原创《从脑科学看音乐训练和学习》
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我国著名的教育家孔子很早就重视对“乐”的教育,他传授弟子的六艺“ 礼、乐、射、御、书、数”,其中的乐便泛指音乐和舞蹈.
抗战时期流行的《松花江上》沉郁悲愤,极具感染力.当年,西安爱国青年赴临潼,他们和老百姓一起向前来劝导的张学良唱起了《松花江上》.张学良听了流离失所的父老乡亲唱的这首歌,大为感动,激起了促蒋抗日的决心,才有了后来的“ 西安事变”.可见,音乐的影响之巨大.音乐为什么有如此巨大的力量呢？因为音乐和人类生理信号服从了同样的规律——非线性动力学的标度性质.这个规律反映的是自然界的“和谐”.我们在自然界看到的美丽图像,听到的美丽声音,都服从类似的规律.所以我们有理由相信,“ 和谐”也是人类学习的进步之源.
艺术教育对儿童思维发展的影响
莫扎特效应.Rauscher在1993年发表了《音乐对儿童的影响》,文中提出了著名的“莫扎特效应”,引起了巨大的反响.最近我们做了这方面的研究,将莫扎特K448分别做成了正波和反波的音乐刺激.我们先让老鼠分别听两种音乐,放入水迷宫,以检验它的记忆能力.最后发现,听了正波音乐的老鼠完成任务的时间缩短了,而听了反波音乐的老鼠完成任务的时间不仅没有缩短,反而延长了.这个实验证明,听正波音乐会变聪明,听反波音乐会变笨.那么人类是不是有类似的结果呢？我们让人也听这两种音乐,结果发现,听正波音乐记忆力会增强,听反波音乐记忆力会降低.
我们找了其他一些经典的音乐做试验,结果发现,巴赫的音乐效果是一样的,但是比莫扎特的音乐效果要弱一些.那么这些行为实验的结果,有没有神经科学的依据呢？我们观察了老鼠海马区神经营养因子及其受体的表达,结果与行为数据是一致的.海马神经营养因子及其受体表达在听正波音乐后会增加,听反波音乐后会减少.我们在听觉皮层上也发现了类似的证据.这些结果都说明,音乐确实引起了行为及神经元层次的改变.一是音乐的效应具有进化上的保守性,从老鼠到人都有类似的效应,这说明地球环境对各个物种的塑造是类似的；二是用于教育的音乐是需要评估的,不能什么音乐都给孩子听,部分音乐可能会有负面作用,听错了音乐,就真的可能输在起跑线上了.
我们知道,音乐里面有很多要素,比如音高、音色、音长……这些要素中到底是哪个要素起了关键作用呢？为此,我们把莫扎特音乐分解开,看看它的音高和节奏的影响,结果发现,如果只听莫扎特节奏（所有音高都调整为一样,只是节奏不变）,那么它跟原始莫扎特音乐对空间记忆的影响是相同的.这说明在莫扎特效应中起关键作用的是音乐的节奏.我们在听外国音乐的时候,其实更多的是感受音乐的节奏.
音乐训练与语言能力的关系.国外的一项研究认为,音乐训练几乎对所有课程学习都有好处.对此,我们前些年也做了一项研究,对一所学校从二年级至五年级学生的所有学业成绩及其接受音乐训练的情况进行跟踪,然后做了比较精细的分析,发现音乐训练对小孩的影响并没有那么大,只是在第二语言如英语上的表现好一些,其他像数学、语文都没有什么大的差异.最近北京师范大学南云教授的实验也发现,在对4?5岁的儿童进行6个月的钢琴训练后,他们对语音的分辨能力有所提高,这些结果为音乐训练提升语言能力提供了直接的科学证据.
舞蹈与学习的关系.音乐跟舞蹈密切相关,那么舞蹈对我们的学业有没有什么帮助呢？国外做过一项研究,该项研究发现舞蹈和运动都会增加大脑里海马的体积,而海马正是管记忆的,增加海马体积可以提高小孩的记忆力、空间巡航能力和平衡力.舞蹈家在完成创造性任务时,他的右顶叶脑电活动会更强,这可能反映了舞蹈家具有更强的即兴创造能力.我们注意到情商在儿童的学习中扮演着重要的角色,而情商跟脑岛有很大关系,舞蹈训练可导致双侧的后脑岛功能连接增强,这说明跳舞不仅有助于提高记忆力,对情商的培养也大有好处.
用音乐和舞蹈来提升学生的迁移学习素质
音乐、舞蹈和学习之间到底有什么联系呢？我们不妨看看人类学习的演化史.原始人类是没有老师上课的,他们的学习就是现在所谓的增强学习,在跟环境的交互过程中不断地习得.比如碰到很硬的石头会感到痛,就知道不能硬碰.当知识积累到一定程度后出现了监督学习,也就是像现在在学校由老师指导下的学习.显然,监督学习不是为创造性学习而设计的,也不是培养创造性思维的最佳方式.而创造性需要的是迁移学习,就是我们所说的举一反三.音乐、舞蹈等能力是否可以迁移到其他能力上呢？比如语言、情商、记忆等.这便涉及人工智能.比如AlphaGo第一代是同时用的增强学习和监督学习.监督学习是学以前的棋谱,学了三千万套棋谱,然后再自己跟自己练,就是基于环境交互的增强学习,大概也练了三千万套.没过多久,谷歌就推出新一版的AlphaGo Zero,它把监督学习全部丢了,只用了增强学习,这就说明通过增强学习可以获得的能力超过监督学习.依照人工智能领域的说法,迁移学习才是人工智能未来有希望的发展方向.事实上,目前比较好的人工智能应用范例中,确实也利用了迁移学习.可见机器学习的演化趋势也是从“ 监督”到“ 增强”,再到“ 迁移”.当前,中国的教育在监督学习方面做得非常好,需要补强的是增强学习和迁移学习.而未来真正成功的社会应该是监督学习、增强学习、迁移学习的和谐利用.监督学习收获的是高考成绩,素质教育收获的是看不见的“ 迁移”,他们在某种程度上分别代表了短期收益和长期收益.
中国的教育存在“钱学森之问”,可能与我们的学习是以监督学习为主有关系,学生没有时间思考,也没有养成思考的习惯,更没有增强学习和迁移学习的素质,后期怎么会成为杰出人才呢？而从脑科学的视角看,我们的学生需要更多的音乐和舞蹈来提升他们的迁移学习素质.
脑科学论文参考资料：
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