有一天，當勞雷爾11歲時，她在科德角的一個公園裡和她的雙胞胎妹妹以及一些朋友玩耍時，開始感到頭暈。她坐了下來，她的一個朋友問她是否還好。然後勞雷爾的記憶一片空白。通往大腦的一條關鍵血管突然阻塞導致了一次嚴重的 stroke。血液無法到達對語言和交流至關重要的區域，造成了永久性損傷。勞雷爾仍然能夠理解語言，但她努力發聲，甚至說不出一個詞，而且她設法說出的內容常常是含糊不清的，或者不是她想要表達的。除非她唱歌。
透過一種稱為旋律語調療法的治療方式，勞雷爾學會了利用未受損的大腦區域來調節語言的節奏和音調方面，繞過了她大腦左側被破壞的言語通路。換句話說，她透過音樂找到了回到語言的道路。
幫助勞雷爾的治療方案——就像我們在作為科學家和臨床醫生工作中關注的其他方案一樣——是一類新的基於音樂的治療方法之一，這些方法直接基於神經損傷和恢復的生物學原理。這些治療旨在透過利用大腦的健康區域，有時甚至透過恢復功能失調的迴路來恢復因損傷或神經系統疾病喪失的功能。隨著關於這些技術有效性的證據不斷積累，來自各個領域的臨床醫生和治療師已經開始將它們納入到他們的實踐中，最值得注意的是音樂治療師，他們處於音樂和健康的交叉點，是這些干預的重要媒介，以及言語治療師和物理治療師。而受益者包括被診斷患有 stroke、自閉症、耳鳴、帕金森病和痴呆症的人。
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隨著科學家們更多地瞭解音樂對認知和運動功能以及精神狀態的影響，他們可以為每種疾病量身定製這些療法，針對特定的腦損傷或功能障礙。在勞雷爾的案例中，治療旨在隨著時間的推移，觸發大腦健康部位替代神經通路的發展，以補償受損語言中心中丟失的通路。但最終目的是幫助她儘可能多地重拾那天在公園裡在她身邊崩潰的世界。
音樂作為藥物
在各種文化和整個歷史中，音樂聆聽和音樂創作在治療身心疾病方面都發揮了作用。公元前四千年的埃及壁畫似乎描繪了使用音樂來提高女性生育能力。秘魯高地熱帶森林的薩滿教徒使用吟唱作為他們主要的治療工具，迦納的阿散蒂人則在治療儀式中伴以擊鼓。
基於音樂的治療的大部分力量在於其能夠將許多微妙的好處融合成一個引人入勝的整體。音樂在定義其特徵的範圍方面，也許是任何其他人類表達形式都無法比擬的，從其旋律和節奏到其情感和社會性質。利用這些屬性的治療方法是有益的、有動力的、易於獲得的且廉價的，並且基本上沒有副作用。音樂的吸引力也鼓勵患者在數週和數月內繼續治療，從而提高了獲得持久收益的機會。
音樂可用於治療神經損傷的觀點在2008年發表的一項具有里程碑意義的研究中獲得了一些科學依據。赫爾辛基大學的心理學家特波·薩爾卡莫和他的團隊招募了60名在單側大腦半球大腦中動脈中風的患者。他們將患者分為三組：第一組每天參加音樂聆聽課程，第二組每天聽有聲讀物，第三組未接受聽覺治療。研究人員對患者進行了為期兩個月的觀察。聽音樂組的患者在言語記憶和注意力方面表現出最大的恢復。並且由於聽音樂似乎可以改善記憶力，現在的希望是積極的音樂創作——唱歌、運動和與節拍同步——可能有助於恢復額外的技能，包括中風患者的言語和運動功能。
歌唱療法
勞雷爾接受的各種基於音樂的治療源於對中風患者的一個顯著觀察。當中風影響到控制言語的大腦區域時，可能會使患者患上稱為非流利性失語症的疾病，即無法流利說話。然而，正如多年來的治療師所指出的，患有非流利性失語症的人有時可以唱出他們無法用其他方式說出的詞語。
在1970年代，波士頓退伍軍人管理局醫院的神經學家馬丁·阿爾伯特和言語病理學家羅伯特·斯帕克斯和南希·赫爾姆（現在的赫爾姆-埃斯塔布魯克斯）認識到這種能力的治療意義，並開發了一種稱為旋律語調療法的治療方法，其中歌唱是核心要素。在典型的療程中，患者會用簡單的旋律演唱單詞和短語，同時用左手敲擊每個音節。旋律通常涉及兩個音符，可能相隔小三度（例如“綠袖子”的前兩個音符）。例如，患者可能會以簡單的上下模式演唱短語“你好嗎？”，其中重讀音節（“are”）的音調高於其他音節。隨著治療的進展，短語會變得更長，發聲的頻率也會增加，可能從每秒一個音節增加到兩個。
治療的每個要素都有助於流利性，透過招募未受損的大腦區域來實現。聲音音調的緩慢變化會調動與右半球感知相關的區域，右半球在比左半球更長的時間間隔內整合感覺資訊；因此，它對緩慢調製的聲音特別敏感。左手有節奏的敲擊反過來又呼叫了右半球中控制與發聲器官相關的運動的網路。即使在一次治療後，益處也通常很明顯。但是，當在數月內進行強化旋律語調療法時，也會產生長期收益，這似乎源於神經迴路的變化——替代通路的建立或大腦中基本通路的加強。實際上，對於患有嚴重失語症的患者，唱歌訓練大腦右半球的結構和連線，使其承擔通常主要由左半球處理的任務的永久責任。
在過去的二十年中，世界各地的研究人員對患有非流利性失語症的中風患者進行的研究為這一理論提供了支援。在我們（施勞格）和他在貝斯以色列女執事醫療中心和哈佛醫學院的團隊於2014年9月發表的一項研究中，11名患者接受了旋律語調療法；9名患者未接受治療。接受治療的患者在回答問題時，每分鐘能夠串聯起來的合適單詞數量是原來的兩倍多。同一組患者還透過MRI評估，顯示出與發聲相關的右半球網路中的結構變化。該實驗室目前正在進行研究，以比較旋律語調療法與其他形式的失語症患者療法的益處。
由於旋律語調療法似乎透過調動右半球來發揮作用，因此研究人員隨後推測，對該區域的電刺激或磁刺激可能會增強療法的效力。在我們與合作者進行的最近兩項研究中——一項是2011年在貝斯以色列女執事醫療中心和哈佛大學進行的，另一項是2014年在澳大利亞悉尼的ARC認知與障礙卓越中心進行的——研究人員刺激了右半球中稱為下額回的區域，該區域有助於將聲音與產生聲音的口腔、面部和發聲運動聯絡起來。對於許多參與者來說，將旋律語調療法與非侵入性腦刺激相結合，僅在幾次療程後就產生了言語流利性的改善。
旋律語調療法的益處對勞雷爾（她是施勞格領導的一項研究的一部分）來說是顯著的。中風破壞了她的大部分左半球，包括對語言產生至關重要的稱為布羅卡區的區域。當她在2008年開始治療時，她無法串聯超過兩三個詞，而且她的言語常常是不符合語法的，這讓她每次試圖交流時都感到沮喪。她的治療計劃是密集的——每天一個半小時，每週最多五天，總共75次療程。到15周的治療期結束時，她可以說出五到八個單詞的句子，有時甚至更多。在接下來的幾年裡，她使用她在療程中學到的技術在家中為自己治療。今天，在她中風八年後，勞雷爾將她的一些時間用作勵志演講者，為其他中風倖存者提供希望和支援。她的言語並不完美，但對於一箇中風損傷了她大腦左側如此多區域的人來說，仍然是非凡的。評估聯合療法的長期益處是研究人員的下一個議程。
音樂與運動
音樂創作還可以幫助患有運動技能障礙的中風倖存者。在2007年發表的一項研究中，神經心理學家和音樂教育家薩賓·施耐德和神經學家埃卡德·阿爾滕穆勒（當時都在德國漢諾威音樂、戲劇和媒體大學）要求患者使用他們運動受損的手在鋼琴上演奏旋律或在音高鼓墊上敲擊節奏。參與這種稱為音樂支援訓練的干預的患者，在精細運動技能的 timing、精確度和流暢度方面，比依賴傳統療法的患者表現出更大的改善。研究人員推測，收益來自於感覺運動和聽覺區域神經元之間連線的增加。
節奏是治療帕金森病患者的關鍵，帕金森病影響大約每100名60歲以上的老年人中的一人。帕金森病是由中腦細胞退化引起的，中腦細胞向基底神經節輸送多巴胺，基底神經節是參與運動啟動和流暢性的區域。該區域的多巴胺短缺會導致運動問題，從震顫和僵硬到步行、面部表情和言語相關的運動 timing 困難。
節奏強烈的音樂可以透過提供可聽見的節奏序列來緩解這些症狀，人們可以使用該序列來啟動和 timing 他們的運動。治療包括所謂的節奏夾帶，其中包括播放節拍器之類的刺激。在神經學家奧利弗·薩克斯1973年的著作《覺醒》中，音樂節奏有時會將個體從他們的不動狀態中解放出來，讓他們意外地跳舞或唱歌。
節奏在運動療法中的應用在1990年代獲得發展勢頭，當時科羅拉多州立大學的音樂家、音樂治療師和神經科學家邁克爾·陶特以及世界各地的其他研究人員為行走困難的人（例如 stroke 和帕金森病患者）演示了一種稱為節奏聽覺刺激或RAS的技術。治療師將首先要求患者以舒適的速度行走，然後再以可聽見的節奏行走。將患者略微推過其舒適區的速度產生了速度、步頻和步幅長度的最大改善。
儘管有這些令人鼓舞的結果，但觸發改善的神經機制一直難以確定。影像學工作表明，在節奏聽覺刺激期間，運動行為的神經控制繞過了基底神經節；相反，腦幹充當一箇中繼站，將聽覺輸入傳送到小腦中的運動網路（小腦控制協調），併發送到其他皮質區域，這些區域可能有助於同步聲音和運動。
恢復的記憶
很少有神經系統疾病比痴呆症更能引起恐懼，痴呆症是老年人最常見的疾病之一。據估計，全世界有4400萬人患有痴呆症，預計到2050年這一數字將達到1.35億。阿爾茨海默病是一種神經退行性疾病，佔病例的60%以上；多次 stroke 也可能導致所謂的血管性痴呆。
音樂可能非常適合刺激痴呆症患者的記憶力，幫助他們保持自我意識。由於音樂激活了大腦多個部位的神經區域和通路，因此與音樂相關的記憶更有可能在疾病中倖存下來。即使面對一般的認知能力下降，音樂也能刺激正常的 Emotional responses。在2009年的一項研究中，加拿大魁北克省舍布魯克大學的心理學家莉斯·加尼翁和她的同事要求12名患有阿爾茨海默病的人和12名未患病的人判斷各種音樂作品的情感內涵。阿爾茨海默病參與者與其他參與者一樣準確，儘管他們在不同的判斷領域存在明顯的缺陷。其他研究表明，一生中參與音樂活動可以保持頭腦年輕，甚至可能降低患痴呆症的風險[參見“每個人都可以從音樂創作中獲益”]；大腦中整合感覺和運動的部分與情感和獎勵系統的持續參與可能會防止神經元和突觸的損失。
個別痴呆症患者接受的治療型別會有所不同，從接受型（聽音樂）到主動型（跳舞、唱歌、拍手）。患者選擇的音樂最有效，因為選擇代表了與記憶和自我的聯絡。益處也各不相同，而且往往是短期的。但是，當治療確實有效時，它可以減少導致徘徊和 vocal outbursts 的躁動感，並鼓勵與他人合作和互動。音樂療法還可以幫助痴呆症患者睡得更好，並可以增強他們的情感幸福感。
這些情感和社會益處在瓊的案例中很明顯，瓊是一位來自新罕布什爾州的89歲女性。瓊患有嚴重的、不可逆轉的痴呆症，由她的女兒在家照顧（她的女兒向湯普森實驗室的一位臨床醫生描述了她母親的情況）。一整天，瓊基本上沒有反應，頭低垂著坐著。她不能說話或走路，而且大小便失禁。然而，當她的女兒唱歌給她聽時，瓊就活了過來。她用手敲打著腿，露出燦爛的笑容，開始大笑。瓊特別喜歡聖誕歌曲，甚至可能會脫口說出一兩個詞。聽音樂時，她可以用腿敲擊節拍。
自閉症譜系中的音樂
也許音樂與大腦之間最令人著迷的相互作用在於自閉症譜系障礙患者的病例檔案，自閉症譜系障礙是一種神經發育綜合徵，發生在1%到2%的兒童中，其中大多數是男孩。自閉症的標誌包括社互動動障礙、重複行為和交流困難。事實上，高達30%的自閉症患者根本無法發出言語的聲音；許多人的詞彙量有限，包括手勢。
自閉症神經生物學的特殊性之一是短程大腦連線的過度發展。作為一個明顯的後果，患有自閉症的兒童傾向於強烈關注感官體驗的精細細節，例如不同織物的不同紋理或冰箱或空調等電器發出的精確聲音品質。而這種對聲音的迷戀可能解釋了許多關於患有自閉症的兒童非常喜歡創作和學習音樂的軼事報道。不成比例的自閉症譜系障礙兒童是音樂方面的天才，在特定領域具有非凡的能力，例如絕對音高。
對音樂的積極反應為治療打開了大門，可以幫助患有自閉症的兒童與他人一起參與活動，並在這樣做時獲得社交、語言和運動技能。音樂還可以啟用與社交思維方式相關的大腦區域。當我們聽音樂時，我們經常會感受到創作音樂的人和演奏音樂的人的情感狀態。透過鼓勵患有自閉症的兒童想象這些情感，治療師可以幫助他們學習思考他人以及他們可能感受到的東西。
最近，貝斯以色列女執事醫療中心和哈佛大學的音樂與神經影像實驗室（施勞格擔任主任）為患有自閉症而無法說話的兒童開發了一種稱為聽覺-運動對映訓練或AMMT的新技術。治療主要包括兩個部分：單詞和短語的語調（改變一個人的聲音的旋律音高）和在唱歌或說出單詞和短語時用雙手交替敲擊音高鼓。在一項原理驗證研究中，六名完全不會說話的兒童在八週內參加了40次這種訓練。到最後，所有人都能夠發出一些言語聲音，有些人甚至能夠在治療課程未涵蓋的任務中說出有意義且適當的單詞。最重要的是，孩子們在訓練課程結束後八週仍然能夠展示他們的新技能。
請安靜
基於音樂的治療還可以訓練大腦調整耳鳴的幻聽——在沒有聲音的情況下耳朵裡出現噪音或鈴聲的體驗，大約影響20%的成年人。與年齡相關的聽力損失、暴露於嘈雜的聲音和迴圈系統疾病都可能引起這種情況，症狀範圍從耳朵裡的嗡嗡聲或嘶嘶聲到具有可定義音高的連續音調。這種感覺會引起嚴重的痛苦，並干擾專注於其他聲音和活動的能力。目前尚無治癒方法。
過去十年見證了對該疾病神經學基礎的理解激增。一種觀點認為，耳蝸損傷（最有可能由暴露於嘈雜的聲音引起）減少了特定聲音訊率向大腦的傳輸。為了彌補損失，中央聽覺系統的神經元活動發生變化，產生神經“噪聲”，可能是透過擾亂聽覺皮層中抑制和興奮之間的平衡，導致感知到不存在的聲音。也可能起作用的是來自邊緣系統的功能失調反饋到聽覺大腦區域，邊緣系統被認為是充當噪聲消除裝置，識別和抑制不相關的訊號。
音樂治療旨在透過誘導神經迴路的變化來抵消這種功能障礙。對於患有音調性耳鳴的人，一種治療方法是聽“缺口音樂”，這種音樂是透過數字方式去除與耳鳴頻率匹配的頻段而生成的。這種缺口——由神經生理學家克里斯托·潘特夫和他在德國明斯特大學的團隊率先提出並證明有效——可能有助於逆轉聽覺皮層中的不平衡，加強對可能首先是幻聽聲音來源的頻段的抑制。另一種方法是向患者播放一系列音高，然後要求他們用聲音模仿該序列。隨著患者提高他們的準確性，他們學會了忽略不相關的聽覺訊號，並專注於他們想聽到的聲音。隨著時間的推移，努力注意力的刺激可能有助於聽覺皮層恢復其正常的生理狀態。
對於任何新療法，熱情有時可能會超過證據，研究人員正確地指出，新的基於音樂的治療方法必須證明其相對於更成熟的療法的療效。但在所有治療神經系統疾病的技術中，基於音樂的療法似乎因其能夠觸及情感、幫助大腦找回失去的記憶、讓患者重返世界而獨一無二。我們現在才剛剛開始瞭解音樂的治癒力量背後的科學。