当前的问题

这篇文章从发行

2020年7月至8月

第108卷第4期
第210页

DOI: 10.1511 / 2020.108.4.210

玛格丽特·马丁(Margaret Martin)需要帮助。这是2011年初,距她创立Harmony Project已有10年了,该项目为洛杉矶欠发达社区的儿童提供免费贝投课程。马丁与每位入学的学生进行了简单的交易:如果您保持及格的成绩,并且参加了Harmony Project的所有练习和表演,您将有一个免费的名额,直到高中毕业为止。对她的计划的需求迅速超过了可用职位的数量,马丁迫切希望缩小等待名单。

“和谐计划”之所以继续受欢迎,部分原因是它的学生不仅在贝投方面而且在许多看似无关的领域都表现出色:他们毕业于班级顶部,获得了大学奖学金,并继续了成功的职业生涯。马丁在不懈地发展自己的项目时曾吹嘘过这些成功的故事,但是现在她需要学区和大型基金会来为“和谐项目”投资更大的资金。通过公共卫生培训,她知道如何开发实验数据以说服决策者。

汤姆·邓恩

广告权利

马丁(Martin)看到贝投正在激发学生大脑中的某些东西,这些东西使他们为学业成功做好了准备,但她没有证据证明这一点。她意识到自己需要神经科学家的帮助。

大脑具有延展性这一概念,我们现在称之为“特质” 神经可塑性-可追溯到一个多世纪以来的神经科学领域。西班牙神经科学家圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔(SantiagoRamóny Cajal)今天被人们记住,主要是因为他绘制了脑细胞( 见“ 神经科学作为Neuroart“ 在我们的 科学文化 博客 ),还发现细胞投射在生物体的整个生命中起伏不定,他用诗意称这种现象 神经体操。他认为神经系统是动态的。

但是数十年来,严格记录和研究大脑中这些可塑性变化仍然遥不可及。在1970年代和1980年代,当跟踪单个神经元的活动成为可能时,科学家们终于可以证明学习根源于神经元生理学的变化-基本上是它激发电震,向其他神经元发送信号的倾向。

30多年来,我们研究了人类的神经可塑性。我们的工作重点是确定如何使用电生理学来测量大脑中声音处理的完整性-测量头皮产生的脑电波。尽管在人类中无法测量单个神经元的电震荡,但我们可以测量大脑发出的总电活动。在马丁开始“和谐计划”的那段时间,我们开始了一项补充性研究:将贝投家作为神经可塑性的模型进行研究,以了解马丁在学生身上看到的各种变化中的神经机制。

神经可塑性和贝投

贝投家将自己的一生奉献给专注,有纪律和反复的练习。此外,播放贝投可提供无限的改进能力:贝投家不断努力地寻求细微差别,技巧的提升,并与乐团更好地保持同步。暗示贝投家与大脑可塑性之间存在联系的文章开始出现:小提琴手扩大了专用于手的运动大脑区域;专业贝投人对时间或音高稍有不同的声音做出了更好的判断。

我们怀疑贝投可能还会有更多变化。演奏贝投可能会影响我们处理旋律和节奏的能力;它可能会引发更广泛的认知和感觉变化。与我们的同事Gabriella Musacchia,Erika Skoe,Patrick Wong和Mikko Sams一起,我们的实验室决定进行调查。我们招募了一批大学生,其中一半是狂热的贝投家几年,而另一半则在贝投上天真。然后,我们测量了对语音和贝投的电生理反应-脑波可以告诉我们大脑中声音处理的完整性。

在2007年发表的两篇论文中,我们报道了贝投家对语音细微的声学细节的反应有所增强,这表明贝投训练可以泛化为语言。的确,贝投家的大脑可以对普通话的声音细节进行编码,以至于大多数英语使用者无法察觉,这表明贝投训练可以使听者成为更早熟的语言学习者。

这些最初的发现引起了一对贝投学院训练的古典贝投家的关注,他们是神经科学家,Alexandra Parbery-Clark和Dana Strait,他们来到我们的实验室攻读博士学位。借助他们的综合力量,我们可以测试整个生命周期内贝投培训的效果。我们召集了一组测试对象,将其分为年龄组,并针对每个年龄组分别确定了适合其脑功能,听力和认知能力的测试。

生命早期的贝投经验会赋予终身的神经可塑性。

我们很快发现,贝投训练在各个年龄段的大脑中都具有非常相似的签名。与非贝投家相比,贝投家的大脑可以更快,更准确地编码语音的某些成分。贝投训练可提高大脑处理嘈杂背景下语音的能力,例如忙碌的餐厅的喧嚣声。这种神经适应能力是有道理的,因为贝投家还具有在嘈杂环境中理解语音的出色能力。此外,他们比非贝投家具有更强的记忆力和注意力技能。尽管存在发育差异,但大脑功能的某些方面在生命中的某些方面要晚于其他方面,贝投训练似乎在整个生命周期中都具有惊人的一致性。

一些最令人惊讶的结果来自六十年代和七十年代的贝投家,他们的记忆力,注意力和听觉能力比从未参加过贝投训练的当代人要强。我们还发现了老年贝投家与非贝投家之间大脑功能差异的直接证据。随着年龄的增长,对语音的神经反应通常会变慢。终身贝投人并非如此:65岁贝投人的神经反应与25岁非贝投人的神经反应没有区别。一位65岁的小孩子在演奏贝投但几十年来没有接触过乐器时的反应中等,其响应速度比从未演奏过贝投的同伴快,但比一生的贝投家慢。生命早期的贝投经验会赋予终身的神经可塑性。

贝投教育学

持怀疑态度的人可能会合理地看待我们在贝投家和非贝投家之间的比较,并认为贝投训练的表面优势(听力增强,认知能力增强和听觉脑功能增强)是影响个人寻求贝投训练的诱因。因此,我们渴望进行贝投训练的正式实验。

传统的医学试验允许高度控制,因此研究人员可以得出严格的因果结论。例如,在一项用于测试药物功效的随机对照试验中,研究人员可以招募大量研究人员,随机分配他们在规定的时间内接受指定剂量的药物或安慰剂,并测量确定的终点。

贝投说起来容易做起来难。无法将贝投说明压缩为药丸形式。我们从不热衷于依赖模拟贝投教学,例如在实验室进行为期两周的基础录音机培训。我们俩都从个人经验中知道,这不是任何人学会演奏乐器的方式。

大约在这个时候,Martin偶然发现了她蓬勃发展的真实世界的乐器贝投程序,可以进入我们的实验室。 2011年夏天,我们的四位同事飞往洛杉矶进行了为期两周的测试,测试了75名渴望参加和谐项目的学龄儿童。受我们早期工作的启发,他们进行了一系列密集的测试,确定了听觉能力,记忆力,注意力,语言,以及至关重要的是,对语音的神经反应。看起来像是用来露营的露营者 迈阿密风云 成为Harmony Project办公室外的特设实验室。

我们设计了这个研究项目,使一半的孩子可以立即开始器乐课程,另一半则等待一年,在此期间,他们将参加有关基本音符阅读,贝投历史和相关主题的课程。在收集了基准数据之后,我们的团队回到了芝加哥,我们等待了职业生涯中最长的一年。我们团队中的某个人经常打电话给“和谐计划”,以确保我们研究中的学生仍被录取。在研究期间,每次有家庭搬离洛杉矶时,都会感觉像是一拳直击。

汤姆·邓恩

第二年7月,我们的团队飞回洛杉矶重复测试,将露营者换成仪器柜。回到芝加哥后,他们立即开始系统地分析数据。不出所料,完成贝投欣赏课程的孩子的认知,语言或脑功能没有明显变化。然后,我们分析了接受贝投课程的小组并找到了。 。 。没有。如果贝投课激发了神经可塑性,我们将找不到证据。

给马丁打了个尴尬的电话。她的回应?明年再来。因此,我们的小组在2013年7月重复了这项研究。但是,这次的数据讲述了一个不同的故事(见下图)。器乐团的大脑反应,语言和听力技能均以与我们最初研究完全一致的方式超越了同龄人。好像他们的大脑突然突飞猛进地成熟了。

2014年,我们在《 神经科学杂志。这是第一批以社区为基础的贝投计划研究,以记录神经系统疾病的结果,并且就我们所知,这是第一项针对服务欠佳地区儿童的研究。

我们实验室中的一项平行研究加强了我们的发现。尽管我们一半的实验室成员每年都去洛杉矶旅行,但我们的同事珍妮弗·克里兹曼(Jennifer Krizman)却将另一半带到了芝加哥公立学校,对近150名高中生进行了测试。一半开始大一那年的贝投训练,另一半参加了训练队。她和她的团队在2015年的 美国国家科学院院刊 两年后,贝投训练再次增强了语音的神经处理能力,并加速了听觉大脑的发育。将贝投培训与演习团队进行比较,结果还显示,一般来说,并不是课外活动的丰富会加速大脑的发育。是贝投。

从那以后,其他科学家与社区贝投团体进行了类似的研究。每个实验都表明,贝投课程可以加速大脑发育,但要经过一段时间。这些文件是马丁颤抖中缺少的箭头。他们帮助她获得了支持,将“和声”扩展为一项全国性计划,每年为1000多个孩子提供免费贝投课程。

为贝投教育辩护

我们对贝投和神经可塑性的研究为我们提供了机会,例如与老师,政策制定者和媒体交谈,这在科学家中相对罕见。像其他研究贝投和大脑发育的科学家一样,我们大力支持学校和提供课外或课外贝投教育的社区贝投组织的贝投课程。

然而,当我们发现谈论大脑发展和语言测试是贝投教育的成果时,一个想法有时会困扰我们。为什么我们必须首先证明贝投课程的合理性?

我们认为学校贝投教学的论点有三种一般形式,我们称之为 间接论证激励论点无形论据.

间接论点认为贝投可以促进大脑和认知功能,这对学习很重要。反过来,这些提高的技能也有助于在学校取得成功。学校管理者和决策者应该在贝投教育上进行投资,因为它可以使学生在课程中表现得更好。例如,接受贝投训练的儿童和成人在嘈杂的环境(例如某些教室)中具有出色的语音理解能力。

我们认为间接论证具有最强的经验支持,可用于受控研究。与我们的研究一样,孩子们可以参加贝投课,研究人员可以凭经验跟随他们。这是我们工作的核心:贝投训练可以增强儿童的大脑声音处理能力和认知能力,从而使他们的大脑更好地学习。但是,与间接论点相关的收益类型已从学校管理人员规定的学术基准(例如标准化考试成绩)中删除了一步。

图取自Kraus等人,2014

这种局限性导致我们提出激励性论点,该论点将贝投教育的好处与标准化的测试,损耗,平均成绩,大学入学甚至健康状况等教育成果直接联系在一起。激励论据是马丁在引用“和谐计划”的毕业率时提出的。它类似于间接论点,其潜在机制也可能是相同的,但激励论点绕过了大脑的中介利益,并正确地采用了衡量我们的学校在衡量学校时正确或错误的指标。这些成果指标也有助于进行经济学和公共卫生方面的大规模研究,我们预计这些研究将越来越受到关注。

对于管理人员和教育工作者而言,激励性论点很容易用来为学校的贝投辩护。美国的教育政策强烈激励了教师和管理人员深入关注这些结果,尤其是标准化考试(尽管这些考试本身存在内在问题)。遗憾的是,如此抽象,遥远且不完美的指标必须证明贝投教育的合理性。

我们认为贝投的一些最深远的神经发育益处以难以在稳健的研究中量化的方式体现出来,这导致我们提出了无形的论点,该论点提出贝投教育的最深层次的益处对于缩小为一组数据具有挑战性点和参数。这些好处包括:多年的常规练习所带来的专注力和纪律,合奏贝投时所产生的社交参与度和满意度,每周放学两次进行彩排所产生的友谊以及从中获得的信心在舞台上独自表演。对我们而言,无形论据很可能是贝投教育如何造福儿童的最准确描述。使Harmony Project成为激动人心的机会的是,它提供了真实的贝投训练,而训练太复杂了,无法简化为离散的数据点。我们认为,贝投教育从最全面的角度支持儿童发展。

安妮·特里特(Annie Tritt)

同时,我们意识到无形论据是最难提出的。我们认为,科学工具无法解决某些问题。矛盾的是,添加到贝投训练实验中的每一层控制都会掩盖制作贝投的无形事物。但是,仅仅因为无法衡量某件事并不意味着我们应该忽略它。

在评估了证据的优势之后,我们相信贝投教育应该成为每个孩子课程的一部分。贝投教育显然以容易和难以衡量的方式支持儿童发展。大脑中增强的声音处理使年轻的贝投家成为更好的学习者,它们可以推广到基准,例如标准化考试和社会在教育中重视的等级。

如果公共教育的目标是使儿童成为社会的生产性成员,那么无形论据就贝投教育的重要性提出了最重要的观点。正如伦纳德·伯恩斯坦(Leonard Bernstein)曾经说过的那样,贝投“可以命名未命名者并传达未知”。

参考书目

  • 北卡罗来纳州克劳斯(Kraus)和T.怀特·舒沃克(T. 2016.日常交流的神经生物学:我们从贝投中学到了什么? 神经科学家 23:287–298
  • Kraus,N。等人。 2014年。贝投丰富计划改善了处于危险中的儿童的语音神经编码。 神经科学杂志 34:11913–11918。
  • Musacchia,G.,M。Sams,E。Skoe和N. Kraus。 2007年。贝投家增强了语音和贝投的皮层下听觉和视听处理。 美国国家科学院院刊 104:15894–15898。
    • Tierney,A.T.,J.Krizman和N.Kraus。 2015年。贝投培训改变了青少年听觉发展的过程。 美国国家科学院院刊 112:10062-10067。
    • Wong,P. C. M.,E。Skoe,N.M。Russo,T。Dees和N.Kraus。 2007。贝投经验塑造了人脑干对语言音高模式的编码。 自然神经科学 10:420–422。

美国科学家评论政策

保持话题。尊重。我们保留删除评论的权利。

请阅读我们的 评论政策 评论之前。