看着她，你永远不会知道伊莎贝尔·X的大脑缺了一块。十年前，她左侧颞叶的一根肿胀血管破裂。当外科医生打开她的颅骨切除受损组织时，他注意到右侧还有另一根危险肿胀的血管，并谨慎地将其也切除了。手术挽救了她的生命，但代价是大部分大脑皮层。现在她坐在一台摄像机前：一位端庄迷人的三十多岁女性，穿着一件时尚的米色夹克，内搭黑色衬衫。她说话不含糊，也没有茫然地凝视。她完美妆容的脸上没有肌肉抽搐或颤动。事实上，伊莎贝尔最令人惊讶的是她多么地正常。至少在音乐开始之前。
哦，圣诞树，哦，圣诞树，你的枝叶多么美丽！
屏幕外钢琴弹奏出的这首没有歌词的老圣诞歌曲，立刻就能被认出来——或者说应该能。当调查员要求伊莎贝尔说出这首曲子时，她犹豫了。
一首儿歌？她回答道。
试试这首，调查员说。
一闪一闪亮晶晶，满天都是小星星… …
我想我不认识这首，伊莎贝尔有点羞怯地说。
调查员——蒙特利尔大学的心理学家伊莎贝尔·佩雷茨——要求她再说出一首。钢琴弹奏出北美最熟悉的歌曲：《祝你生日快乐，祝你生日快乐！》
伊莎贝尔听着，然后摇了摇头。
不，她回答说。我不知道。
在手术之前，伊莎贝尔对这首歌再熟悉不过了；作为一家当地餐馆的经理，她几乎每晚都不得不为庆祝的食客唱这首歌。虽然伊莎贝尔本人不是音乐家，但她确实有一些音乐背景，她的兄弟是一位著名的爵士乐队指挥。她的听力本身没有问题：在其他实验中，她很容易识别人们的声音，并且当只给她读几句歌词时，她也能毫不费力地辨认出曲调。像其他患有失乐症的患者一样，她能轻易识别环境声音——鸡叫声、公鸡打鸣声、婴儿哭声。但世界上没有任何旋律——即使是《祝你生日快乐》——能引起哪怕一丝的识别。
“这是我见过的最严重的失乐症病例，”佩雷茨说。
伊莎贝尔无法识别音乐可能很奇怪，但从更广泛的角度看，真正深刻的奇怪之处在于我们其他人可以识别音乐。
“每个孩子都会听《巴尼之歌》，然后不用提示就能唱出来，”麦吉尔大学蒙特利尔神经病学研究所的神经心理学家罗伯特·扎托尔说。“这与阅读等活动非常不同，阅读仅仅接触是没有用的，无论你在书本前坐多久。”
然而，这种天赋可能与婴儿学习说话的能力相去不远。语言和音乐都是依赖于音高、重音和节奏高度有序变化的交流形式。两者都富含泛音：声音主频率之上的泛音赋予其共鸣和纯度。在语言中，声音组合成模式——词语——它们所指涉的并非自身。这使我们能够交流远超其他物种能力的信息和意义的复杂性。但音符、和弦和旋律缺乏明确的意义。那么，音乐为何存在？我们对音乐的欣赏是生物普遍现象，还是文化创造？为何它具有如此强大的力量来激发我们的情感？音乐是否服务于某种适应目的，还是仅仅是一种精致而无意义的副现象——就像下棋的天赋，或者品尝陈年葡萄酒中李子或香草的泛音的能力？
“在西方社会，我们倾向于认为音乐是额外的东西，”多伦多大学发展心理学家桑德拉·特雷哈布说。“但你找不到一个没有音乐的文化。每个人都在听。”
他们所听的无非是组织起来的声音。公元前六世纪，希腊哲学家毕达哥拉斯观察到，悦耳的音乐是由按简单数学关系相互作用的琴弦长度发出的。后来发现，这种现象的物理基础在于构成音符的声波频率。例如，当一个音符的频率是另一个音符的两倍时，这两个音符听起来会像同一个音符，相隔一个八度。这种八度等价原则存在于世界上所有的音乐系统中；构成八度音程之间音阶的音符并不总是与西方音乐中熟悉的“do re mi”相对应，但它们都“回到”了“do”。
其他悦耳的音程也建立在频率以简单方式相关的音符上。任何稍会弹吉他的人都体验过这些完美协和音在当今西方音乐中的至高无上；整套民歌、布鲁斯、摇滚和其他流行音乐都可以通过简单地弹奏基于音阶第一、第四和第五音符的和弦（例如C、F和G）来很好地伴奏。事实上，当已知最古老的流行歌曲——大约3400年前写在一块苏美尔泥板上——于1974年被发掘并演奏时，听众惊喜地发现它听起来非常熟悉，因为它的音程与西方音乐七音阶中的音程非常相似。世界上主要非西方音乐系统中的许多音阶也建立在八度音、五度音以及（程度稍低的）四度音上。人们不禁会想，我们对这些简单频率比率的偏爱是基于我们的生物学，还是它们只是碰巧古老而普遍的学习文化偏好。
几年来，特雷哈布一直试图通过使用清晰、整洁的婴儿思维作为过滤器，将音乐系统的自然元素与后天培养的元素区分开来。在一个实验中，她和她的同事们向六个月大的婴儿播放了一系列重复的音程，偶尔提高或降低音程，以观察婴儿是否对这种偏离模式的现象做出反应。他们发现，当测试音程是完美五度或四度时，婴儿会注意到变化，但当音程由更复杂的频率比率组成时则不会——而这些复杂的频率比率正是成年人倾向于认为刺耳不和谐的。这并不意味着我们天生就拥有完美的音程传感器，但至少，它表明我们从出生起就内置了一种强大的生物倾向来学习它们。
这种倾向是否与我们与生俱来的语言能力有某种关联？音乐和语言共有的许多元素使得这种想法很有吸引力。但大脑的专业化却讲述了不同的故事。长期以来，人们已知语言主要是（尽管并非完全是）大脑左侧的功能。左半球额叶区域（称为布洛卡区）受损的患者通常会失去说话的能力，而半球后部（称为韦尼克区）受伤的患者往往会失去理解所说内容的能力。然而矛盾的是，遭受左半球损伤的人常常保留唱歌的能力。因此，神经科学家历来倾向于将音乐也视为一种侧向化的认知功能，通常归因于右半球。鉴于右半球在表达和解释情感方面的作用，这种观点似乎特别具有启发性。但真相可能更为复杂。
直到最近，观察正常人脑中音乐基础的唯一方法，就是看它们在受损大脑中如何破裂、混乱或暴露。例如，俄罗斯作曲家维萨里翁·谢巴林在1950年代遭受了两次左半球中风，导致他无法说话或理解词语的含义——尽管如此，他仍然继续教授和创作音乐，包括一部肖斯塔科维奇认为是他最杰出作品之一的交响乐。谢巴林的案例是伊莎贝尔·X失去音乐但不失去语言的镜像，它支持了音乐和语言在大脑两个半球的不同神经回路中发挥作用的观点。
然而，大脑病变很少如此清晰地区分一种认知功能和另一种。在音乐家大脑损伤的最著名案例中，莫里斯·拉威尔于1933年开始出现拼写错误，此后不久便失去了阅读甚至签名的能力。更糟糕的是，他无法再作曲，尽管正如他所哀叹的，一部新歌剧的音乐在他脑海中，而且他演奏音阶或听音乐表演都没有问题。他又活了四年，受困于他能听到却无法表达的音乐。拉威尔大脑的哪个部位，甚至哪个半球受损，目前尚不清楚。但他的案例表明，即使音乐和语言占据独立的认知系统，在某些其他层面，它们之间也必然存在共享的神经回路，或者在皮层中如此接近，以至于中风或创伤性损伤可能会波及两者。
在最近的一个案例中，一位作曲家兼音乐教授在大脑右侧中风后经历了不同的痛苦。尽管他保留了编排音乐的能力，但他无法再唤起滋养他音乐创造力的情感，他觉得自己的作品变得死气沉沉、枯燥无味。
伊莎贝尔·佩雷茨说：“音乐不是一个单一的心理功能。它由许多不同的功能和组成部分构成。为了理解它，我们必须设计出一次只能研究一个组成部分的任务。”
例如，为了确定大脑如何以及在何处识别熟悉的音乐作品，佩雷茨和她的同事们要求受试者首先聆听一段简单、不熟悉的旋律，然后聆听其略微改变的版本。测试后，大脑正常的人通常能够判断旋律是旋律上还是节奏上发生了改变。左脑病变患者的旋律变化得分正常，但右脑受损患者的得分远低于正常范围。而且两组脑损伤患者都较难辨别节奏变化。佩雷茨说，这些结果表明，尽管我们听到的旋律和节奏是一个整合的整体，但大脑可能正在分别处理这两个组成部分。
但旋律本身并不是音乐的一个单一元素。它又可以分为至少两个组成部分：音符之间的音程序列，以及它的轮廓——旋律的整体形状，包括音程的上升、下降或保持不变。大多数人即使音符之间的音程偶尔发生变化，也能识别出一段音乐，但前提是这种篡改不影响旋律的轮廓。根据桑德拉·特雷哈布的说法，婴儿更有可能注意到破坏旋律轮廓的音程变化——其他研究表明，当没有受过音乐训练的成年人听到一首不熟悉的旋律时，他们很可能只记住它的轮廓。
脑成像技术使得像麦吉尔大学的扎托尔这样的研究人员能够分离出负责音乐感知这些基本组成部分的回路。在一系列实验中，扎托尔使用PET扫描成像记录了受试者聆听一系列简单旋律时大脑不同区域的活动水平。当他要求他们仅仅聆听一段旋律时，PET扫描显示右侧颞叶一个名为颞上回的区域出现了一阵活动。这个结果并不出乎意料：该区域长期以来已知对猴子和人类的听觉刺激敏感。但当他要求他们注意旋律中特定的音高并进行比较时——这项任务会激活允许我们从一系列音符中提取音乐意义的工作记忆回路——扫描显示出涉及大脑多个区域的处理模式。
“问音乐是右脑还是左脑功能这个问题并不正确，”扎托尔说。“我毫不怀疑，当你听一段真正的音乐时，它会调动整个大脑。”
当然，有些罕见的大脑似乎天生就特别适合进行音乐活动。每个人都知道莫扎特的天赋早熟，他在一些孩子学会阅读之前就创作了第一部音乐作品。天赋异禀的孩子似乎对环境中的声音表现出异常的注意力；例如，年轻的阿瑟·鲁宾斯坦可以通过别人唱歌给他听的曲调来认出他们。虽然关于莫扎特或鲁宾斯坦的才能在多大程度上是遗传的仍有争议，但毫无疑问，如果想开花结果，就必须在生命的早期加以培养。例如，职业钢琴家和小提琴家几乎总是在七八岁时就开始认真演奏。
事实上，早期的音乐训练显然会改变大脑的解剖结构。德国杜塞尔多夫海因里希·海涅大学神经学家戈特弗里德·施劳格领导的一个团队使用磁共振成像发现，从幼年开始接受训练的音乐家，其胼胝体（连接两个大脑半球的中央神经纤维束）明显大于非音乐家。控制身体两侧运动功能的神经穿过胼胝体的前半部分。由于演奏乐器需要双手之间的高度协调，施劳格认为，生命早期的音乐训练实际上铺设了更多或绝缘更好的“线路”，这可能加速了两个半球之间的运动通信。
施劳格的团队还在拥有绝对音感的音乐家大脑中发现了解剖学差异。在普通人脑中，颞叶中一块名为颞平面（planum temporale）的皮层在左侧大脑中比右侧大。这种差异被归因于其可能参与语言处理。然而，在施劳格研究的音乐家中，这种大小差异更加明显。施劳格认为，这表明颞平面可能专门用于对声音进行分类的分析任务，这可能是我们感知音乐和语言的基础。
施劳格说：“我们认为我们感知语言的方式与拥有绝对音感的音乐家感知音调的方式并没有太大区别。可能不同的是他们将这种分析能力应用于音乐任务的程度。”
在某些层面上，语言和音乐各自占据不同的领域，但显然也存在共享的大脑回路。这两种独特的人类特征之间存在着怎样的进化关系？音乐是从语言中产生的，还是反之？查尔斯·达尔文认为，音乐是求偶叫声的演变，原始人类的男性和女性试图用音符和节奏互相吸引。扎托尔则认为，这可能是在把音乐的马车放在语言的马前面。
他说：“人类大脑中高度专业化的听觉处理的进化压力一定来自语言。任何发展出它的原始人群都将比其他人拥有巨大优势。但是，为了尽可能快地处理语言复杂、快速的需求，将其置于一个半球的控制之下是有道理的。如果你接受这种情况，最终你会得到一个大型大脑，左半球出现单侧发展。这将使听觉系统的其他区域不那么忙碌。所以我们有了它，就用它吧。音乐不一定有目的；它可能只是碰巧存在而已。”
达特茅斯大学的认知科学家贾姆谢德·巴鲁查（Jamshed Bharucha）正在构建我们听觉过程的人工智能计算机模型，他对此持不同意见。他说，当然，在古代人类中，语言比音乐更具适应价值，但这并不意味着音乐就没有作用。我们今天所知的音乐是一种文化创造，它利用了许多神经系统。但极有可能，早期存在着利用更少系统的音乐形式，这些形式确实具有某种适应价值。
例如，巴鲁查说，如果音乐能够增强群体凝聚力，那它将特别有价值。事实上，今天很难找到一个没有音乐的社会——无论是苏萨进行曲还是土著圣歌循环——音乐都能巩固群体的认同感和共同利益。巴鲁查还指出，即使在动物中，音高感知系统也常被用来传达情感和意图。同样，人类语言的韵律——音高、节奏以及被称为音色的声音特质——也同样能传达一个人的情绪状态和意图，而与所说词语的意义无关。由于音乐与控制情绪表达的系统相关联，巴鲁查认为它的根源也深植于前语言时代的嗓音运用中。
“音乐家会告诉你，演奏乐器的目标是让它唱歌，”他说。“我们用发声器官产生和识别声音的能力是根本的。我毫不怀疑，使用音高、节奏模式和音色的前语言交流形式不仅可以传达情感和警报，还可以传达个体身份和群体凝聚力。这些可能正是它们进化的原因。”
桑德拉·特雷哈布认为音乐可能源于群体成员之间更基本的纽带——母子纽带。婴儿无法理解词语的含义，但我们仍然会和他们说话，而我们本能使用的儿语充满了音乐性：更高的音高；大幅度、宽广的音高轮廓；简单、旋律优美的小起伏；歌唱般的节奏；以及拖长的元音，彰显着它们的泛音。如前所述，婴儿大脑天生就倾向于吸收和解码这些普遍的音乐结构。在婴儿面前说儿语的强烈冲动似乎也是普遍存在的，尤其是在情感交流中。（例如，当婴儿开始微笑时，或者当它哭着寻求安慰时。）特雷哈布还发现，唱给婴儿的实际音乐在不同文化中显示出许多相似之处：各地的摇篮曲都使用少量音符，音高变化不大；简单、重复的旋律模式；以及与摇晃和摇摆动作相关的节奏，用于安抚烦躁的孩子。一些研究甚至表明，特定文化音乐的典型节奏，其根源在于婴儿被抱和摇晃的方式。
特雷哈布说，音乐的存续及其结构的重要方面，可能源于音乐与婴儿的相关性。
大多数人一生中都对音乐保持情感上的反应。指挥家赫伯特·冯·卡拉扬在指挥贝多芬的《莱奥诺拉序曲》时曾佩戴脉搏计；他的脉搏率并非在他身体最费力的段落中达到顶峰，而是在那些情感上最能打动他的段落中。但你不必是音乐家，也能在《波希米亚人》第三幕中咪咪离开鲁道夫时，或者惠特尼·休斯顿唱着《我将永远爱你》讲述一段注定失败的感情时感到心潮澎湃。值得注意的是，即使那些不再能识别音乐的人，仍然能感受到它的情感内容；伊莎贝尔·X虽然无法分辨不同的音乐作品，但她仍然像正常受试者一样，在一个从悲伤到快乐的量表上对一首歌进行评分。这种吸引力是无法抗拒的。
“我有一张霍洛维茨演奏《特里斯坦与伊索尔德》音乐的录音，每次听都让我不寒而栗，”罗伯特·扎托尔说，“我甚至不喜欢瓦格纳。”
很少有调查员迈出初步的尝试性步伐，以理解音乐如何发挥其神秘的魅力。例如，英国基尔大学心理学家约翰·斯洛博达要求83位音乐听众样本说出那些曾引发身体感觉——例如颤抖、流泪或喉咙发紧——的乐曲，并尽可能精确地指出这些反应在乐曲中的发生位置。百分之九十的受访者报告说他们曾经历过脊背发凉，几乎同样多的人感到喉咙发紧或感动得流泪或发笑。更重要的是，激发这些反应的音乐手法惊人地一致。
“让你哭泣的乐曲似乎具有某些特征，而那些让你脊背发凉的乐曲则具有另一些特征，”斯洛博达说。颤抖似乎是由出人意料的音乐事件引起的，例如调性、和声或音色上的突然变化。另一方面，人们常常被阿尔比诺尼的《弦乐柔板》中旋律主题的重复所感动，当听者第一次听到时，其音高比原先高或低一个音级。这首经久不衰的小悲歌还包含许多倚音——一种令人心动的旋律主题解决延迟。作为一种音乐手法，倚音在引发眼泪方面被证明更加可靠。“你会在许多这类催泪曲中发现它们，”斯洛博达说。（披头士的《Yesterday》就以一个倚音开始。）
俄亥俄州鲍灵格林州立大学的生物心理学家雅克·潘克塞普提出了一种有趣的假说来解释音乐带来的寒意。他说，它们可能源于特定声学结构——例如，高音渐强，或独奏乐器从背景中浮现——激发大脑中对突然失去父母的婴儿发出的痛苦信号做出反应的原始哺乳动物区域的能力。这种悲伤嚎叫的效果是让婴儿的父母感到身体上的寒意，从而促使他们寻求重逢拥抱中隐含的温暖。“悲伤的音乐通过将分离呼唤的象征性再现与潜在重逢和救赎的情感背景并置，从而实现其美感和寒意效果，”潘克塞普说。
英国利兹大学心理学家米奇·沃特曼提出了一个更实际的观点。“我们喜欢受到刺激，而音乐在这方面非常擅长，”他说。像斯洛博达和潘克塞普一样，沃特曼希望找出哪些音乐结构能引起刻板的情感反应。但他还想了解音乐唤起的情感是否是真实情感。换句话说，他问道，例如，听拉赫玛尼诺夫第二钢琴协奏曲时感到的悲伤，是否与宠物狗去世时感到的悲伤有任何关系？
沃特曼说：“我实际发现的是，每个人对音乐的反应都是独一无二的。人们会感到嫉妒、内疚、羞耻或失望，仅仅因为我们与音乐互动时，并非只是坐在那里聆听。相反，人们将自己生活和个性的所有复杂性和独特性带入音乐中。”例如，在听杰西·诺曼演唱施特劳斯的《四首最后的歌》之一后，一位受试者——一位业余女高音——报告说，她最直接、最强烈的情感是嫉妒，尽管她也报告说感到了寒意。
在沃特曼看来，由纯粹音乐引发的情感——比如倚音挤出的眼泪——或许更适合被描述为伪情感：一种安全地刺激自己的方式，而无需承担真实情感带来的心理后果。事实上，他认为，通过字面上“玩弄”我们的情感，音乐履行了一个基本而极其原始的生物学角色：它将我们的大脑唤醒至高度戒备状态，在这种状态下，我们能够更好地应对整体环境。他说：“我们的大脑非常擅长内化结构的连贯性。每当这些连贯性被微调时，我们就会喜欢。这几乎就像我们把音乐当作一种资源来让我们感受。它有助于保持我们的大脑正常运转。”
一个相关的概念是莫扎特效应。1993年，由加州大学欧文分校心理学家弗朗西斯·劳舍尔与戈登·肖和凯瑟琳·凯共同进行的一项研究表明，听音乐可能以某种方式增强大脑随后执行抽象操作的能力。三十六名大学生接受了标准的智商空间推理测试，其中一次测试前有十分钟的安静，第二次测试前有十分钟的放松录音，第三次测试前有十分钟的莫扎特钢琴奏鸣曲。莫扎特之后，智商得分平均比其他两次测试高出至少八分。劳舍尔还怀疑，听任何复杂的音乐作品都可能产生类似的结果。
更具前景的是，如果大脑在足够早期接触音乐，音乐可能对抽象推理能力产生更长期的影响。在劳舍尔及其同事进行的一项初步研究中，一个小型内城日托中心的学龄前儿童群体每天接受30分钟的唱歌课程，而另一个群体则接受钢琴课程。九个月后，两组儿童在拼图能力方面都表现出显著提高，这是一项衡量其数学推理技能的标准测试。在后续一项规模更大的研究中，研究人员发现，接受声乐和钢琴课程的儿童比未接受音乐训练的儿童表现好35%。这些结果使研究人员推测，所有高级脑功能，包括音乐，都使用一种共同的内部神经语言，在整个大脑皮层中相互作用。
研究人员说：“我们认为音乐不仅可以作为探究高级脑功能的‘窗口’，还可以作为增强它们的方式。”
就在今年五月，由普罗维登斯音乐学校生物物理学家马丁·加德纳领导的一个团队宣布，在一年级学生样本中取得了类似成功。在这项研究中，一些对照组的儿童接受了学校系统标准的视觉艺术和音乐训练，而实验组则接受了更密集的音乐和艺术指导。研究开始时，实验组的测试成绩低于对照组。然而，七个月后，他们在阅读方面与对照组持平，在数学方面则大大超越了对照组。
许多研究人员仍将对这些结果持怀疑态度，直到人们对音乐如何在头脑中如此美妙地发挥作用有更多了解。然而，至少，它们为这项探索增添了额外的动力。就在几年前，探测音乐感知神经基础的唯一方法是关注其破坏性影响，就像伊莎贝尔·X这样的患者。即使有了新的工具——例如脑成像技术和人工智能——正如贾姆谢德·巴鲁查所说，我们才刚刚触及表面。但这种“触及”本身就是一种音乐。
