音乐是一种非常有感染力的东西，让人感同身受或兴奋不已。当你听音乐的时候，身体和大脑会发生一些变化——心跳加快，手掌出汗，大脑的颞横回（Heschl's gyrus）就像圣诞树一样亮起来。但是，为什么像音乐这样抽象的东西会引起人们的共鸣呢？这个问题困扰科学家几十年。

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南加州大学的研究小组对音乐如何影响听众的大脑、身体和情感展开研究。利用与动态、音色、和声、节奏和音域相关的听觉特征，借助人工智能，研究者预测听者在听音乐时，大脑在双侧颞横回和颞上回同步活动；生理反应表现为皮肤电反应和心脏活动；而情感体验则以连续的、主观的描述形式从听者群体中采集。

DOI: 10.1145/3343031.3350867

研究小组挑选了三首不含歌词、不太熟悉的情绪化音乐片段——悲伤短歌、悲伤长歌和开心的歌，以确保听众的情绪反应中没有任何记忆元素。神经成像实验中，在40名志愿者听一系列悲伤或快乐的音乐片段的同时，用核磁共振扫描他们的大脑，计算动态受试者间的相位同步(intersubject phase synchronization, ISPS)。

一名在听肖邦的《降E大调夜曲》志愿者大脑的fMRI扫描图

来源于：南加州大学大脑与创意学院

在身体反应测试中，研究者让60个志愿者（其中男性24人，女性36人，平均年龄19.5岁）用耳机听音乐，同时用BIOPAC MP150 系统测量他们的心脏活动和皮肤电导反应（skin conductance response，SCR）。

听开心的歌对应的SCR图

计算机科学家利用人工智能算法对数据进行分析，以确定人们对哪些听觉特征的反应是一致的。研究者认为TPA(Temporal Pattern Attention)是个不平稳的信号，更适合模拟情绪反应。采用十分制让志愿者边听歌，边给听到的歌曲作出情感评价。

悲伤短歌的情感评价

过去，神经科学家在很短的一段时间内分析了核磁共振脑部扫描，而现在，利用算法分析实验室收集的数据，科学家们能够观察人们在较长时间内听音乐时的感受。

心理学助理教授Habibi补充道，利用这项研究，我们可以设计用于治疗抑郁症和其他情绪障碍的音乐刺激，同时它也帮助我们更好地理解情绪是如何在大脑中被处理。

参考资料：

[1] Why music makes us feel, according to artificial intelligence

[2] Timothy Greer et al. A Multimodal View into Music's Effect on Human Neural, Physiological, and Emotional Experience, Proceedings of the 27th ACM International Conference on Multimedia - MM '19 (2019).