音乐和音乐干预（music-based interventions，MBIs）的神经科学是一个迷人但富有挑战性的研究领域。虽然音乐在人类社会中无处不在，但MBIs可能包括音乐聆听、演奏音乐、基于音乐的运动、接受音乐教育和训练、或者接受音乐治疗师的治疗。通过收集强有力的研究证据，解开MBIs激活和影响的脑回路可能有助于我们更好地理解MBIs的治疗和教育价值。然而，MBIs的复杂性和多样性带来了独特的研究挑战。该文回顾了美国国立卫生研究院为支持MBIs的循证研究及其对健康和疾病的影响所做的努力。该文还强调了MBI研究的基本挑战和策略，重点是利用动物模型、人脑成像和刺激技术、行为和运动捕捉工具以及计算方法。最后提出了研究MBIs时的基本要求，并展望了进一步加强与脑回路相关的MBI循证研究的未来方向。
音乐和音乐干预涉及广泛的脑回路，并对各种健康状况具有良好的治疗潜力。使用动物模型进行比较研究有助于揭示涉及节奏感知的脑回路活动，而人脑成像、脑刺激、运动捕捉技术已经使得神经回路分析成为MBIs对运动、情感/奖赏以及认知功能影响的基础。将计算分析（如，预测方法）和动物模型和人类的机制的研究相结合，可能会揭示MBI的复杂性及其对健康和疾病的影响。
引言
音乐是每个人类社会不可或缺的一部分。音乐可以带来快乐、平息焦虑、抚慰悲伤、激励和/或刺激运动，并促进社会联系。音乐体验还可能具有增强大脑和认知发展、改善功能和幸福感、优化生活质量以及可能改善多种疾病和障碍症状的显著能力。
认识到音乐干预尚未开发的治疗潜力，美国国立卫生研究院（NIH）、约翰·F·肯尼迪表演艺术中心和美国国家艺术基金于2016年成立了一个合作伙伴关系——声音健康（Sound Health）。这一旅程始于2017年1月份联合举办的研讨会“音乐与大脑：整个生命周期的研究”，以评估基础和应用音乐研究的现状。在这次会议上，一个多样的专家小组讨论了音乐在整个生命周期（童年、成年和老年）中对大脑的影响，并提出了加强这些领域研究的建议。在2018年的 “神经科学与社会的对话”讲座中，音乐家Pat Metheny与神经科学学会小组成员讨论了音乐对大脑的影响以及音乐在治疗中的作用。不久之后，NIH发布了一系列资助机会，以促进MBI的基础、机制和临床研究。2021年，NIH组织了三次研讨会，重点是奠定基础：定义音乐干预的构建组块、评估和测量目标参与——老年人脑疾病的机制和临床结果指标，以及将目标参与与临床益处联系起来——老龄化脑部疾病的生物标志物。这些研讨会上的讨论导致了NIH音乐干预工具包的开发。NIH还打算支持MBI研究网络的发展，特别强调发展引人注目的研究框架；确定一致的术语和分类以指导未来的临床研究；支持跨学科研究和试点研究以测试新的机制假说；开发强有力的机制指标、结果和生物标志物，特别强调集中脑部疾病和障碍，例如疼痛、阿兹海默症、帕金森（PD）、中风以及老年化。
所有这些努力的一个中心主题是MBIs如何实现其治疗潜力的问题。音乐对运动、情绪、学习和行为的影响是巨大的。一个假设是：音乐的影响与其和大脑多个神经系统的互动能力有关。但这一结论的依据是什么？如果我们想要驾驭音乐的多种影响，我们需要对所涉及的神经回路有一个坚实的理解，并需要有关于音乐如何参与其中的严格证据。从脑回路的角度来看，这个想法似乎很简单：因为音乐声音首先由我们中枢神经系统中的听觉机制加工，MBIs的治疗效果很可能需要脑回路和其他生理系统的参与，这些脑回路和其他生理系统直接或间接连接到参与音乐元素的感知和处理的听觉神经回路。
为了科学地检验这一观点，我们首先需要有关于音乐和MBIs是什么的明确的定义或特征。音乐的基本成分包括旋律、和声和节奏。这三个元素中的每一个都有无数的序列、节奏和声音的动态性或响度，他们可以以多种方式组合在一起。这种音乐内容的巨大异质性可以在MBIs不同的目标人群中实施（图1A）。MBI的实施模式也有多种方式（图1B）。音乐内容可以以接受模式被听到，也可以由个人以主动参与的模式进行表演或呈现，通常需要一定程度的行动活动，例如唱歌、弹奏乐器、跳舞、甚至作曲。此外，如果MBIs是在团体环境中实施的，例如在音乐厅与观众一起聆听、以团体进行音乐表演、或者表演者和听众之间进行互动，再或者音乐治疗师给一名或一组病人呈现音乐，则MBIs具有了社交的成分。在MBI研究中，除了其他常见的干预参数（如持续时间和频率）之外，明确描述干预本身，包括音乐内容和实施方式，可能是第一步。音乐和MBIs与多种大脑功能和障碍有关。因此，识别和检查首先加工音乐声音的听觉神经通路与其他大脑网络（例如，运动、情感/奖赏、认知以及其他感觉回路，包括疼痛、视觉和交互感觉，这些会影响其他生理系统）之间的神经网络连接，对于帮助我们理解MBI如何发挥其治疗的作用至关重要。
这篇综述重点介绍了2022年神经科学学会研讨会“音乐与脑回路：加强实证研究的策略”上的研究结果。具体而言，首先介绍了MBIs的复杂度以及神经科学方法帮助解释干预（如，剂量）基础上的重要性。包括鸟类、啮齿动物、非人灵长类动物和人类在内的多个物种的比较研究（图1D）也为高度严谨的MBI所涉及的神经回路提供了重要见解，尤其是关于音乐节奏的感知以及所涉及的听觉和运动神经系统。多种脑成像工具，包括EEG和MRI，脑刺激方法，如经颅磁刺激（TMS），以及使用技术的创新行为分析，如运动捕捉和预测分析方法（图1E），进一步允许研究人员探索神经机制，并探索探讨音乐和MBI对各种大脑功能和行为紊乱的影响所依据的神经网络连接。
图1.MBIs的循证研究。A、音乐组成部分示意图，包括旋律、和声和节奏。B、MBIs的呈现方式示例。接受模式：被试被动地聆听音乐的成分。主动模式：被试主动地演奏音乐成分。单独模式：一名被试被动地聆听（接受模式）或主动地演奏音乐成分。团体/社交模式：一名被试在团体环境中接受或演奏音乐，或者一名或多名被试和一名或多么治疗师进行互动。C、参与到受MBIs影响的疗法的大脑回路。音乐成分首先通过听觉通路进行加工。已有证据支持听觉和运动或情感/动机系统之间的神经网络连接，这可能是MBI对相关疾病治疗效果的基础，如PD、中风、压力、焦虑和成瘾。听觉通路和认知或其他感觉系统（如，交互感觉、躯体感觉、痛觉和视觉）之间的神经网络连接仍有待探索，以了解其对诸如阿兹海默症、痴呆、心血管疾病和疼痛等疾病的影响。D、MBI研究中生物/模型系统研究的示例，包括鸟类、啮齿类动物、非人灵长类动物和人类。E、用于研究MBIs的技术示例。脑成像技术的例子包括MEG、EEG和fMRI。脑刺激技术的例子是TMS。行为捕捉技术的例子是运动捕捉和追踪技术。
音乐干预的基础
无数成分的组合赋予了无数的音乐内容，这对MBIs来说是一个重大挑战，尤其是在定义干预和保持一致性方面。在基础和机制的研究中，可以通过关注一种或几种特定成分组合或成分形式以还原主义的方式研究音乐成分。相比之下，音乐治疗领域采用的更全面的方法似乎有一个共同的共识，即没有一刀切的计划：尽管自选音乐对各种临床应用具有最大的治疗益处，但音乐治疗师和来访者和监护人会就干预的内容（音乐成分）、参与方式（主动或被动的方式）以及持续时间和强度（剂量）进行协商以提出最佳的可用治疗方案。
剂量是MBIs研究需要考虑的一个重要问题。关于剂量问题，请考虑类似的体育活动：美国儿科学会建议学龄儿童每天进行60分钟的活动，全球脑健康理事会建议50岁以上的成年人“每周争取至少进行150分钟中等强度的有氧活动”以保持心脏和大脑健康。音乐干预是否有等效的“推荐剂量”？这个问题的答案很复杂，因为音乐体验本身很复杂。尽管每个社会都有音乐，但世界各地的社会演变出的音乐文化是多样且多变的。即使是同一段音乐，在同一文化的不同个体之间，或者同一个人重复多次聆听，也可能会引发不同的反应。因此，对某个人有治疗效果的音乐不一定能作用于另一个人。
在这方面，神经科学可以通过量化接受音乐（感知）干预和主动音乐（产生）干预对中枢神经系统的影响来确定MBIs的剂量问题。例如，fMRI研究表明，聆听自主选择的音乐比聆听研究者选择的音乐更能够激活听觉和奖赏系统，这与音乐治疗的直觉相符。健康老年人的纵向fMRI研究显示，8周的接受性MBI增强了听觉皮层到奖赏系统（特别是到mPFC）的功能连接。尽管这些结果仍有待通过分离音乐聆听的有效成分的控制干预措施来进一步验证，但系统地参与音乐可以改变听觉和奖赏系统的连通性这一想法很有吸引力，因为这提供了一种可量化MBI剂量影响的可控制的方法。虽然音乐与健康之间剂量-反应关系的具体参数过于复杂，目前尚不清楚，但参与的大脑回路的响应性、敏感性和连通性可能是剂量-反应关系的潜在可行的定量指标，从而提供了一个剖析MBIs复杂度及其对大脑和健康影响的窗口。
音乐节奏感知的对比研究
在音乐成分中，节奏和时间周期性（在时间上有规律重复的声音模式）广泛存在于各种物种中，并得到了大量研究。人类的音乐节奏感涉及检测这种周期性，并生成关于即将发生的事件的精确时间的预测。这种检测和预测听觉节奏的能力是音乐对涉及运动功能的各种神经疾病积极影响的核心，包括PD患者的不太正常化、增强中风后语言恢复，以及改善阅读障碍的语音加工。尽管关于节奏感知的神经机制还有很多有待了解，但使用对神经活动进行定量评估和操纵的跨物种感知研究促进了这方面的进展。
最近的工作已经开始阐明基于速度（tempo）识别节奏沟通信号的神经回路。例如，雌性田间蟋蟀会被在较窄范围的脉冲频率的雄性叫声所吸引，这种选择性是由中间神经元网络介导的，该网络使用重合检测机制加工瞬时脉冲频率。虽然许多无脊柱动物对脉冲频率的偏好是天生的，但经验可以影响其他物种对相应频率的神经反应。例如，小鼠听觉皮层中的兴奋神经元天生就最常见的幼崽遇险呼叫频率（~5 音节/秒）敏感，但和产生一系列呼叫频率的幼崽共住之后，他们的调谐范围可以扩大到更大的频率范围。
除了速度之外，一些研究表明，听觉反应可以通过节奏模式的存在来调节。例如，沙土鼠下丘脑的神经反应对复杂节奏的拍子上突发噪声比拍子外的同样的突发噪声的反应更大。在小鼠中，听觉皮层中兴奋性神经元在更长的时间尺度上整合信号，并通过调整棘波时间来区分节律结构和不规则序列。此外，在猴子中，EEG记录表明，当异常声音嵌入等时序列比嵌入随机时间序列，诱发了更大的听觉失匹配负波。
虽然这类研究证明了听觉区域神经活动的依赖于背景的调节，越来越多的证据表明，人类的节奏感知依赖于听觉和运动区域之间的相互作用，甚至是在没有运动的情况下。如本综述稍后所述，神经影像学研究表明，当刺激具有强烈的周期性脉冲或节拍时，包括前运动皮层、辅助运动区以及基底节在内的几个运动规划区域的活动更大。此外，使用TMS将听觉-运动连接短暂中断可以中断人类的心跳感知，而不会影响绝对时间间隔的感知。总之，这些结果支持了时间规律性的感知依赖于听觉区和运动区的相互作用的假设。
研究运动区对听觉节奏感知的功能贡献将大大受益于一个小型动物模型，该模型（1）具有相互连接的听觉-运动回路；（2）能够识别节奏模式。与人类一样，鸣禽拥有专门的听觉-运动回路，用于学习和产生有节奏的模式序列。解剖学、生理学和组织化学研究发现，鸟类和哺乳动物的前运动回路、听觉回路和基底神经节具有显著的相似性，包括共享的细胞类型、连接模式、电生理特性和层状组织。最近一项研究发现，斑马雀（被研究的最多的鸣禽）可以检测听觉序列中的时间规律并预测发声同伴的呼叫时间，从而可以使它们调整自己的回答时间以避免重复。当发声运动区损伤这种预测性调整呼叫时机的能力则被破坏，这与呼叫时间取决于前脑运动区和听觉区的相互作用的观点一致。然而，目前尚不清楚斑马雀是否能够整体感知节奏，或者它们是否学会了发声伙伴的叫声与自己的叫声之间的特定时间间隔。
为了研究鸣禽是否能像人类一样全面地感知节奏，研究者开发了一个行为范例，以测试斑马雀是否能学会识别基本的节奏模式，即事件之间的相等时间，或 “等时性”。人类很容易在广泛的速率范围内识别等时性，这表明人类有能力感知事件的相对时间，而不仅仅是绝对的间隔时间。使用连续的训练程序，探究了斑马雀是否能区分重复歌声元素的等时和无节律的序列。通过在不同的刺激中改变声音元素的特性和节奏，激励鸟类注意听觉序列中的相对时间，而不是具体的频谱特征或间隔时间。一旦鸟类达到了整体准确性的表现标准，它们就会被测试是否有能力将辨别力推广到新的节奏的刺激物上。这项研究发现，斑马雀和人类一样，可以在广泛的速率范围内有力地识别等时性，包括比原始训练刺激慢20%和快25%的速率。值得注意的是，成功辨别等时性和无节律的刺激的鸟类比失败的鸟类听了更多的间隔才做出反应，这表明节奏辨别的成功与对全局时间模式的关注有关。这与神经心理学研究的证据一致，表明相对时间检测的神经机制与参与绝对时间编码的神经机制不同。
斑马雀和人类一样，可以根据全局时间模式对节奏进行分类，这一发现与之前在声乐非学习者中的工作形成了对比。例如，大鼠可以被训练来区分等时和无节律的节奏，但当用新的节奏刺激进行测试时，显示出较弱的概括性，这表明节奏感知强烈依赖于绝对时间。因此，定义明确的听觉-运动回路和识别相对时间的能力的结合，使鸣禽成为一个可行的小动物模型，以研究运动脑区对检测时间周期性和预测即将发生的事件的时间的贡献，这是人类节奏感知的两个标志。未来操纵神经活动的实验可以测试前脑运动区在感知独立于速率的节奏模式中的因果作用，而神经记录将有助于揭示当鸟类学会区分等时性和无节奏的刺激时，运动区是否出现了预测性的活动。更为普遍的是，在节奏感知过程中对听觉和运动相互作用的这种机理研究应有助于为音乐干预措施提供信息，以提高正常和疾病状态下的功能。
音乐与运动环路
与前面讨论的动物物种类似，人类在感知上和运动上与节奏刺激的互动方面有一种特殊的方式。重复的拍子或节拍模式建立了一个时间框架，形成了未来的预期，形成了个别事件的感知意义，并使人们的行为同步。
该领域出现的一个更耐人寻味的观点是，运动系统可能对音乐结构的有序感知很重要，即使没有明显的运动。许多说法，如听觉感知的行动模拟（Action Simulation for Auditory Perception, ASAP），强调运动系统作为产生关于即将发生的事件的时间预期的来源的作用，这是一个关键的生物功能，特别是假设了运动与听觉的连接。最近的工作特别研究了运动系统在没有运动的情况下参与塑造听觉节奏的感知和想象，直接测试了ASAP和其他运动假说的预测，并使用先进的EEG和移动脑/身体成像（Mobile Brain/Body Imaging, MoBI）方法提供了对时间感知的洞察力。MoBI是一种新的成像方法，使用移动大脑成像方法，包括与身体运动捕捉和其他行为和心理生理学数据流同步的EEG和/或近红外，以调查支持被试与环境和/或他人积极互动的大脑活动。
EEG测量头皮上的电压是大脑动态电活动的结果，但任何一个电极都是测量大脑皮层许多区域活动的总和。一个解决方案是独立成分分析，这是一种优化解混头皮信号和识别假定皮质源的方法。最近的一项研究使用听觉和运动定位器试验和独立成分分析来确定人类参与者中最单一的听觉和运动的独立成分，然后在节拍想象任务（meter imagery task）中检查听觉和运动的相互作用。被试首先听到一连串不带重音的鼓声，然后是带重音的鼓声，建立了一个双音（1-2）或三音（1-2-3）的音阶，接着又是不带重音的鼓声，指示他们继续想象之前建立的音阶。为了验证想象的任务，被试最后敲击他们想象的音阶。通过比较无音调控制和节拍想象条件下的大脑活动，ASAP的两个预测得到了证实：（1）在节拍想象期间，听觉和运动区域的大脑信号中都存在节拍的表征；（2）在想象期间存在强大的、双向的运动和听觉连接（使用 “因果 “影响的方向性措施评估）。任何关于想象的工作都有一个潜在的问题，那就是可能存在无意的、微妙的运动，这可以通过使用MoBI方法排除，包括运动捕捉和肌肉电位的测量。使用神经刺激法对大脑活动进行因果操纵，可以直接测试运动系统对听觉的重要性。ASAP提出了一个特定的途径来介导听觉/运动的相互作用，即背侧听觉流，通过顶叶皮层将听觉皮层与运动前皮层联系起来。我们可以预测，这一途径的中断将扰乱节拍感知。TMS是一种可以暂时抑制局部皮质区域活动的方法（例如，使用theta脉冲刺激）。顶叶皮层上theta脉冲刺激已被证明会影响节拍感知的各个方面，但不会影响其他形式的时间处理，为支持ASAP提供因果证据。
虽然人们通常认为音乐是一种听觉现象，是我们可以通过耳机彻底享受的东西，但音乐和运动在几个方面是不可分割的。在录制的音乐出现之前，所有的音乐都是由运动创造的。许多类型的音乐强烈地迫使人们运动和跳舞，这一方面已经在运动障碍的治疗中得到有益的利用。一个例子可能是主动的MBI，它利用了音乐的律动（groove），即随着音乐运动的愉悦冲动，可能是通过与更广泛的神经回路，包括运动系统的连接。律动的体验对于轻微违反节奏结构的情况最为强烈，并与TMS研究证明的感觉运动耦合有因果关系。因此，使用律动的音乐来激励舞蹈可能是运动障碍的积极MBI种的一个重要成分，如PD，它与计时和运动的内部线索的丧失有关，PD患者的节奏障碍就是证明。由于音乐和舞蹈通过节奏和律动参与感觉运动耦合，这激发了干预措施，如 “PD之舞”，这是一个将舞蹈作为PD患者及其护理人员的干预措施的项目。标准化的神经学前后测试显示，在进行了4个月的PD舞蹈后，帕金森症状有所减轻，那些在音乐节奏中更准确地敲击手指的人有更好的改善，这表明更准确的感觉运动耦合。终身舞蹈经验的存在也与舞蹈干预后运动和非运动症状的减少有关，这表明长期训练参与了预测过程，这可能是更有效的感觉运动耦合的基础，这可能对积极的MBI有协同的好处。
在过去的15年里，MoBI领域强调研究与环境和他人的主动和自然的相互行动所依据的大脑活动，使用移动神经成像方法，如EEG，来测量与全身运动捕捉和其他行为和心理生理数据流同步的大脑动态。这种方法在治疗和家庭背景下特别有吸引力，因为低成本和便携式EEG系统、简单的基于相机的动作捕捉和低成本的腕带式生理传感器正在出现。音乐研究是MoBI的自然契合点，它已经成功地应用于个人和团体音乐行为的研究，以了解表演者之间、每个人和观众之间、以及听众和舞者之间的人际互动。合作性的音乐和舞蹈互动涉及发展信任，与人与人之间的共鸣正相关，并且可以有效地通过运动传达意图和情感。最近的一项研究表明，合作性的音乐互动导致了大脑间相位一致性的长期变化，也许表明了持久的合作性集合。这些关系是审美互动的基础，也是治疗性互动的基础；因此，这一工作思路可能对理解如何创造和评估一般有效的治疗性互动有更广泛的影响。通过实现对大脑和身体状态的低成本和便携式评估，MoBI方法将提高对生态学上复杂的MBI实现治疗目标的机制的理解。这些方法还将为令人兴奋的实时大脑/身体反馈的新模式开辟道路，用于再适应性和辅助训练。
音乐与奖赏环路
奖赏系统由各种神经结构组成，包括中脑被盖部、基底前脑的纹状体、外侧和眶额皮层以及其他各种脑区都以复杂的方式相互连接。它在许多基本的生物功能中发挥作用，并被认为是我们对享乐体验的基础。然而，直到大约20年前，人们甚至不知道音乐产生的快感是否是由这个相同的系统介导的；事实上，一些哲学传统强烈反对这个观点。
一系列的神经影像学研究表明，当人们从音乐中体验到快乐时，纹状体和相关结构会被激活，而且这些反应会随着体验到的音乐快乐程度而增加。此外，自主神经系统参与的生理心理指标（心率、皮肤传导、呼吸等）也随着音乐愉悦的主观报告而增加。此外，R.J.Z.的实验室表明，纹状体反应在本质上是多巴胺能，它与奖励预测机制有关，从而将奖励系统的音乐参与与大量关于多巴胺能调解奖励预测错误的动物文献联系起来。
这些发现在为科学地理解音乐的影响创造条件方面至关重要，但它们本身并没有提供一个关于音乐如何激活奖励系统的功能模型。此外，成像研究在本质上必然是相关的，所以需要因果证据来真正证明这一点。最近的进展已经解决了这两个问题。
一些研究表明，随着对音乐的主观喜欢程度增加，听觉皮层系统和奖励结构之间的功能连接也会增加。这个想法非常重要，因为它表明在听觉系统中处理的声音模式在奖励系统中被赋予价值。更具体地说，在听觉皮层网络中计算的感觉预测错误被认为是传播到奖励系统，在那里根据奖励预测机制分配价值。因此，根据这个模型，音乐快感将产生于这两个系统之间的相互交流。
如果这个想法是正确的，它导致了这样的预测：对音乐很少或没有享乐反应的人应该表现出这两个系统之间的互动减少。这正是在一系列探索特定音乐快感缺失的实验中观察到的情况，音乐快感缺失被定义为个人对音乐的愉悦感非常少，但没有知觉缺陷，也没有任何普遍的抑郁或快感缺失。当用功能成像测试时，与普通听众和“过度享乐”音乐爱好者相比，音乐快感缺失者显示出听觉和纹状体区域之间的功能连接减少，而“过度享乐”音乐爱好者表现出最大程度的功能相互作用。此外，音乐快感缺失者的结构成像显示，听觉-眶额叶白质束的解剖学连接性降低。
这些发现有力地支持了音乐愉悦感的听觉-奖励互动模型。但更直接的因果证据但仍然缺乏。如果音乐快感产生于这些相互作用，那么对这种听觉-奖励回路的调节应该导致对快感体验的改变。要做到这一点，需要一种能够刺激深层结构的方法。TMS通常用于调节皮质结构，但也可以通过瞄准与之相连的背外侧额叶区来影响纹状体。重要的是，根据刺激的参数，它既可以上调纹状体中的多巴胺活动，也可以下调它。
最近的一项研究将这些脑刺激方法与已经在上述神经影像学研究中得到验证的音乐诱发愉悦感指标（行为学和心理生理学）相结合。结果清楚地表明，在接受针对背外侧额叶皮层的兴奋性TMS（与假的相比）后，听众报告了更高的音乐诱发愉悦的主观评分，以及更高的客观心理生理反应；相反，在抑制性TMS后，这两类因变量都减少了。我们感受到的快乐程度可以通过暂时改变某些大脑结构的兴奋性而向任何一个方向调节，这一发现非常符合该模型的预测。但是，逻辑链的最后一步将要求在听觉-奖励连接性的调节和音乐诱发的快感的调节之间显示出直接的联系。
为了实现这一目标，Mas-Herrero等人用新的被试样本和不同的音乐片段重复了TMS实验，但这次在TMS后立即记录了fMRI，以记录与刺激有关的神经变化。这项研究的行为发现反映了前一项研究的结果，表明刺激效果是稳健和可复制的。从fMRI数据中最重要的发现是，右听觉皮层和右腹侧纹状体之间的功能连接与刺激改变快乐等级的程度有直接关系。因此，刺激后快感的增强或减弱与听觉-奖励回路的上调或下调有关。因此，这一结果提供了明确的因果证据，支持这些相互作用是音乐愉悦体验的基础这一假设。
尽管还有很多东西有待发现，但这些实验结果共同提供了对音乐诱发愉悦的神经基础的机制理解。这种基础科学知识对于推进音乐在各种疾病中的潜在应用至关重要。事实上，我们知道情感状态可以通过音乐来操纵（例如，包括情绪诱导或情绪调节）。奖励系统很可能在这些功能中发挥了关键作用，这与音乐是心灵的改造技术的观点是一致的，即音乐既作为心灵的创造性产品出现，又能通过影响心灵的功能来塑造心灵。因此，这种潜在的机制可以解释为什么在许多不同的临床群体中，包括精神疾病、抑郁症、中风、心脏病和痴呆症，音乐可以用来改善情绪，减少焦虑，并提高幸福感。
音乐与认知和感觉环路
音乐与认知或感觉功能之间的关系主要是在人类被试中进行研究的。纵向研究表明，多年的音乐教育或训练与执行功能的增强有关，包括学龄儿童的抑制、计划和言语智力。同样，在老年人中，音乐练习也被证明有利于认知功能；而各种形式的MBI似乎有利于认知功能，包括短期和工作记忆、数字跨度、方向性、流畅性、抽象性和精神运动速度，以及减少痴呆症患者的疼痛。还可以找到大量文献支持音乐作为辅助性疼痛治疗。相比之下，相对较少的研究关注MBI在人类或动物模型中产生认知和感觉效果的大脑机制。
音乐塑造认知回路的一个概念在于其产生预测的能力：当我们在一生中接触到音乐声音时，大脑会不断自动学习对接下来可能出现的声音进行预测，对这些预测的隐性学习和预测错误的最小化塑造了认知回路，从而产生了个人的知识体系，包括文化中的音乐。作为这些认知回路工作的一个具体例子，西方文化中的大多数听众都表现出对音阶的隐性认识：在常见的西方音乐中，音乐音阶是围绕着八度音的，也就是声音频率的两倍。这种知识是基于通过一个人的文化对环境的接触，而通过统计学习作为一种认知机制从环境中学习的能力是产生音乐知识的认知回路的关键。为了测试西方文化之外的统计学习的认知机制，Loui及其同事使用数字音乐技术来创造Bohlen-Pierce音阶的音乐，这是一种基于声学频率三倍的替代调音系统。系统地操纵对以这种新音阶创作的音乐的预测影响了对新音乐的喜欢：更频繁地出现的模式更受欢迎，这表明熟悉度和偏好之间存在剂量反应式的关系。预测的统计学习在美国和中国的人群中具有可比性，这表明在不同文化中存在着相对相似的剂量-反应关系。此外，功能神经影像学显示，预测的统计学习与听觉和奖励系统的活动和连接有关。这些结果共同支持了这样一个观点：预测和奖励可能是一种认知机制，解释了音乐声音如何成为奖励。未来的工作需要将预测和奖励学习与音乐经验向更多领域的一般认知功能的转移效应联系起来，这可能反过来成为多种临床人群的MBI的成功的基础。
讨论
总的来说，这篇综述旨在强调一些关于音乐和各种脑回路的研究方法和例子，而不是试图全面地介绍涵盖音乐和神经科学的全部文献。当我们在大脑和健康的背景下研究音乐，从而将音乐作为一种干预措施来研究时，重要的是明确定义和描述MBI的基本内容，要么至少包括所选择的旋律、和声和节奏，要么在研究开始时阐明自选音乐的内容。MBI是以被动聆听音乐内容的接受模式提供给研究对象，还是以研究对象参与制作音乐内容的主动模式提供给研究对象，或者两者都是，也应明确说明，此外，MBI是否涉及小组环境，要么是小组聆听或形成活动，要么是治疗师、教师或表演者与病人、学生或观众的互动。对音乐内容和传递模式的明确说明，可以使控制干预的设计更加完善，这在严格设计的基础和临床研究中经常需要。像所有其他类型的干预研究一样，确定剂量，包括音乐内容的强度以及传递的频率和持续时间，应该是MBI研究的一个基本要求。
在MBI的比较研究方面，本综述强调了声乐学习物种（如鸣禽）的动物模型在阐明节奏感知中听觉与运动的相互作用方面的力量，这可能最终帮助我们理解周期性听觉节奏如何以及为什么能帮助中风和PD等疾病的运动功能正常化。动物模型对于理解听觉区域和其他神经回路之间的相互作用也很关键，包括奖励系统和用于检测和编码导致疼痛的有害刺激的途径。例如，鸣禽的工作已经开始阐明听觉与奖励的相互作用。在雄性鸟类中，多巴胺能神经元对鸟类自身的声乐表现质量很敏感，当歌曲表现好于或差于预期时，表现出不同的放电速率（”奖赏预测误差”）。同样，最近在小鼠身上的工作已经开始揭示了音乐削弱人类疼痛强度的能力所依据的神经机制。Zhou等人使用小鼠周身疼痛模型，发现在略高于背景噪音的水平上呈现的声音（和潜在的音乐）可以通过调节从听觉区域到丘脑后部和腹后部核的皮质-丘脑输入来减弱疼痛的行为表现。这种效果在声音暴露后可持续数天，因此不能用声音对注意力的短期影响来解释。总之，这些研究强调了动物模型对于研究主动和接受性MBI的机制基础的效用。未来的努力是利用分子遗传学的力量，结合复杂的行为检测，来探测运动、情感、认知和感觉系统，如听觉、疼痛、互感和视觉，可能会促进发现MBIs的新机制。
在人脑回路研究中，EEG、MEG和fMRI帮助阐明了参与MBI的神经网络。大部分的脑成像证据都支持听觉、运动和奖励/情感神经回路的参与，其中一些是通过使用TMS等技术进行的脑刺激研究和通过尖端运动捕捉技术收集的高分辨率行为数据提供的进一步强化证据。然而，有关MBI特有的认知和其他感官脑回路参与的证据却非常少。未来的研究可能需要结合强大的脑成像和刺激技术以及新的行为评估，以确定在人类的MBI过程中是否也有认知和其他感觉回路的参与。
总之，MBI的复杂性及其对多个大脑回路的潜在影响可能需要复杂的计算方法来进一步理解其机制。预测分析已经被应用于研究音乐与运动、奖励和认知回路之间的关系，这是一个经过验证的例子，说明了计算方法可以增强机制上的洞察力。发展尖端的计算工具，包括机器学习方法，可能有助于在未来为MBI的循证研究提供信息。