自上世纪90年代以来,越来越多的研究发现音乐认知与高级脑功能之间存在着密切的联系。因此,对音乐与大脑认知功能的研究逐渐成为近二十年来的研究热点。1993年,Rauscher等学者研究了音乐与空间认知的关系,发现聆听莫扎特奏鸣曲或其他类似音乐,可以提高个体的空间认知水平,即“莫扎特效应”。该研究结果被报道以后,引起了学术界和社会大众的广泛关注。但是,也有部分研究者对“莫扎特效应”提出了质疑。为了考察这种效应存在的可靠性,国内外诸多研究者采用了不同的实验范式,在各种实验条件下对此进行了研究。其中,有的研究成功重复了“莫扎特效应”,但也有部分研究没有发现该效应的存在。对于该效应产生不稳定性的原因,一般认为主要与实验范式、音乐作品和测量工具的选择有关。此外,即使有些研究者重复了“莫扎特效应”,但他们对于该效应产生的机制也存在不同看法。目前,对于“莫扎特效应”比较公认的观点主要有两种,一种是“启动学说”,认为该效应是由于音乐激活大脑神经元,启动了大脑用于加工音乐的空间区域,从而直接提高被试者的空间记忆能力。另一种是偏爱或唤醒理论,他们认为“莫扎特效应”的产生是由于被试对音乐的偏爱,导致唤醒度发生变化,从而间接提高空间记忆能力。在本工作中,我们首先采用莫扎特K.448的正反结构音乐作为音乐刺激材料,检测啮齿动物和大学生被试的行为学改变,验证了“莫扎特效应”的存在,并通过分子生物学技术探讨了其产生的机制;其次,为了进一步考察产生“莫扎特效应”的音乐结构特征,我们研究了“莫扎特效应”的关键音乐元素;最后,我们将莫扎特音乐用于癫痫状态大鼠,研究了音乐对癫痫导致的认知缺陷的干预效果,拓展了“莫扎特效应”的应用领域。本文的主要工作如下:1.采用反向的莫扎特K.448(以相反顺序排列莫扎特K.448号乐曲的音符)作为对比刺激材料(保证被试聆听的音乐材料的物理属性相同),以60位大学生和45只大鼠为研究对象,通过检测大学生被试和大鼠聆听音乐后的空间认知行为,我们发现正向莫扎特音乐能够提高被试的空间认知能力,证实了“莫扎特效应”的存在;同时,发现了反向音乐可能具有负效应。2.通过检测聆听音乐后的大鼠在不同发育阶段大脑脑源性神经营养因子(BDNF)及其受体(TrkB)的表达水平以及海马新生神经元的数量,发现正向的莫扎特音乐可以提高海马和听觉皮层的BDNF/TrkB的表达,促进海马齿状回神经元的发生。相反,反向莫扎特降低了大鼠海马和听觉皮层的BDNF/TrkB的表达,抑制了海马齿状回神经元的发生,提示“莫扎特效应”的产生可能通过上调相关脑区BDNF/Trk B的表达水平,促进新生神经元的增加实现。通过检测音乐暴露后大鼠背侧海马亚区(CA1、CA3和齿状回)BDNF/TrkB的表达水平,发现空间认知能力的改善主要与背侧海马CA3区和齿状回的BDNF/TrkB的表达水平增加有关,提示海马各亚区在音乐认知过程中所起的作用不同。3.为了进一步探讨不同的音乐结构元素对认知能力的影响,通过选取正反莫扎特音乐的基本结构成分节奏和音高,检测大鼠在聆听不同结构音乐材料后的水迷宫行为,我们发现正向音乐的节奏提高了大鼠的空间记忆能力,反向音乐的节奏降低了大鼠的空间认知,而音高对大鼠的认知能力不产生显著影响,提示节奏在“莫扎特效应”中起着关键性作用。4.音乐治疗在临床神经精神疾病中的应用。通过制备颞叶癫痫大鼠模型,我们发现音乐暴露能够改善癫痫持续状态造成的认知损害,而且音乐在癫痫发生的早期进行干预达到的效果更为明显。该结果可为发展神经系统疾病功能异常的治疗策略提供参考。综上所述,本文通过动物和人的行为实验验证了“莫扎特效应”的存在,而且节奏可能是产生“莫扎特效应”的关键音乐元素;同时,我们发现反向音乐对空间认知具有负效应;通过分析音乐暴露下BDNF/TrkB的表达水平以及对海马神经发生的影响,探讨了“莫扎特效应”产生的神经生物学机制;最后,对“莫扎特效应”在医学上的应用进行了初步的探讨。这些工作将有助于人类对音乐认知研究领域的理解。