腦波音樂

腦波音樂的概念

腦波音樂，簡單說就是由腦波衍生出來的音樂，它含有大腦的生理信息。近年來，國內外的相關研究人員基於不同理論，提出了多種方法將單導或多導腦電信號(Electroencephalograph，簡稱EEG)以及和EEG同步採集的功能磁共振信號（functional magnetic resonance imaging, 簡稱fMRI）轉換為音樂，並對得到的音樂進行分析和套用，展示了探索大腦與音樂關係的一個新途徑。

腦波音樂的意義

EEG是人腦神經電活動的表現，包含著豐富的神經信息，而音樂是人腦智力活動的產物，同時也對人的身心有著巨大的影響。大腦和音樂之間的關係，一直是神經科學、心理學及音樂學等領域研究的熱點問題。腦功能和音樂之間存在著千絲萬縷的聯繫，以音樂的形式來記錄、分析大腦中的生理信號，是神經科學研究中的新嘗試。這項工作對於進一步研究音樂對腦的作用機制以及腦對音樂的認知活動等都具有重要的意義。同時，腦波音樂作為一種包含生理狀態信息的音樂形式，也為生物反饋和治療提供了一個獨特的方式。腦波音樂研究涉及到神經科學、音樂學、美學、工程學等多個學科，是一個獨具魅力的交叉研究領域。

腦波音樂研究現狀

將EEG轉為音樂的研究在國外開始較早，自Hans Berger於1924年發現人類EEG以來，腦波可聽化與腦波音樂的研究即進入了研究者的視野，成為腦功能研究中一個特別的領域。Andian和Mattews在1934年首先報導了人類腦波的發聲。1965年，Alvin Lucier使用腦波信號作為音樂創作的材料，成功舉辦了名為“獨奏者音樂”（Music for Solo Performer）的現場音樂會。上世紀60年代末，Richard Teitelbaum、David Rosenboom等人也開始使用EEG信號來製作音樂。這些早期的研究工作，主要是靠電子器件來實現信號採集和音樂製作過程，因此在信號處理手段方面比較單一，音樂效果也不是很理想。同時由於在製作思路上缺乏明確的學術支撐，相關研究在70年代後期轉入了低潮。自上世紀90年代以來，腦波音樂研究重新受到了重視，各種數據可聽化技術的套用，大大豐富了腦波音樂製作的方法，如有人提出了基於濾波的分頻段的編碼對應方法，以及基於相干性分析的編碼對應方法等。在2004年的關於聲音表達的國際會議（International Conference on Auditory Display，ICAD）上，腦波音樂被列為一個專題，得到了來自腦電研究者，音樂家和可聽化設計者的共同關注。

在國內，神經信息教育部重點實驗室吳丹等於2009年率先提出了基於無標度性的腦波音樂編碼假說。該假說是基於EEG與音樂都遵循“無標度性”這一非線性動力學現象提出的。在腦電方面的研究表明，EEG的振幅、相位和頻率等參數都服從無標度性，EEG的功率譜也具有無標度性。根據該方法，EEG的周期與音樂中的音長相對應，EEG的振幅與音樂中的音高相對應，EEG中的平均能量變化與音樂中的音強相對應。音樂中的音色則可以任意選定，如鋼琴。通過以上規則，可以將EEG直接實時地轉化成音樂。

2012年，神經信息教育部重點實驗室盧競等人進一步使用了與EEG同步採集的fMRI來對應音樂中的音強，從而製作了EEG結合fMRI信號的音樂（EEG-fMRI brain music）。該音樂比單純的腦波音樂更符合無標度特性。

2013年，神經信息教育部重點實驗室吳丹等又進一步發展了基於“藝術濾波”策略的多聲部合奏腦音樂。該研究認為，大腦實現其多腦區之間的協作配合就類似多聲部音樂中不同聲部之間的合作。基於此，研究者採取了一種類似音樂家創作過程的濾波器策略，在單道腦波音樂的基礎上，加入節拍濾波和調式濾波，創作出多聲部腦波音樂，更好地從整體上表達大腦的音樂性。

相比之前的其它腦電發聲方法，上述腦波音樂更好地兼顧了科學性與藝術性。然而，此項研究仍然存在著一些問題尚待解決，如音樂中的音長的設定還是比較人為性的，實驗數據採用的是頭表腦電，存在參考電極和容積導體效應問題，導致腦電對應的真正腦區仍不明確等。今後的研究還需要進一步探索更多、更科學的腦波音樂創作方法，以使其能更準確地反映人體的生理狀態，增強其科學性及其套用價值。

腦波音樂的套用

經研究發現，腦波音樂可套用於大腦狀態監測（如癲癇病人、阿爾茲海默症患者等），也可套用於神經反饋與音樂治療（如齒科正畸疼痛控制等），以及實驗音樂創作等領域，更多的套用研究正在進行中。