撰文
陳皮半夏（北京大学神经生物学博士生）
本文转自“脑人言”
封面图片作者原创
钢琴拥有乐器之王的美称。它以宽广的音域、优美的音色深受演奏家、作曲家和民众的喜爱，许多人更是自幼通过学习钢琴来培养艺术细胞。然而入门简单，成为行家却不易。
弹奏这种键盘类乐器对左右手协调、指法变换等技巧的要求非常高，这不仅需要视听觉、空间方位等多模态感觉信息的快速整合，更需要弹奏者实时地调整运动输出，才能实现旋律和伴奏的完美结合。
那么，在弹钢琴的时候，大脑究竟发生了哪些变化？左右手又如何做到如此协调呢？
PIANO你在弹琴，脑在奏交响乐
本文提及的运动皮层分区示意图（A.左侧外视图；B.俯视图）引自文献(1)
大脑皮层的结构极其复杂，各脑区在行为活动中扮演着不同的角色。当我们刚开始学习一项运动技能时，负责运动准备和规划的前运动皮层（premotorcortex,PMC）较为活跃，同时参与的还有前辅助运动区（pre-supplementarymotorarea,pre-SMA，辅助运动皮层中更靠前的区域）。
在随后漫长的练习过程中，随着对曲目和指法的逐渐熟悉，PMC的神经活动降低，辅助运动皮层（supplementarymotorarea,SMA）持续活跃，这对控制连续动作和执行复杂任务尤为重要。与此同时，初级运动皮层（primarymotorcortex）也更加活跃，这里的神经元可以直接投射至脊髓中的运动神经元。这种单突触连接对手指的精细运动非常关键。
初级运动皮层将运动意向和肢体的感觉反馈转变为运动指令，并在长期保留和回想这些动作技巧的时候发挥重要作用(1,2)。总体上看，在学习弹奏的过程中，运动相关皮层的活跃区域有向后移的趋势。
与运动控制有关的皮层下区域引自(2)
除了皮层外，几个重要的皮层下区域——丘脑（thalamus）、基底神经节（basalganglia）、小脑（cerebellum）与许多感觉、运动相关皮层相连，帮助我们获取和整合视觉信息（乐谱、手和琴键的位置）、听觉信息（音色、音阶、节奏等）、触觉信息（手指接触琴键），在钢琴技能的学习、纠错和提升中都非常关键(2)。
当然，想要弹得好绝不只是“动起来”和“眼观四路，耳听八方”。动听的音乐对节奏和旋律有着很高的要求，乃至强弱和快慢都是影响音乐表现力的重要因素。如果音乐失去了节奏和旋律，那就是机械地敲打，根本无法称之为艺术。
节奏时序的把握，需要基底神经节、SMA、背侧PMC和前额叶皮层的参与；而对动作进行更精细化地时序调整，则小脑显得十分重要。在单个音符的弹奏细节上，琴键的先后顺序、多关节运动的协调，需要PMC、基底神经节、小脑的参与，而pre-SMA和SMA神经元的活动则组合并拼接起一些更复杂的动作顺序。
此外，大脑顶叶和背侧PMC在帮助动作的空间组合中也扮演着重要角色(3)。可见，虽然在独奏着钢琴，演奏者的脑中却正在货真价实地上演着“交响乐”。
有趣的是，专业钢琴家在演奏时，SMA的神经元活性实际上并不高。与音乐新手相比，他们处于运动决策相关脑区的神经元活动相对更弱(4)，许多动作也更加自动化，如手指的间隔、按键力度、乐谱上小节的先后等等。演奏者往往不需要特地留意这些细节，这是因为他们形成了“程序性记忆”（比较像人们常说的“肌肉记忆”），也就是一种在无意识状态下提取记忆的方式。这可能意味着专业钢琴家在弹奏中可以更高效地提取动作信息，并能够更专注于发挥音乐的表现力。
演奏中的朗朗
（截自朗朗在疫情期间于柏林音乐厅的演奏视频）
关于程序性记忆，许多钢琴新手可能有过这样的经历：对于已经习得、甚至习惯的错误指法和姿势，再去纠正时往往需要花更多的时间和精力；而如果在练琴时太过依靠这种记忆，中途如果弹错往往会整段垮掉，完全接不上，只能从头再来。因此，初期必要的指导、恰当的练习、练琴中更专注的态度对学习这种技巧性动作都很关键。
PIANO
左右手高度协调，大脑半球协同工作
与弦乐器相比，键盘类乐器对双手协调的要求更高，尤其是在面对复节奏（左右手节奏不一致）、琶音等技巧时。那么这些职业键盘玩家们是如何做到左右手高度协调的呢？
我们先来说手指的灵活度。想让所有手指彼此独立地活动其实是很难的，单个手指的活动总是会不由自主地带动其他手指——这一现象就是手指活动的“同步化”。一方面，在单个运动单元中，同一运动神经元所控制的肌纤维可能嵌在不同手指的肌腱上，且不同手指的肌腱也可能存在部分交织；另一方面，相邻手指的运动单元所接收的上级输入也是有重叠的，这使得在激活单根手指运动单元的情况下，不可避免地也会激活相邻手指的一部分运动单元，而这一现象在无名指和小指间更明显(5)（你可以试着用食指和中指做颤音动作，再用无名指和小指尝试，就能体会到了）。
“同步化”现象在个体间的差异较大，经过适当的专业训练也可能有所减弱。与常人相比，钢琴家们能更好地控制手指独立活动，也更自然地把握按键力度和节奏，避免在不按键的手指上浪费力气(6)，动作也就显得更加轻巧灵活、不僵硬。而来自初级运动皮层和前运动皮层的下行纤维——皮质脊髓束，对精准、娴熟的自主手指运动也有至关重要的作用(7)。
僵硬的弹奏示例（截自《猫和老鼠》）
在皮层结构方面，大多数人左右半脑的初级运动皮层的结构明显不对称，以右利手者为例，左侧初级运动皮层相对主导（注：运动皮层控制对侧身体，自皮层下行的皮质脊髓束有90%投射至控制对侧肢体的脊髓神经元，解剖学解释见下图）。而专业钢琴家左右半脑的初级运动皮层更加对称(8)。
右侧初级运动皮层控制左手运动引自(2)
此外，要做到双手协调，左右半脑还必须保持高效沟通。胼胝体（corpuscallosum）是连接两侧大脑半球的重要结构，两侧的听觉皮层、视觉皮层、运动皮层等区域通过胼胝体传递信息。在音乐家与非音乐家的脑成像研究中，前者的胼胝体面积往往更大。而年轻时的练琴时间也与胼胝体大小有一定的正相关性，尤其是那些负责传输和处理听觉、运动信息的通路(1,9)。
“左脑为逻辑脑，右脑为艺术脑”的说法对吗？
左右脑确实存在“偏侧性”，比如布罗卡氏区（Brocasarea）等与语言处理有关的脑区分布在左脑，而右脑确实更擅长视觉表象和空间任务。然而，我们并不能简单地将左右脑归为“逻辑脑”和“艺术脑”。如前所述，二者在处理许多信息时往往是高度配合、协同工作的。此外，音乐家擅长“右脑思维”的说法同样不可靠。这种说法的流行可能与音乐家的左手更灵活、左撇子的比例相对较高有关，而所谓的“右脑开发”也往往对大众进行了错误引导（其实也并没有研究显示我们只使用了大脑的百分之多少）。但是，大量研究表明，学音乐确实可以提高认知功能、社交能力、早期的语言能力、创造力和抽象思维的能力，也有利于缓解压力和改善情绪。
PIANO
听妈妈的话，练琴要趁早
中枢神经系统包括灰质和白质两种结构。简单来说，灰质以神经元胞体为主，白质以髓鞘化的神经元轴突为主，后者由于脂肪含量较多，在解剖结构上呈现为白色。白质好比大脑中传递信息的高速公路，负责实现感知觉信息、运动信息的快速传导。上文提到的皮质脊髓束、胼胝体都属于白质。
许多技能的学习都有关键期，学钢琴也不例外。尽管对于许多专业钢琴家来说，他们儿时练琴用的时间并不一定比青春期和成年后的多，但研究显示，更早开始学习（尤其是7岁之前）、训练强度更高的音乐家，大脑结构的变化相对于普通人更为明显。比如，他们的听觉皮层、左侧初级运动皮层、甚至右侧小脑的灰质密度更高，前侧胼胝体更大，其他白质结构如皮质纤维束的信息传递能力也有所改变，而大量的钢琴练习可能也进一步促进了白质的发育(9-12)。脑的结构变化与神经系统的可塑性有关，年龄越小，往往可塑性越强。现在，是不是理解小时候妈妈逼你学琴的苦衷了？（才不是因为学费交太多）
不过，与世上任何一种纯粹的艺术和事业一样，弹好钢琴需要静心，也容不得功利心。玩音乐本身就是一件快乐的事，我们在音乐中表达自己，让心灵和思想得以自由。与其在意自己有没有错过学琴关键期，不如平心静气专注下来，用心感受这个精彩纷呈的音乐世界吧。
“Putallyoursoulintoit,playthewayyoufeel!”
~FrédéricChopin
谨以此文献给所有钢琴演奏家、爱好者、教师和学习钢琴的孩子们。
参考文献：1.A.H.D.Watson,Whatcanstudyingmusicianstellusaboutmotorcontrolofthehand?JAnat,-().2.S.Macketal.,PrinciplesofNeuralScience,FifthEdition.(McGraw-HillEducation,).3.R.J.Zatorre,J.L.Chen,V.B.Penhune,Whenthebrainplaysmusic:auditory–motorinteractionsinmusicperceptionandproduction.NatureReviewsNeuroscience8,-().4.B.Haslingeretal.,Reducedrecruitmentofmotorassociationareasduringbimanualcoordinationinconcertpianists.HumanBrainMapping22,-().5.K.T.Reilly,M.A.Nordstrom,M.H.Schieber,Short-TermSynchronizationBetweenMotorUnitsinDifferentFunctionalSubdivisionsoftheHumanFlexorDigitorumProfundusMuscle.JournalofNeurophysiology92,-().6.D.Parlitz,T.Peschel,E.Altenmüller,Assessmentofdynamicfingerforcesinpianists:Effectsoftrainingandexpertise.JournalofBiomechanics31,-().7.J.Armand,E.Olivier,R.N.Lemon,S.A.Edgley,inHandandBrain,A.M.Wing,P.Haggard,J.R.Flanagan,Eds.(AcademicPress,SanDiego,),pp.-.8.K.Amuntsetal.,Motorcortexandhandmotorskills:Structural
