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如果要在人類的心智活動當中，挑出最美的活動，相信音樂必定會名列前茅的。音樂為個人和社會，都帶來了無可言諭的慰藉與快樂。 兩千年來，不少哲學家和心理學家、努力地想探索人類對音樂的接收與分析過程，可惜都成效不彰。但是在過去的十多年來，由於各種對大腦活動探測的方法陸續出現，科學界對這一個千古的謎團，已經有了不少的認知。
音樂的要素，包含了音高、旋律、合弦、韻律、及表情。過去十多年來科學界的研究結果，發現人類大腦對音樂的處理區，並不是集中在一處，而是針對這幾個要素，分別動用好幾個不同的大腦區域來共同處理。在這篇文章當中，我會儘量減少使用神經醫學的術語，而多使用模型的照片和標示來解釋。
最前面兩張附圖中，是一個人類中樞神經系統的模型的正面及側面。淡色部份是腦幹，深棕色部分是小腦，肉色部分則是大腦。大腦的神經元本體，都位於大腦的表層附近，包括皺摺的表面，通稱為皮質（Cortex），是處理資訊的地方。神經元與神經元之間被稱為軸突（axon）的連線，則位在較內一層。另外，在大腦的中央底部，還包著好幾個重要的資訊處理區域。它們是在大腦演化史上比較早期就出現的部份。它們對情緒、感官、和記憶的形成很重要，我在後面會觸及幾個這些區域。
＊＊音高＊＊
首先和大家從最簡單的音樂要素——「音高」談起。當聲音進入內耳之後，由於耳蝸（cochlear）的不同部位，有不同的共振頻率，所以聲音訊號便在此處被轉換成許多個以頻率來區分的訊號（熟悉數學的朋友，可能會想到：這個過程有點像是「傅立葉轉換」（Fourier
Transform）），再分別由許多條不同的聽覺神經，經由腦幹傳到大腦底部的丘腦（thalamus）作一些初步的處理之後，再傳送到大腦皮質的「主要聽覺處理區」（Primary Auditory Cortex）。這個區，也大致按聲音的頻率分成好幾個小區，來分工處理聲音訊號，而達成對音高的辨識。在較前方的幾個小區，處理比較低頻的訊號，而在較後方的幾個小區，則處理比較高頻的訊號。右大腦此區的頻率分工比左大腦細緻、也在音高的辨識上、扮演了比較重要的角色。
在兩邊大腦的主要聽覺處理區附近，都還有一些「輔助聽覺處理區」（Secondary Auditory Cortex），也會參與處理工作。
人類對音高的辨識，和其他的動物有幾個不同的特性。例如說：一段旋律被平行移調（transposed）之後，人類還是可以辨認出新、舊旋律之間的相關性。而其他的動物，則還未發現有此能力的。另外，人類會把相差八度的音，歸為同類，學術上稱之為「Octave Equivalence」。目前也還未在其他的動物裡發現 Octave Equivalence 的能力。
在西歐的人口當中，絕對音感（absolute pitch）是很稀有的。連著名的作曲家當中，也只有莫札特和孟德爾頌等少數作曲家有絕對音感。但是大約在十年前，有美國的研究人員發現：在操華語（包括不少方言）及越南語的人口當中，有絕對音感的比例，遠高過西歐人口中的比例。 因為華語和越南語都是講求音調的語言（tonal languages），所以研究人員推測：這些人口牙牙學語的過程，對絕對音感的建立，產生了很大的幫助。這樣的猜測固然是有道理，不過我也想到另外一個可能性：會不會是華人天生對音高就比較敏感，所以能夠發展出注重音調的語言？ 這是一個類似「雞生蛋？蛋生雞？」的問題，不過是可以設計實驗來釐清因果關係。
＊＊ 和聲 ＊＊
當兩個以上的單音同時發聲時，會產生和諧或不和諧的情況。 研究人員發現：對和諧或不和諧的辨識，是人類共通的能力。但是對各種和諧音程或不和諧音程的好惡程度，卻和個人的文化環境及經驗有關。 有些民族音樂，就慣於使用不和諧音程，來增加音樂的表現力。
基本上，當兩個音的頻率是越簡單的整數比，其和諧度就越高。例如說：「完全四度」音程的頻率比是4 比3，而「完全五度」音程的頻率比則是3比2。至於人體的聽覺系統、從耳朵到大腦皮質，中間還有幾個中繼處理站，到底是那一站最能偵測音樂的和諧性呢？ 這個領域的研究，最近幾年才起步，可能還需要一些時日，才能撥雲見日。 西歐的古典音樂偏好和諧音程，例如它的七聲音階，就是在主音之上，不斷地加完全五度的音程，再平移集中到同一個八度內而形成的。 而西歐古典音樂裡四種主要的三和弦（大三和弦、小三和弦、增三和弦、和減三和弦），也大部分是由和諧的音程（完全五度、大三度、和小三度）所構成的。
＊＊ 音樂的語法 ＊＊
音樂的語法（musical
syntax）包括了旋律的發展及和弦的進行。研究人員發現：人類大腦在分析音樂語法時所使用的區域，和分析語言時所使用的區域有相當多的重疊。例如說：專門負責語言分析的 Broca’s Area，也是音樂語法分析的主要區域。不過，音樂語法的分析，對左大腦的偏重程度，比較不像語言分析那麼高。
此外，大腦在作音樂語法分析時所根據的標準，會受到個人後天經驗的強烈影響，就像在不同的語言環境裡長大，腦中會不自覺地被植入不同的文法一樣。例如說：聽慣西歐「調性音樂」（tonal music）的人，會對調性外和弦（out-of-key chord）的出現感到突兀，也會對「假終止」（deceptive cadence）感到意猶未盡。（在西歐的調性音樂裡，「假終止」是指一段旋律或和弦的進行，似乎在預告著樂曲即將結束，但是最後一個音或和弦，並沒有回到主音或是主和弦。）
此外，大腦在作音樂語法分析時所根據的標準，會受到個人後天經驗的強烈影響，就像在不同的語言環境裡長大，腦中會不自覺地被植入不同的文法一樣。例如說：聽慣西歐「調性音樂」（tonal music）的人，會對調性外和弦（out-of-key chord）的出現感到突兀，也會對「假終止」（deceptive cadence）感到意猶未盡。（在西歐的調性音樂裡，「假終止」是指一段旋律或和弦的進行，似乎在預告著樂曲即將結束，但是最後一個音或和弦，並沒有回到主音或是主和弦。）
在大腦內部、大約一半高度的地方，有一條水平走向、由無數軸突（axon）組成、聯接左、右大腦的通衢大道，被稱為「胼胝體」（corpus callosum）。研究人員發現：如果七歲之前就開始大量從事音樂活動的話，胼胝體會明顯增厚，也就是說：幼年的豐富音樂經驗，能讓左、右大腦之間的溝通更加有效。這個現象，和音樂活動需要用到的區域、散居在大腦左、右兩邊的現象，是一致的。
＊＊ 韻律 ＊＊
人類對音樂節拍韻律的反應，也像對旋律及和弦的反應一樣，深深受到周遭文化的影響。例如說：我們所經常接觸的西歐古典音樂，是以「等長節拍」的韻律為主。大多數的流行音樂，也是如此。可是巴爾幹半島地區、特別是保加利亞的舞蹈與音樂裡面，充滿了像 （3+2+2 ）或是（2+2+3+3） 這種「不等長節拍」的韻律。 雖然大部分的人，對這樣的韻律會產生突兀的感覺，但是當地的兒童，卻耳濡目染，很小就習慣於這樣的韻律。 影響所及，連長居於奧地利的德國作曲家布拉姆斯，都會在作品裡面穿插不等長節拍的韻律。
在人類大腦的頂部表面、接近前後中點的地方，有一條左右方向的皮質區，是負責全身各部位動作的的最高指揮所，被稱為「 motor cortex 」（運動皮質區）。有趣的是：這個區域不但在演奏音樂時很活躍，連在靜坐的狀況下被動聆聽音樂韻律時，這個區域也很活躍，似乎隨時在躍躍欲動。 在它稍前方的輔助運動皮質區（pre-motor cortex）以及作為運動訊息關卡的小腦（cerebellum），也有類似的反應。 這種連動反應的現象，在最近幾年被醫學界利用來以音樂為巴金森症（Parkinson’s Disease）的患者進行行動復健。
＊＊ 整體的感受 ＊＊
當大腦的各個部分在在分頭忙著分析音樂的各個要素的時候，它們也在忙著通告大腦的其它相關部分它們分析的結果。這時候，前面提到過的大腦底部的古老核心區域裡面的幾個部分、包括 Hippocampus（海馬體）和Amygdala（杏仁體），會根據這些分析結果，作出適當的情緒反應。 如果一切分析結果都很理想，這些部分就會讓您飄飄然地享受「此曲只應天上有」的樂趣了。
