我們對節奏的掌握是如此自然，以至於我們大多數人都習以為常：當我們聽到音樂時，我們會隨著節拍輕敲腳尖或搖擺，常常沒有意識到自己正在移動。但無論從哪個角度看，這種本能對人類來說都是一種進化上的新奇事物。在其他哺乳動物中，甚至在動物王國的其他地方，都不存在類似的情況。我們無意識地與節奏同步的天賦是舞蹈的核心，舞蹈是動作、節奏和姿勢表達的融合。舞蹈是迄今為止最同步的群體活動，它需要在空間和時間上進行人際協調，這在其他社交場合幾乎不存在。
儘管舞蹈是人類表達的基本形式，但神經科學家對其關注相對較少。然而，最近，研究人員對業餘和專業舞者進行了首次腦成像研究。這些研究探討了諸如“舞者如何在空間中導航？”、“他們如何控制步伐？”、“人們如何學習複雜的模式化動作系列？”等問題。研究結果為了解執行最基本的舞步所需的複雜心理協調提供了一個引人入勝的視角。
我找到了節奏
神經科學家長期以來一直在研究孤立的運動，例如腳踝旋轉或手指敲擊。從這項工作中，我們瞭解了大腦如何協調簡單動作的基礎知識。單腳跳躍——更不用說同時拍打你的頭了——需要在大腦的感覺運動系統中進行與空間意識、平衡、意圖和時間安排等相關的計算。在故事的簡化版本中，一個叫做後頂葉皮層（位於大腦後部）的區域將視覺資訊轉化為運動指令，向前傳送訊號到前運動皮層和輔助運動區域的運動計劃區域。然後，這些指令投射到初級運動皮層，初級運動皮層產生神經衝動，這些衝動傳遞到脊髓，然後傳遞到肌肉，使其收縮。
支援科學新聞事業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事。
與此同時，肌肉中的感覺器官向大腦提供反饋，透過穿過脊髓到達大腦皮層的神經，提供身體在空間中的精確定位。位於大腦後部小腦和大腦核心基底神經節的皮層下回路也有助於根據感覺反饋更新運動指令，並改進我們的實際運動。仍然不清楚的是，這些相同的神經機制是否能夠擴充套件到實現像旋轉這樣的優雅動作。
為了探索這個問題，我們與德克薩斯大學健康科學中心聖安東尼奧分校的同事 Michael J. Martinez 合作，以業餘探戈舞者為物件，進行了首次舞蹈運動的神經影像學研究。我們使用正電子發射斷層掃描技術掃描了五名男性和五名女性的大腦，該技術記錄了大腦活動變化後腦血流量的變化；研究人員將特定區域血流量的增加解釋為該區域神經元活動增強的跡象。我們的受試者平躺在掃描器內，頭部固定不動，但他們能夠移動腿部，並使腳沿著傾斜的表面滑動。首先，我們要求他們執行一個方步舞步，該舞步源自阿根廷探戈的基本 *salida* 步，並根據他們透過耳機聽到的器樂探戈歌曲的節拍調整他們的動作。然後，我們掃描了舞者在他們隨著音樂節奏彎曲腿部肌肉但實際上沒有移動腿部時的大腦。透過從他們“跳舞”時記錄的大腦活動中減去這種簡單的彎曲所引起的大腦活動，我們能夠專注於對引導腿部在空間中運動和生成特定運動模式至關重要的大腦區域。
正如預期的那樣，這種比較消除了大腦的許多基本運動區域。然而，剩下的是頂葉的一部分，它有助於人類和其他哺乳動物的空間感知和方向感。在舞蹈中，空間認知主要是動覺的：由於肌肉的感覺器官，即使閉上眼睛，你也能始終感覺到軀幹和四肢的位置。這些器官記錄每個關節的旋轉和每塊肌肉的張力，並將這些資訊傳遞給大腦，大腦會生成一個清晰的身體表徵作為回應。具體來說，我們觀察到楔前葉的啟用，楔前葉是頂葉區域，非常靠近腿部動覺表徵所在的位置。我們認為，楔前葉包含一個動覺地圖，使人們在周圍環境中導航時能夠意識到身體在空間中的位置。無論您是在跳華爾茲還是隻是走直線，楔前葉都有助於規劃您的路徑，並且是從以身體為中心或“自我中心”的角度進行規劃的。
接下來，我們將我們的舞蹈掃描結果與受試者在沒有音樂的情況下表演探戈舞步時的掃描結果進行了比較。透過消除兩個任務共同啟用的大腦區域，我們希望揭示對運動與音樂同步至關重要的區域。同樣，這種減法幾乎消除了大腦的所有運動區域。主要差異發生在小腦的一部分，該部分接收來自脊髓的輸入。雖然兩種情況都激活了這個區域——小腦蚓部前葉——但與自定節奏的舞蹈相比，與音樂同步的舞步在那裡產生了明顯更多的血流量。
雖然我們的結果是初步的，但它為以下假設提供了佐證：小腦的這一部分充當一種指揮，監控各個大腦區域的資訊，以協助協調動作 [參見 James M. Bower 和 Lawrence M. Parsons 的“重新思考小腦”；《大眾科學》，2003 年 8 月]。整個小腦都符合良好神經節拍器的標準：它接收來自聽覺、視覺和軀體感覺皮層系統的廣泛感覺輸入（這種能力對於將運動與各種刺激（從聲音到視覺到觸控）同步是必要的），並且它包含整個身體的感覺運動表徵。
出乎意料的是，我們的第二次分析也揭示了人類無意識地隨著音樂節拍輕敲腳尖的自然傾向。在比較同步掃描和自定節奏掃描時，我們發現聽覺通路的下部，一個稱為內側膝狀體核 (MGN) 的皮層下結構，僅在前一組掃描中被啟用。起初，我們假設這個結果僅僅反映了同步條件下聽覺刺激（即音樂）的存在，但另一組對照掃描排除了這種解釋：當我們的受試者聽音樂但不移動腿部時，我們沒有檢測到 MGN 的血流量變化。
因此，我們得出結論，MGN 活動專門與同步有關，而不僅僅是聽覺。這一發現使我們提出了一個“低通路”假說，即當神經聽覺資訊直接投射到小腦的聽覺和計時迴路時，就會發生無意識的同步，從而繞過大腦皮層中的高階聽覺區域。
《舞林爭霸？》
當我們觀看和學習舞蹈動作時，大腦的其他部分也會參與進來。倫敦大學學院的 Beatriz Calvo-Merino 和 Patrick Haggard 及其同事研究了當人們觀看他們已經掌握的舞蹈時，特定的大腦區域是否會優先變得活躍。也就是說，當芭蕾舞演員觀看芭蕾舞時，是否有大腦區域會開啟，但觀看卡波耶拉舞（一種被風格化為舞蹈並伴隨音樂表演的非裔巴西武術）時則不會開啟？
為了找出答案，該團隊對芭蕾舞演員、卡波耶拉舞演員和非舞者進行了功能性磁共振成像掃描，讓他們觀看芭蕾舞或卡波耶拉舞動作的三秒鐘無聲影片片段。研究人員發現，專業知識對前運動皮層有重大影響：只有當受試者觀看他們自己能夠執行的舞蹈時，那裡的活動才會增加。其他工作提供了一個可能的解釋。研究人員發現，當人們觀看簡單的動作時，前運動皮層中參與執行這些動作的區域會開啟，這表明我們在腦海中預演我們所看到的內容——這種練習可能有助於我們學習和理解新的動作。研究人員正在研究人類在多大程度上依賴這種模仿迴路。
在後續工作中，Calvo-Merino 及其同事比較了男女芭蕾舞演員在觀看男性或女性舞者表演特定性別舞步的影片片段時的大腦。同樣，前運動皮層中的最高活動水平對應於男性觀看僅限男性的動作，女性觀看僅限女性的動作。
在腦海中預演動作的能力對於學習運動技能確實至關重要。2006 年，Emily S. Cross、Scott T. Grafton 及其達特茅斯學院的同事考慮了大腦中的模仿迴路是否會在學習發生時增加其活動。在幾周的時間裡，該團隊每週對舞者進行功能性 MRI 掃描，因為他們學習了一個複雜的現代舞序列。在掃描期間，受試者觀看了五秒鐘的片段，這些片段展示了他們正在掌握的動作或其他不相關的舞步。在每個片段之後，受試者評估了他們認為自己能夠多好地執行他們看到的動作。結果證實了 Calvo-Merino 及其同事的研究結果。前運動皮層中的活動在訓練期間有所增加，並且確實與受試者對其執行所觀看舞蹈片段的能力的評估相關。
這兩項調查都突出了這樣一個事實：學習複雜的運動序列除了啟用用於控制肌肉收縮的直接運動系統外，還激活了一個運動計劃系統，該系統包含有關身體完成特定運動的能力的資訊。人們在某種運動模式上變得越專業，他們就越能想象到該模式的感覺，並且執行起來可能就越輕鬆。
然而，正如我們的研究表明，在腦海中模擬舞蹈序列——或網球發球或高爾夫揮杆——的能力不僅僅是視覺上的，正如這些研究可能表明的那樣；它也是動覺的。事實上，真正的掌握需要肌肉感覺，或者說運動影像，在大腦運動計劃區域中存在所討論的運動。
搖晃、嘎嘎作響和（社會）角色
也許神經科學家最感興趣的問題是人們最初為什麼跳舞。當然，音樂和舞蹈密切相關；在許多情況下，舞蹈會產生聲音。墨西哥城的阿茲特克 *danzantes* 穿著帶有 ayoyotl 樹種子（稱為 *chachayotes*）的護腿，每走一步都會發出聲音。在許多其他文化中，人們在跳舞時會在身體或衣服上放置發聲物體——從踢踏舞鞋到響板再到珠子。此外，舞者經常拍手、彈指和跺腳。因此，我們提出了一個“身體打擊樂”假說，即舞蹈最初是作為一種發聲現象演變而來的，舞蹈和音樂，尤其是打擊樂，共同演變為產生節奏的互補方式。第一批打擊樂器很可能就是舞蹈服飾的組成部分，與阿茲特克 *chachayotes* 沒什麼不同。
然而，與音樂不同，舞蹈具有很強的表現力和模仿能力，這表明舞蹈可能進一步充當了早期語言的一種形式。的確，舞蹈是典型的姿勢語言。有趣的是，在我們的研究中，在所有運動任務期間，我們都觀察到右半球的一個區域被啟用，該區域對應於左半球中被稱為布羅卡區（Broca’s area）的區域。布羅卡區是額葉的一部分，傳統上與言語產生有關。在過去的十年中，研究表明布羅卡區也包含手的表徵。
這一發現支援了所謂的語言進化姿勢理論，該理論的支持者認為，語言最初是作為姿勢系統進化而來的，然後才變成口語。我們的研究是最早表明腿部運動會啟用布羅卡區右半球同源區域的研究之一，這為舞蹈起源於具象交流形式的觀點提供了更多支援。
布羅卡區的同源區域在使人能夠跳舞方面可能發揮什麼作用？答案似乎不直接涉及言語。在 2003 年的一項研究中，加州大學洛杉磯分校的 Marco Iacoboni 及其同事應用磁腦刺激來干擾布羅卡區或其同源區域的功能。在這兩種情況下，他們的受試者都更難用右手模仿手指動作。Iacoboni 的小組得出結論，這些區域對於模仿至關重要，模仿是從他人那裡學習和傳播文化的關鍵要素。我們還有另一個假設。雖然我們的研究本身不涉及模仿動作，但跳探戈和複製手指動作都要求大腦正確排序一系列相互依賴的動作。正如布羅卡區幫助我們正確地將單詞和短語串聯在一起一樣，它的同源區域可能有助於將運動單元放入無縫的序列中。
我們希望未來的神經影像學研究將為舞蹈背後的腦機制及其進化提供新的見解，舞蹈的進化與語言和音樂的出現高度交織在一起。我們認為舞蹈是語言的表現能力和音樂的節奏性的結合。這種互動不僅使人們能夠用身體講述故事，而且能夠在與他人同步運動的同時這樣做，從而促進社會凝聚力。
注：本文最初以“舞蹈的神經科學”為標題發表。
