作者：岳仁（Yue Ren）、克里斯汀·韋內(nèi)克（Kristin Weineck）、莫莉·J·亨利（Molly J. Henry）、比約恩·赫爾曼（Bj?rn Herrmann） 所屬機構(gòu)：加拿大多倫多Baycrest研究與教育學(xué)院的Rotman研究所（Rotman Research Institute, Baycrest Academy for Research and Education, Toronto, Canada）

摘要

大量先前的研究關(guān)注了衰老如何影響語言的神經(jīng)處理過程，而對于老年人如何編碼自然音樂的信息則了解較少。在本研究中，我們探討了不同年齡段的人在處理自然音樂時對各種音樂特征的神經(jīng)追蹤能力是否存在差異。研究過程中，19-34歲的年輕人和58-82歲的老年人分別聆聽了不同節(jié)奏（1-4 Hz）的自然音樂片段，并同時記錄了他們的腦電活動（EEG）。結(jié)果顯示，老年人對聲音起始信號的神經(jīng)反應(yīng)更為敏感，這可能源于聽覺皮層抑制能力的減弱，而這種抑制能力的下降通常與聽覺系統(tǒng)的老化有關(guān)。這種過度敏感的現(xiàn)象不僅體現(xiàn)在對聲音起始信號的追蹤上，還體現(xiàn)在對音樂中多種音樂特征（如振幅包絡(luò)、節(jié)拍和頻譜變化）的追蹤上。值得注意的是，老年人在對節(jié)奏的神經(jīng)反應(yīng)上敏感度較低：與年輕人不同，他們的神經(jīng)追蹤能力并未隨著節(jié)奏加快而系統(tǒng)性地下降。盡管頻譜變化最能反映腦電活動的節(jié)奏變化，但老年人的這種變化幅度相較于年輕人更為明顯。總之，本研究表明，隨著年齡的增長，大腦在處理自然音樂時對不同音樂特征的追蹤能力增強，但對音樂節(jié)奏的感知敏感度卻有所下降。這可能意味著老年人與年輕人在音樂感知上的差異與聽覺皮層神經(jīng)元的過度活躍有關(guān)。

引言

衰老會導(dǎo)致聽覺功能的一系列變化，包括由于聽覺系統(tǒng)老化而導(dǎo)致的聽覺敏感度下降（Gratton和Vázquez，2003；Jayakody等人，2018），以及大腦下游區(qū)域（尤其是聽覺皮層）的可塑性異常（Ibrahim和Llano，2019；Herrmann和Butler，2021）。聽覺功能的年齡相關(guān)變化會影響復(fù)雜聲音刺激的處理，已有大量研究聚焦于語言感知和神經(jīng)編碼方面的變化（Gordon-Salant和Fitzgibbons，1999；W?stmann等人，2015）。然而，聽覺功能的年齡變化也可能影響音樂處理。例如，老年人對音樂的偏好與年輕時不同（Cohrdes等人，2017），他們在音高辨別和和弦分類方面的能力有所下降（Clinard等人，2010；Bones和Plack，2015），并且在處理失諧音調(diào)時面臨更多困難（Alain等人，2012）。在音樂感知中，追蹤音樂的動態(tài)時間和頻譜變化至關(guān)重要（Stewart等人，2006；Koelsch，2011；Janata，2015），但目前尚不清楚衰老如何影響大腦對自然音樂特征的處理能力。 盡管在理解大腦對音樂的反應(yīng)方面取得了顯著進展（Doelling和Poeppel，2015；Norman-Haignere等人，2015，2022；Zuk等人，2021），但在大腦如何處理復(fù)雜的自然音樂刺激方面仍存在空白。許多研究集中在簡化音樂（如單音或MIDI音序）的神經(jīng)處理上，通常通過事件相關(guān)電位（ERP）來分析基本處理機制（Koelsch等人，2000；Shahin等人，2003），或通過不匹配負(fù)波（N??t?nen等人，1987；Tervaniemi等人，2001）來檢測異常變化。盡管這些方法能夠分離特定的聲學(xué)特征并建立刺激屬性與神經(jīng)反應(yīng)之間的關(guān)系（Avissar等人，2013），但它們無法捕捉大腦對自然音樂的處理方式。自然音樂包含多種同時出現(xiàn)的聲學(xué)特征（節(jié)奏、旋律、振幅），這些特征會隨時間持續(xù)變化，而之前的研究使用的簡單音調(diào)或MIDI音序缺乏這些動態(tài)特性。 一種新興的研究方法是神經(jīng)追蹤，該方法通過腦電圖（EEG）或腦磁圖（MEG）來捕捉大腦活動與動態(tài)聲學(xué)特征（如持續(xù)聲音的振幅包絡(luò)）之間的同步性（Lalor和Foxy，2009；Lalor等人，2009）。與需要離散、可重復(fù)事件的ERP分析不同，神經(jīng)追蹤方法可以研究大腦如何追蹤自然音樂中多種聲學(xué)特征的連續(xù)動態(tài)變化。針對年輕人的研究表明，他們能夠追蹤自然音樂中的振幅包絡(luò)，這種追蹤受到時間預(yù)期和音高可預(yù)測性的影響（Di Liberto等人，2020；Zuk等人，2021；Keitel等人，2025），這一發(fā)現(xiàn)建立在之前關(guān)于語言振幅追蹤的研究基礎(chǔ)上（Luo和Poeppel，2007；Ding和Simon，2012）。振幅包絡(luò)能夠捕捉音樂的時間動態(tài)和節(jié)奏特征，這些對于理解音樂的時空結(jié)構(gòu)和節(jié)拍至關(guān)重要（Deutsch，2013）。然而，頻譜特征（如音色和旋律結(jié)構(gòu)）在音樂中也同樣重要。針對18-36歲年輕人的研究表明，他們在較慢的節(jié)奏（1-2 Hz）下對音樂頻譜內(nèi)容的追蹤更為準(zhǔn)確（Bauer等人，2015；Weineck等人，2022）。這種節(jié)奏效應(yīng)可能與聽覺事件的密度有關(guān)，因為較稀疏的時間結(jié)構(gòu)有助于更有效的神經(jīng)編碼（Avissar等人，2013）。目前的研究僅針對年輕人進行，尚不清楚衰老如何影響老年人聆聽自然音樂時對這些特征的神經(jīng)追蹤能力。 衰老和聽力損失可能導(dǎo)致大腦可塑性的變化，進而影響音樂的神經(jīng)編碼。具體來說，任何減少聲學(xué)輸入的聽覺損傷都可能導(dǎo)致聽覺皮層抑制能力的減弱和興奮性的增加（Parry等人，2018；Salvi等人，2016；Herrmann和Butler，2021），這可能表現(xiàn)為對聲音的過度敏感，例如老年人對簡單音調(diào)或噪聲的神經(jīng)反應(yīng)比年輕人更強烈（Alain等人，2012；Presacco等人，2016a）。這種現(xiàn)象在多個物種和不同類型的刺激中都有觀察到，無論是在主動聆聽還是被動聆聽條件下（S?r?s等人，2009；Herrmann等人，2016，2017，2018；Parthasarathy等人，2019）。此外，老年人在處理簡單連續(xù)刺激（如音調(diào)序列、調(diào)制噪聲）時對振幅和頻譜特征的追蹤能力增強（Purcell等人，2004；Goossens等人，2016，2019；Herrmann等人，2019；參見Henry等人，2017），這表明抑制能力的減弱也可能影響他們對自然音樂特征的追蹤。 一些研究關(guān)注了老年人對自然聽覺刺激的神經(jīng)追蹤能力與年齡的相關(guān)差異，特別是對語言的追蹤。老年人對語言振幅包絡(luò)的追蹤能力更強，尤其是在較慢的節(jié)奏下（4-8 Hz和短語級<2 Hz），尤其是對于較慢的時間調(diào)制（Presacco等人，2016b；Brodbeck等人，2018；Decruy等人，2019，2020；Brodderick等人，2021；Panela等人，2024）。這種增強的神經(jīng)追蹤現(xiàn)象也與對簡單聲音的過度敏感有關(guān)，可能同樣源于老年人聽覺皮層抑制能力的減弱和興奮性的增加（Caspary等人，2008；Auerbach等人，2014；Herrmann和Butler，2021）。然而，這種過度活躍是否也適用于自然音樂的聆聽以及是否會影響對多種聲學(xué)特征的追蹤尚不清楚。此外，盡管過度活躍增強了神經(jīng)反應(yīng)的幅度，但這并不一定轉(zhuǎn)化為神經(jīng)處理或感知上的優(yōu)勢。過度活躍可能有助于在安靜環(huán)境中更好地檢測聲音（即提高聲音的敏感度），但似乎會損害聲音和語言之間的區(qū)分能力（Chambers等人，2016；Clayton等人，2025；Herrmann和Butler，2021；Resnik和Polley，2021）。因此，過度活躍也可能影響對音樂節(jié)奏等特征的感知。 在當(dāng)前的腦電研究中，我們通過比較年輕人和老年人對自然音樂的神經(jīng)追蹤能力來填補這些空白。我們重新分析了Weineck等人（2022）研究中32名年輕人的EEG數(shù)據(jù)，并收集了34名老年人的新EEG數(shù)據(jù)。具體研究內(nèi)容包括：（1）老年人在追蹤音樂中的各種音學(xué)特征（振幅包絡(luò)、聲音起始、節(jié)拍、頻譜變化）時是否表現(xiàn)出過度活躍；（2）這種過度活躍是否在所有特征中普遍存在，還是具有特定特征的模式；（3）老年人對音樂節(jié)奏（1-4 Hz）的感知敏感度是否與年輕人有所不同。基于有關(guān)聽覺衰老的文獻，我們提出以下假設(shè)：（1）老年人會對所有音學(xué)特征表現(xiàn)出更強的神經(jīng)追蹤能力，這與聽覺皮層的過度活躍一致；（2）這種增強在較慢的時間調(diào)制（<2 Hz）下最為明顯，這與語言研究的結(jié)果相似；（3）盡管整體反應(yīng)增強，但老年人在不同節(jié)奏下的追蹤能力可能會減弱，反映出時間精度的下降。我們的多特征、多節(jié)奏研究方法有助于驗證年齡相關(guān)的過度活躍是普遍存在的，還是與特定的時間處理缺陷共存。

參與者

共有32名年輕人（22名女性，10名男性；年齡范圍：19-34歲；平均年齡：24.4歲；數(shù)據(jù)來自我們的先前研究（Weineck等人，2022）和34名老年人（16名女性，18名男性；年齡范圍：58-82歲；平均年齡：66.2歲；自報聽力正常）參與了本研究。參與者來自普通人群，沒有根據(jù)音樂技能或訓(xùn)練經(jīng)歷進行篩選。我們重新分析了Weineck等人（2022）中的年輕人數(shù)據(jù)，并結(jié)合新的數(shù)據(jù)進行了分析。

老年人和年輕人的聽覺起始反應(yīng)

圖2顯示了兩個年齡段對音樂片段起始信號的神經(jīng)反應(yīng)。在134-260毫秒的時間范圍內(nèi)，兩組之間的反應(yīng)存在顯著差異（通過FDR閾值進行篩選）。這種差異是由于老年人的N1成分增強和延遲，以及P2成分減弱和延遲所致。

老年人對音樂特征的神經(jīng)追蹤能力增強

我們研究了自然音樂中四種不同特征的神經(jīng)追蹤能力（振幅包絡(luò)等）。

討論

本研究探討了不同節(jié)奏下自然音樂神經(jīng)追蹤能力的年齡差異，重點關(guān)注那些能夠體現(xiàn)音樂時間和頻譜特征的方面（振幅包絡(luò)、聲音起始、節(jié)拍和頻譜變化）。研究發(fā)現(xiàn)，頻譜變化在兩個年齡段都能最好地預(yù)測腦電反應(yīng)，尤其是在較慢的音樂（1-2 Hz）中。值得注意的是，老年人在早期對所有特征的追蹤能力都得到了增強。

結(jié)論

本研究揭示了老年人在追蹤自然音樂特征方面的年齡差異。他們在多個特征上表現(xiàn)出過度活躍，包括聲音起始、振幅包絡(luò)和頻譜變化，這表明老年人聽覺皮層的抑制能力普遍減弱。這種過度活躍與對音樂節(jié)奏的感知敏感度下降同時存在，尤其是對早期感官處理的影響更為明顯（<200毫秒）。

作者貢獻聲明

**岳仁（Yue Ren）**：撰寫、審稿與編輯、原始草稿撰寫、數(shù)據(jù)可視化、驗證、軟件使用、資源管理、方法論設(shè)計、研究實施、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)整理。 **克里斯汀·韋內(nèi)克（Kristin Weineck）**：數(shù)據(jù)整理、概念構(gòu)思。 **莫莉·J·亨利（Molly J. Henry）**：撰寫、審稿與編輯、項目監(jiān)督、資金籌集、數(shù)據(jù)分析、概念構(gòu)思。 **比約恩·赫爾曼（Bj?rn Herrmann）**：撰寫、審稿與編輯、項目監(jiān)督、方法論設(shè)計、研究實施、資金籌集、數(shù)據(jù)分析。

利益沖突聲明

作者們沒有利益沖突。

致謝 本研究得到了加拿大研究主席計劃（Canada Research Chairs，項目編號：CRC-2023-00383）和加拿大自然科學(xué)與工程研究委員會（NSERC）的Discovery Grant（項目編號：RGPIN-2021-02602）的支持，該資助由BH獲得。此外，本研究還得到了歐洲研究委員會（European Research Council）的Starting Grant（項目編號：BRAINSYNC）和Max Planck研究組的支持（項目編號：MJH）。我們感謝Max Planck實證美學(xué)實驗室團隊在技術(shù)支持和參與者招募方面提供的幫助。