作曲家音乐创作的脑机制研究

The musicians' brain is a natural model of learning the plasticity of the brain, and also one of the crucial targets that the neuroimaging science aims for. Currently, the studies on the brain mechanism of musicians(whether the improvisation or the performance) are mainly focused on pianists. Considering a great difference exists between the improvisation and the performance, it is better to study the brain mechanism of the improvisation by composers than that by pianists. In fact, composers are special musicians, who experienced a long term musical training and acquired the ability of organizing the musical materials with emotions and creative minds. In this project, we intend to use the high spatial resolution method magnetic resonance imaging(MRI) and the high temporal resolution method electroencephalogram(EEG) to study the composers on different states(the resting state vs. the improvisational state), different improvisational tasks(the familiar task vs. the new task) and the composers with different training time(the longer training time vs. the shorter training time). We will analyze these data from the aspects of structural networks, functional networks as well as the correlations with the behavioral data in order to find the specific structural and functional networks related to the improvisation. Until then, the relationship between the improvisational processes and these networks will be discussed. This project will make progress in uncovering the brain mechanism of musicians, understanding the improvisational activities and guiding the music education.

音乐家大脑是认识大脑可塑性机制的天然模型，也是脑影像科学关注的重点研究对象之一。但是目前针对音乐脑机制的研究（包括演奏和创作）主要以钢琴演奏家为主，而演奏与创作是两个不同的阶段，以钢琴演奏家为对象去研究音乐创作的脑机制显然不及以作曲家为对象来开展研究。事实上作曲家是一类特殊的音乐家，他们经历了长期的音乐创作训练，能够在创造性思维的引领下结合情感等要素来进行音乐素材的组织。本项目将基于高空间分辨率的磁共振和高时间分辨率的脑电技术，综合作曲家不同状态（静息态与音乐创作任务态）的比较、不同音乐创作任务（熟悉曲目与全新曲目）的比较、不同专业训练时间（较长与较短）被试间的比较，从结构脑网络、功能脑网络以及与行为指标关联等开展研究，旨在寻找作曲家进行音乐创作时独特的结构脑网络与功能脑网络，探讨他们与音乐创作过程的关系。该工作对进一步揭示音乐家脑机制，深入认识音乐创作活动以及指导音乐教育等均有重要意义。

本项目招募了四川音乐学院的29名作曲家，利用磁共振对在进行不同音乐创作任务时的脑功能影像开展研究；同时还采集了31名非音乐家的脑影像作为对照，对长期音乐训练对大脑结构的可塑性进行探索；此外，为更好地理解音乐创作的脑机制，本项目还从课题组研发的脑波音乐工作角度出发开展了相关研究。.在脑功能方面，本项目验证了在人类复杂认知任务中发挥着重要调控作用的脑多需求系统在音乐创作活动中的参与，且音乐创作水平的高低影响着多需求系统的在音乐创作中的功能表达。这些结果显示了音乐创作对脑功能网络的可塑性。.在脑结构方面，本项目发现，作曲家的脑多需求系统与脑的其他区域有着比非音乐家更强的皮层厚度相关；作曲家脑白质网络的MD (mean diffusivity)和RD (radial diffusivity)值高于非音乐家，FA (fractional anisotropy)值低于非音乐家。这些结果显示了长期音乐创作训练对脑结构网络的可塑性。.从脑波音乐工作出发，本项目实现了利用低时间分辨率的fMRI信号生成较高时间分辨率的脑波音乐；在应用方面，发现了SWS (slow wave sleep)脑波音乐具有促眠效果并探索了促眠脑机制。.本项目对进一步揭示音乐家脑机制，深入认识音乐创作活动以及指导音乐教育等均有重要意义。此外，还发现了由脑电创作的脑波音乐具有潜在的临床价值。