更加精确。根据他们的模型，当我们静坐并聆听音乐时，负责规划运动的大脑区域就开始预测下一个节拍何时响起。这就好像是这些区域在我们奔跑时预见下一步或下一次摆臂一样。随后，大脑的听觉区域依照运动皮层的预测让自身与外在节奏同步。换句话说，大脑只能通过有节奏感的肢体动作来理解音乐，哪怕我们根本就没有动。

Large则认为这是种曲解。“我认为节奏感并不需要任何特别复杂的回路。”他说道，“只要大脑的听觉、运动区域是彼此连通，那我们就肯定会看到它们的同步性。”

Cook对此表示赞同。他说，首先要意识到，我们所说的音乐节奏——唱歌、跳舞或其他遵循节拍的活动——只是生物节奏的一种形式。别的例子不胜枚举：求偶的萤火虫会同步闪烁着荧光；猎豹追逐与羚羊逃命的步调一致；数百万只蝙蝠一起飞行如同夜空中袅袅飘起的烟雾；狼与虎鲸高度协调的群体捕食行动；热带鸟类天然的求偶舞蹈。显然，节奏是生命的基础——这一事实体现在感觉器官与肌肉，所有动物大脑中的感觉区域与运动区域的丰富联系中。事实上，神经元和大脑的根本目的在于形成那些联系：根据从外部世界收集的信息来指导行为。“你可从回溯大脑演化的久远历史来理解这一点，”Cook说道，“大脑基本上就是回路组成的网络，通过各回路的同步放电模式来协同工作。节奏感就是这么来的。”

如果节奏本身普遍存在于各种生物中，为什么音乐节奏感又如此少见呢？或许实际情况并非如此。最新的研究表明，具备跟上节拍的潜能的动物比我们先前所认为的多得多——但是，可能有些物种需要耐心的引导方能显露出来。人类、鹦鹉和大象都是高智商的群居物种，依赖声音交流繁衍生息。可以理解的是，这类物种对于声音节奏格外敏感。但是，它们这种早熟的技能必然是建立在更加普遍存在的能力和很多动物脑内都存在神经回路的基础上。而当我们给予那些看似平庸的生物合适的机会以及恰当的鼓励时，它们的音乐潜能也完全展示出来。“最棘手的是激励，”Cooks说，“最开始，Ronan对节拍完全无感。但一旦我们给了她正确的训练以及激励，她就完全领会了。‘对呀，我当然能做到，小菜一碟。’”

现在，人们大多认为生物学差异能解释人类独特的音乐天赋。不过，也许差异更多源于文化而非生物机制。有些人类婴儿看见人们唱歌跳舞就会上下晃动手舞足蹈，这意味着他们天生就有节奏感。然而，研究表明，直到学龄前，儿童们才会开始学着使自己的动作与节拍一致，甚至到了该阶段也不能非常一致。如果一个小孩从未接触过音乐、舞蹈，那她又怎么培养音乐节奏感呢？

即使我们不愿承认，但音乐节奏感方面我们更像雪球与Ronan：我们都对节奏感天生有感觉，而这需要适宜的环境才能显示出来。或许，并非我们在生物学机制方面有多特别或者多优越，而是我们更擅长创造适宜的环境。一些学者认为，我们的原始人祖先在习得语言之前就能载歌载舞，在仪式表演与鼓、长笛的制作上投入了大量的资源。今天，在我们人生的每一个阶段，音乐都如影随形，从幼时的摇篮曲到离世的挽歌。我们可能不是唯一拥有节奏感的物种，但我们是唯一将音乐、舞蹈视为普世文化的物种。我们成为了最擅长跟上节拍的物种。

原文链接： https://www.quantamagazine.org/2 ... that-keep-the-beat/

（生物谷 Bioon.com）

http://news.bioon.com/article/6681640.html

https://youtu.be/N7IZmRnAo6s?t=139

https://youtu.be/6yS6qU_w3JQ

2016041910272379.png (452.53 KB, 下载次数: 59)

欢迎光临华成网论坛 (http://kaseisyoji.com/)