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人类EEG的中心间关系在听音乐时的变化研究

期刊:Human Physiology

类型a

D. S. Sakharov, V. I. Davydov 和 R. A. Pavlygina 是本研究的主要作者,他们来自俄罗斯科学院高级神经活动与神经生理学研究所(Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences)。该研究发表在2005年的《人类生理学》(Human Physiology)杂志第31卷第4期上。

本研究的学术背景主要集中在音乐对人脑电活动的影响领域。尽管已有大量文献探讨了听音乐时大脑电活动模式的变化,但这些数据往往相互矛盾。一些研究指出,听音乐会增加人类脑电图(EEG)中θ和α频率的功率;而另一些研究则发现初始的α节律会转变为Δ、θ和β频段的活动。此外,听音乐还会增加右额叶和左颞顶区域之间的生物电位相干性(Coh),以及远端半球区域(额叶和枕叶)之间的相干性显著增加。然而,关于音乐对人类功能状态影响的研究存在冲突,这可能是因为对音乐强度的关注不足。大多数研究仅将音乐作品分类为古典音乐或摇滚音乐,而忽略了音乐强度对其效果的决定性作用。因此,本研究旨在探讨不同风格和强度的音乐对人类EEG中跨中心关系的影响。

研究包括以下详细流程:首先,实验对象为8名健康受试者(7名女性和1名男性),年龄在22至47岁之间,无特殊音乐教育背景,均为右撇子且听力正常,并具有自发EEG中的α节律。受试者坐在隔音室内的特制带头枕的扶手椅中。EEG通过国际10-20系统从16个导联记录,使用Neirokartograf(MBN,莫斯科)程序进行处理。放大器的时间常数为0.3秒,低通滤波器设置为35 Hz,采样率为256 Hz。参考电极为连接耳垂电极,银/氯化银EEG记录电极通过柔软的橡胶头盔固定在受试者的头部表面。使用MATLAB 5.2 for Windows软件包消除眨眼伪迹后分析EEG片段。每个测试持续约30分钟,其中10分钟为安静清醒状态下的基线数据,随后播放固定强度的音乐并记录EEG。每次测试至少间隔一周。

研究结果表明,听古典音乐和摇滚音乐的不同强度会产生不同的EEG相干性变化模式。具体而言,听低强度古典音乐(C1)时,α1(8-10 Hz)和γ频段的同侧半球相干性出现最规律的变化。例如,在8-10 Hz频段,右额区(F8-FP2,F8-F4,F8-C4)的EEG相干性增加,而左半球的EEG相干性下降。在γ频段,观察到右颞枕区(T4-T6,T4-O2,O2-P4)的相干性增加。听中等强度古典音乐(C2)时,最强的相干性变化出现在α1、β1和γ频段。在α1频段,右颞叶、额叶、中央和顶叶区域之间的同侧半球相干性增加(T4-FP2,T4-F4,T4-C4,T4-P4),而左半球的相干性变化几乎不存在。在γ频段,观察到颞叶和枕叶区域电位的相干性显著增加,所有脑区的半球间相干性也增加。听高强度古典音乐(C3)时,右半球颞叶和中央枕叶区域之间的EEG相干性增加,这种变化发生在所有频段,右后颞皮层(T6)形成了一个整合焦点。听低强度摇滚音乐(R1)时,几乎所有频段的同侧和半球间相干性均下降,γ频段在枕叶区域的下降较为不明显。听中等强度摇滚音乐(R2)时,α1频段内几乎所有导联之间的同侧半球相干性增加,右颞区(T4)形成明显的整合焦点,γ频段也出现了类似的整合焦点。听高强度摇滚音乐(R3)时,γ频段的相干性变化最为强烈,右半球的所有投射区域及左右半球之间的电位相干性增加,而在θ和α1频段,同侧和半球间相干性普遍下降。

研究得出以下结论:(1)不同风格和强度的音乐产生特征性的新皮质电位同步化变化模式。(2)听三种强度的古典音乐和中高强度的摇滚音乐时,观察到相干性不对称性:右半球同侧半球相干性增加的概率较高,而左半球的EEG同步化下降占主导。(3)听古典音乐和摇滚音乐(除低强度摇滚音乐外)时,形成一个相干连接的焦点,这一点在γ频段最为明显。(4)听低强度摇滚音乐时,两半球同侧和半球间EEG相干性下降的概率较高,这在所有频段均有体现。(5)听摇滚音乐比听古典音乐更能显著改变半球间相干性。

本研究的科学价值在于揭示了音乐对大脑电活动的影响机制,特别是不同音乐风格和强度对EEG相干性模式的具体影响。应用价值体现在为音乐治疗和认知科学研究提供了新的视角和理论基础。研究的亮点包括首次系统探讨音乐强度对EEG相干性的影响,发现了右半球在音乐感知中的主导作用,以及γ频段在高阶认知功能中的重要性。此外,研究还提出了低强度摇滚音乐可能导致全脑EEG相干性普遍下降的现象,为进一步研究提供了方向。

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