聆听或者演奏音乐经常伴随着强烈的情绪体验。寻求这些特殊的情绪体验通常是人们喜爱音乐的首要原因。音乐的情绪知觉很可能是一个独立的系统，涉及到一系列与动机、社会性与奖赏有关的脑区。经颅磁刺激研究发现，相对于中性音乐，令人恐惧的音乐可以在皮层运动区诱发出更大的运动诱发电位(motor evoked potentials, MEP) (Giovannelli et al., 2012) 。运用近红外成像技术可以观察到前额叶皮层对音乐情绪内容的自动反应 (Moghimi, Kushki, Power, Guerguerian, & Chau, 2012) 。早期的正电子发射计算机断层扫描研究发现，被试在聆听音乐小段时旁边缘与新皮质区随着音乐愉悦度的不同而产生不同的变化 (Blood, Zatorre, Bermudez, & Evans, 1999) 。随后的研究表明 (Blood & Zatorre, 2001) ，愉悦的音乐之所以使人激动得颤栗是因为其主要激活了脑内负责奖赏与动机的区域(比如基底前脑，脑干以及眶额皮层)。另外一个研究发现普通被试聆听不熟悉但却非常喜欢的音乐时可以激活双侧的边缘与旁边缘区 (Brown, Martinez, & Parsons, 2004) 。脑损伤研究进一步提示一些重要脑区的损伤会导致相应的音乐情绪认知障碍。根据对一位71岁病人的个案研究，右脑顶叶梗塞导致病人选择性的音乐情绪感知障碍：病人出现脑梗塞之后即无法感知之前能够正常感受的音乐片段的情绪内涵 (Satoh, Nakase, Nagata, & Tomimoto, 2011) 。这也同时说明右侧顶叶在音乐情绪加工中可能有重要的作用。另外一个研究表明，杏仁核在音乐的情感加工过程中起着重要的作用，杏仁核损伤导致音乐情感加工障碍 (Gosselin, Peretz, Johnsen, & Adolphs, 2007) 。

音乐诱发情绪反应是基于人体一系列的生理反应变化，包括心率、呼吸、血压、皮肤电传导、皮温、肌张力以及生化反应。更重要的是，音乐可以促进脑释放特定的情绪相关神经递质。与不愉悦的音乐相比，聆听愉悦的音乐可以提高被试的血清素(五羟色胺，serotonin，5-HT)水平 (Evers & Suhr, 2000) 。聆听愉悦音乐也可以提高多巴胺水平 (Zatorre & Salimpoor, 2013) ，并且增强负责奖赏、自主与认知加工的脑区之间的联系 (Menon & Levitin, 2005) 。甚至连高血压的老鼠在听莫扎特音乐时也会出现多巴胺水平提高及血压降低的现象 (Sutoo & Akiyama, 2004) 。

音乐诱发的躯体化学改变及其相应的情绪调节作用有重要的健康促进意义，在医学领域引起了极大兴趣。临床上有报道使用音乐来减轻疼痛的有效实践，可以加速康复并减少麻醉药物的剂量 (Spintge, 2000) 。手术过程中，轻柔的背景音乐可以促进医患之间更有效的沟通 (Zalewsky, Vinker, Fiada, Livon, & Kitai, 1998) 。最近的临床随机对照实验研究表明，以玻璃体注射为例，术前与术中聆听经典音乐有助于减轻病人的焦虑情绪，虽然病人的痛感并没有显著变化 (Chen, Seth, Rao, Huang, & Adelman, 2012) 。

脑的解剖结构与生理机能受到人毕生经历的影响 (Stiles, 2000) 。长期音乐学习在提高相应音乐能力的同时，也改变脑的形态结构。音乐家的脑是研究音乐学习相关神经结构可塑性的完美模型。一系列比较音乐家与非音乐家脑结构的研究发现，音乐家通常比非音乐家有更大的胼胝体 (Schlaug, Jancke, Huang, Staiger, & Steinmetz, 1995) 、小脑(仅限于男性) (Hutchinson, Lee, Gaab, & Schlaug, 2003) 、左侧颞平面(仅限于具有绝对音高的音乐家) (Schlaug, Jancke, Huang, & Steinmetz, 1995) 以及Omega标记(位于中央前回上部，与功能性手部/手指运动表征的增大有关) (Bangert & Schlaug, 2006) 。通常，如果在七岁之前就正式开始音乐训练，这些脑区的变化就更为明显。比如，较早开始音乐训练的钢琴家比较晚开始音乐训练的钢琴家右侧壳核的灰质体积更小，且相应的钢琴演奏的时间精确性更强 (Vaquero et al., 2015) 。一项对儿童进行长时间音乐训练的纵向研究表明，15个月的键盘演奏训练可以改变初级运动与听觉皮层以及胼胝体的结构改变 (Hyde et al., 2009) ，这说明与音乐经验相关的脑部结构改变很可能也受到音乐经验本身的影响，而并非全部由音乐家的先天特性所决定。

音乐学习不但可以改变不同脑区的结构，而且可以影响脑区之间的白质神经纤维连接。运用弥散张量成像技术，最近的一些研究揭示了上纵束(superior longitudinal fasciculus, SLF)与弓形束(arcuate fasciculus, AF)在音乐家与没有受到正规音乐训练的正常被试之间的宏观与微观结构差异。上纵束是脑内音乐与语言感知和产生的重要神经通路，研究表明，具有绝对音高能力(即可以不用参考音对单独的音符进行命名)的音乐家与一般音乐家、普通正常对照相比，其左侧上纵束的各向异性分数(fractional anisotropy, FA)比右侧更大，并且这种一侧化倾向与绝对音高行为测试反应的准确性正相关 (Oechslin, Imfeld, Loenneker, Meyer, & Jancke, 2009) 。最近的一个研究比较了歌唱家、器乐演奏者与普通正常对照弓形束结构的差别，发现两组音乐家相对于正常对照有更大的左右弓形束，且其各向异性分数也更高 (Halwani, Loui, Ruber, & Schlaug, 2011) 。更重要的是，这些研究者发现，歌唱家比器乐演奏者左侧弓形束更大，但各向异性分数较低，且这种结构特点与歌唱家声乐训练的时间长短密切相关：训练时间越长，则各向异性分数更低 (Halwani et al., 2011) 。这些结果说明长期的音乐训练可以导致连接不同脑区的白质纤维束体积增大且微观结构更复杂。

音乐经验广泛地影响听觉、视觉、体感运动与记忆等多种基本脑功能的可塑性。早期长时间的音乐训练可以提高听觉系统的敏感性 (Meyer et al., 2011) ，具体表现为音乐家的声音加工优势—包括复杂旋律 (Fujioka, Trainor, Ross, Kakigi, & Pantev, 2004) 、和弦序列 (Koelsch, Schmidt, & Kansok, 2002) 以及言语刺激 (Besson, Chobert, & Marie, 2011) 等。除听觉外，音乐家在体感与运动加工方面的优势也非常明显( Elbert, Pantev, Wienbruch, Rockstroh, & Taub, 1995 ; Lotze, Scheler, Tan, Braun, & Birbaumer, 2003) 。更重要的是，横断研究表明音乐经验还会促进不同系统的功能整合与交互 (Schulz, Ross, & Pantev, 2003) 。这种音乐训练所涉及的不同脑区之间的功能交互与整合很可能是与音乐经验相关的各种相对独立的系统功能提高的重要基础机制，正是在这种多系统共同作用实现诸多功能优化整合的基础上，才会有不同的相对独立脑功能的显著提高。

音乐与脑功能可塑性的密切关系对教育与医疗具有重要的应用意义。在这些领域，一个曾经得到广泛关注的概念要属“莫扎特效应”( Jausovec, Jausovec, & Gerlic, 2006; Ho, Mason, & Spence, 2007; Lints & Gadbois, 2003 ; Gilleta, Vrbancic, Elias, & Saucier, 2003; Hughes, 2001 ; Rauscher & Shaw, 1998; Newman et al., 1995) 。最初的研究者先请大学生聆听莫扎特奏鸣曲K. 448的前十分钟，然后再进行空间-时间推理任务。与听放松指导语或者不听任何声音的条件相比，听莫扎特奏鸣曲的大学生在空间-时间推理任务上得分更高 (Rauscher & Shaw, 1998) 。该作用效果较小且持续的时间也很短，但却被夸大宣传为一种提高儿童智力的捷径，一度产生了大量缺少事实根据的文章、书籍以及唱片。目前在儿童群体中是否存在莫扎特效应仍然有很大争议，更明确的结论只有通过下一步的纵向随机对照研究才可能得出。

学习是人脑的个体先天特征，受到脑内动机、奖赏系统的调节。学习或者解决难题时会在脑内产生极度美妙的奖赏感，即一种强烈的极度兴奋感觉。这通常是以中脑边缘系统的多巴胺释放为基础 (Vrieze et al., 2011) 。多巴胺是奖赏、学习和成瘾的关键生物基础 (Wise, 2004) 。边缘系统(腹侧纹状体、伏隔核)因此通过神经调节功能调节奖赏回路从而强化学习。儿童生来就有强烈的学习动机，正性的学习体验会激活脑内的特异性奖赏系统，产生自我奖励与强化。如此一来，一个自我奖赏的有效自主学习回路即可以形成。然而，如何能够有效地促进这个主动的学习回路正常运转起来却是专业教育工作者的重要问题。

脑的可塑性一方面表现在正性的经验对脑的促进作用，从而诱发与强化学习。另外一方面，不愉快的环境刺激或者贫乏的环境可能会干扰和阻碍学习和记忆的形成与提取，产生学习与行为的障碍。新生儿和青少年期的强烈负性刺激与过度压力可能会导致边缘系统的神经化学变化，打乱主要神经递质的平衡状态。研究发现社会剥夺环境中八齿鼠和沙鼠个体的部分前额叶皮层多巴胺能神经纤维分布密度减少 (Winterfeld, Teuchert-Noodt, & Dawirs, 1998) 。被社会剥夺的八齿鼠的边缘系统脑区出现多巴胺能和5-羟色胺能神经系统的失衡 (Poeggel, Nowicki, & Braun, 2003) 。

对于儿童与青少年来讲，其边缘系统与前额叶仍然处于不断的发展过程中，关注脑内的奖赏系统与学习的关系因此具有更为重要的意义。教育者要确保学习内容是与正性情绪相联系的，避免孩子将学习情境与负性情绪相关联产生负性情绪记忆。如果使学习与负性的厌恶情绪相联系，则会产生负面效果，阻碍学习与记忆。因此，重视脑内奖赏系统与学习的天然联系并加以科学利用，使儿童能够以自我奖赏的方式调节与控制自己的学习与进步，将是教育工作者实现成功教育最重要与最关键的工作。

音乐学习有关键期吗？这是一个非常重要的问题，但目前的脑科学研究结果尚且无法给出一个简单而明确的答案。关键期通常是指在出生后脑与行为发展的一个敏感时期。对于感觉与运动系统来说，这一概念更为严格与明确：因为发展的关键期一旦错过，就会造成无法弥补的不足。例如，如果视觉、听觉和躯体感觉没有在关键期内得到相应的感觉刺激，那么这些脑环路的功能就无法得到完善发展与实现 (Bengoetxea et al., 2012) 。

然而，不同的脑系统以各自不同的速度发育成熟 (Bengoetxea et al., 2012) 。有的系统比如人的生命中枢—脑干，其主要功能自出生起就已完备。而对感觉与运动系统，特别是高级认知与情绪系统(比如边缘系统和前额叶系统)来说，经验和学习相对更为重要，会引起相应的神经网络重组而逐渐完善其功能。其中感觉系统的发展相对较早，在生命最初几年基本得到充分发展；而边缘系统和前额叶则发育得较晚、较慢，这些脑系统是产生内在情绪所必需的，负责学习的关键加工过程比如记忆存储和提取等。人类的边缘系统和前额叶皮层甚至要到20多岁以后才会逐渐发育成熟。

如前所述，音乐学习涉及多个不同脑系统功能的整合，不但包括感觉与运动，更需要脑的奖赏与动机系统(边缘系统和前额叶皮层)的积极参与。因此从理论上讲，这个复杂的学习通路并没有严格意义上的关键期。因为脑的奖赏与动机系统在整个生命过程中都具有一定程度的可塑性，终生学习因而成为可能。在此需要强调的是基于以往横断研究的结果，音乐学习所产生的脑功能与结构方面的优势还是与音乐训练开始的时间有密切的关系，通常音乐训练开始的越早(早于七岁)，这些相关变化亦越显著，这可能在很大程度上与音乐学习中的感觉与运动系统的发育规律有关。