前言
我愛音樂，也愛科學──但為何要將兩者結合在一起？
我愛科學，而想到有這麼多人害怕科學，或認為選擇科學就代表不能保有同情心、感受藝術或敬畏大自然，便讓我覺得痛苦。科學的意義不在於驅除一切神祕，而是重新創造、活絡神祕的面貌。
──摘自《為什麼斑馬不會得胃潰瘍？》，薩波斯基著
一九六九年夏天，當時我十一歲，在住家附近的音響店買了一套音響設備，總價約一百美元。那是我在春天以時薪七十五美分的代價幫鄰居割草賺來的。自此之後，每天下午我都在房間內待上長長的時間，聆聽一張又一張唱片：奶油樂團（Cream）、滾石樂團、芝加哥樂團、賽門與葛芬柯（Simon and Garfunkel）、法國作曲家比才、俄國作曲家柴可夫斯基、爵士鋼琴家喬治．雪林（George
Shearing），以及薩克斯風樂手布茲．藍道夫（Boots
Randolph）。我沒有將音樂放得特別大聲（至少不像大學時代那樣，將音量開得太大，竟讓喇叭起火燃燒），但當時的音量顯然已吵到我父母。我母親是小說家，每天窩在走廊盡處的小房間奮力寫作，晚餐前則會彈上一小時鋼琴；我父親則是生意人，每週工作八十小時，其中四十小時是晚上和週末在家中的辦公室完成。父親以生意人的口吻向我提出協議：他願意買副耳機給我，只要我答應當他在家中時，聽音樂都得戴上耳機。從此以後，耳機改變了我聽音樂的方式。
當時我正在聆聽一些新崛起的音樂人，他們都開始初步嘗試立體聲混音效果。我花一百元買來的套裝式音響，性能不甚良好，直到戴上耳機之前，我都不曾聽出音樂裡的聲音層次，也就是空間內從左到右、自前至後的樂器配置（即回響）。對我而言，唱片不再只是一首首歌曲，更包含了各種聲音。耳機開啟了一個充滿聲音色彩的世界，彷彿布滿微妙聲音細節的調色盤，超越了和弦、旋律、歌詞或某位歌手的歌聲。無論是清水合唱團（Creedence
Clearwater Revival）以美國南方軟膩唱腔吟出的〈綠河〉（Green River）、披頭四樂團充滿田園牧歌空靈美感的〈慈母之子〉（Mother Nature's
Son），或是貝多芬第六號交響曲（由卡拉揚指揮）的雙簧管樂音在木石教堂的廣大空間內低吟迴盪，種種聲音將我團團包圍。戴上耳機時，音樂彷彿突然從我腦中冒出，而非來自外界，像是我個人所獨有。就是這種個人的連結感，最終使我成為錄音師與製作人。
多年後，歌手保羅．賽門（Paul Simon）告訴我，聲音是他永恆追尋的目標。「我聽自己的唱片，都是為了聆聽聲音。不是為了和弦，也不是為了歌詞。我得到的第一印象，必然是整體的聲音。」
大學宿舍內的喇叭起火事件後，我決定休學，加入搖滾樂團。我們唱得還不錯，有幸到加州某間擁有二十四軌錄音設備的錄音室錄音，錄音師是才華洋溢的馬克．尼德罕（Mark Needham），他後來參與了一些暢銷專輯的錄音，包括藍調歌手克里斯．艾塞克（Chris Isaak）、蛋糕樂團（Cake）和佛利伍麥克樂團（Fleetwood Mac）。
馬克很喜歡我，可能因為只有我有興趣進控制室聆聽錄音結果，而其他人只想在兩次錄音之間保持亢奮。馬克視我為樂團的製作人，雖然當時我並不知道製作人要做什麼。他問我，我們希望樂團呈現什麼樣的風格。他讓我了解麥克風能讓聲音產生多大的區別，放在不同位置又會有何等影響。剛開始，我其實無法完全聽出他所說的差異，但他告訴我該聽些什麼。「注意聽，當我讓這支麥克風靠近吉他的音箱，聲音聽起來會比較飽滿、圓潤、平均。若兩者距離較遠，麥克風會收到房間裡的一些聲音，變得比較有空間感，不過這樣會喪失一些中頻。」
我們樂團在舊金山漸漸打開知名度，當地搖滾電台也播放我們的音樂。樂團解散後（因為吉他手不時鬧自殺，主唱則有吸笑氣和用剃刀自殘的惡習），我開始擔任其他樂團的製作人。我學習聆聽一些過去從未注意的部分，像是不同麥克風甚至不同品牌錄音帶所造成的差異，例如Ampex 456盤帶在低頻範圍有種特別的「碰碰」聲，Scotch 250的高頻特別輕脆，而Agfa
467的中頻部分很亮。知道該聽些什麼後，我能輕易分辨用Ampex、Scotch或Agfa盤帶錄製的音樂，就像分辨蘋果、梨子和橘子一樣簡單。我也進一步和其他優秀錄音師一起工作，例如蕾絲莉．安．瓊斯（ Leslie Ann Jones，曾與法蘭克辛納屈和巴比．麥克菲林合作）、弗瑞德．卡特羅（Fred
Catero，曾與芝加哥合唱團以及珍妮絲．賈普林合作），還有傑佛瑞．諾曼（Jeffrey
Norman，曾與約翰．佛格堤以及死之華樂團合作）。雖然我是製作人（也就是負責錄音大小事的人），卻依然為這些人的風采所折服。有些錄音師會讓我進錄音間和大牌音樂人坐在一起，像是紅心樂團（Heart）、旅行者樂團（Journey）、山塔那（Santana）、惠妮休斯頓和艾瑞莎．弗蘭克林。看著那些錄音師和音樂人互動、談論某段吉他演奏所表現的細微差異、某段唱腔表達得如何等等，我終生受用無窮。他們會討論一句歌詞的某些音節，然後從十段不同的錄音中選出一種，展現出驚人的聽力。他們究竟是如何訓練自己的耳朵，才能聽出一般人無法分辨的差異？
當時我也和一些沒沒無聞的小型樂團合作，認識了不少錄音室經理和錄音師，他們帶領我逐步精進工作技巧。有一天，一位錄音師沒來，我就幫山塔納剪輯錄音磁帶；另一次，在藍牡蠣樂團（Blue Oyster Cult）的製作期間，傑出製作人皮爾曼（Sandy
Pearlman）外出吃午餐，留我一人處理完合聲部分。就這樣，案子接踵而至，結果我在加州製作了十年的唱片，也有幸和許多知名音樂家共事。我也曾和不少籍籍無名的音樂人一起工作，他們才華洋溢，只是終究未能成名。這讓我感到很好奇，為何有些音樂人變得家喻戶曉，其他人卻埋沒終生？我也想知道，為何音樂對某些人來說輕而易舉，對其他人則否？創造力從何而來？為何有些歌曲令人感動，有些卻難以親近？此外，傑出音樂人和錄音師擁有神奇的能力，可以聽出音色的細微差異，而大多數人卻沒有，人的感知能力在聽覺中究竟扮演什麼角色？
這些問題促使我回到學校尋找答案。當我仍在擔任唱片製作人時，每週會和皮爾曼開車到史丹佛大學二次，聆聽心理學教授卡爾．皮布姆（Karl
Pribram）的神經心理學講座，我發現心理學恰能解答我心中不少疑問，這些問題包括記憶、知覺、創造力，以及造就這一切能力的共同來源：大腦。然而問題還沒找到解答，卻衍生了更多問題，這是研究科學常有的情形。每個新問題都開啟了內心的一扇窗，讓我更能欣賞音樂與整個世界，乃至人類經驗的複雜性。正如哲學家保羅．丘奇蘭（Paul
Churchland）所言，人類努力透過歷史紀錄來了解這世界。過去短短兩百年間，我們的好奇心揭露了大自然隱藏的諸多祕密，像是時空的脈絡、物質的組成、能量的多種形式、宇宙的起源、DNA隱含的生命本質，甚至完成了人類基因組圖譜。然而有個謎團尚未解開，即人類大腦的奧祕，以及大腦如何產生思想、感覺、希望、欲望、愛和美的感受，甚至舞蹈、視覺藝術、文學和音樂。
音樂是什麼？從何而來？為何某些連串的聲響令人深深感動，而其他聲響（例如狗吠或汽車噪音）卻令人感到不快？對某些研究者而言，這類問題占據了研究生涯的極大部分；其他人則認為，以這種方式來解析音樂，豈不像是解析哥雅畫作的化學成分，而不去欣賞其努力創造的藝術？牛津大學歷史學家馬丁．坎普（Martin
Kemp）指出藝術家和科學家的相似性：多數藝術家描述自己的作品時，聽起來就像在描述科學實驗──他們透過一系列嘗試，探討大眾關切的某項議題，或建立某種觀點。我的好友兼同行威廉．湯普森（William Forde
Thompson）是加拿大多倫多大學的音樂認知科學家兼作曲家，他也指出，科學家和藝術家的工作有相似的進展：先是創造與探索的「腦力激盪」階段，接著是測試和逐步推敲，通常這時會應用固定的工作程序，但有時也會發現更富創造力的方法而能解決問題。藝術家的工作室和科學家的實驗室也有諸多相似之處，例如一口氣進行許多計畫，且計畫都處於不同階段。兩者都需要專業器材，並把成果開放給各方去詮釋，而不像建築吊橋那樣會有個最終定案，或者銀行帳戶必須於營業日結束時結算金額。藝術家和科學家還具備一種共同的能力：能夠接受隨時有人對自己的作品提出詮釋及再詮釋。藝術家和科學家皆全心追求真理，但兩者都知道真理的核心本質是變動的，是有情境的，是取決於觀點的，因此今日的真理到了明日也可能會被證實為假說，或變成為人所忘的藝術品。只要看看幾位著名心理學家，如皮亞傑、佛洛伊德和史金納就知道，曾經席捲世界的理論，到頭來也會遭到推翻（或至少是嚴厲的重新評估）。音樂界有好幾個樂團太快受到肯定，例如廉價把戲樂團（Cheap
Trick）曾被捧成新一代的披頭四，滾石雜誌出版的《搖滾百科全書》（The Rolling Stone Encyclopedia of Rock & Roll）給亞當和螞蟻樂團（Adam & The Ants）的篇幅就跟U2一樣多。有段時間人們也無法想像，有一天這世界將會遺忘保羅．史圖基 、克里斯多夫．克羅斯 和瑪麗．福特
。對藝術家來說，繪畫與作曲的目的並非表現狹義的真實，而是傳達普世的真理，因此只要作品成功，即使時代背景、社會與文化有所改變，依然能夠觸動人們的心靈。對科學家來說，建構理論的目標是傳遞「當下的真理」，以取代舊時的真理，而今日的真理有朝一日也將受「新的真理」所取代，因為科學就是以此方式向前推進。
音樂既無所不在，又非常古老，因此在人類活動中顯得異常突出。在任何有史可考的過去或現存的人類文化中，音樂都不曾缺席。我們在人類或原始人的考古遺址發現的器具中，有些最古老的製品便是樂器，例如骨笛，或以獸皮覆於樹樁上繃成皮鼓。只要有人類聚集的地方就有音樂，像是婚禮、葬禮、大學畢業典禮、行軍、體育盛事、城鎮夜間集會、祈禱、浪漫晚餐、母親輕搖嬰兒入睡、大學生一同念書時播放的音樂等。而比起現代西方社會，非工業化國家的文化更是充斥著音樂，無論過去或現在，音樂都是日常生活不可或缺的一部分。遲至大約五百年前，人類社會才出現「音樂演奏者」和「音樂聆聽者」的分類。放眼全世界與人類歷史，「生產音樂」本來就像呼吸、走路一樣自然，所有人都能參與，至於專供音樂表演的音樂廳，事實上直到近幾個世紀才出現。
我和人類學教授吉姆．佛格森（Jim
Ferguson）從高中時代就相識，他聰明又幽默，卻非常害羞，真不知道他要如何授課。他在哈佛大學攻讀博士學位時，曾前往賴索托進行田野調查，那是一個非洲小國，被南非共和國四面包圍。佛格森在那裡做研究、與村民互動，也耐心贏得大家的信任，直到有一天他獲邀加入村民的吟唱。當索托族的村民邀請他一同歌唱時，他以一貫的溫和語氣說：「我不會唱歌。」這倒是真的，我們高中時代曾一起參加樂團，他很擅長吹雙簧管，卻是個走音大王。他的拒絕讓村民大惑不解，對他們來說，唱歌是再普通不過的日常活動，索托人不分男女老幼都會唱歌，這從來不是限定少數人參加的活動。
我們的文化及語言將專業表演者（像是鋼琴家魯賓斯坦、爵士女伶艾拉．費茲傑羅、歌手保羅．麥卡尼）歸為截然不同的另一類人。一般人付費聆聽專家表演，藉此得到娛樂。佛格森知道自己不擅長唱歌跳舞，對他來說，若在公眾面前唱歌跳舞，就表示他自認是這方面的專家。但村民們盯著他看，說道：「你說不會唱歌是什麼意思？你會說話啊！」後來佛格森對我說：「對他們來說，那是很奇怪的，就好像我說我不會走路或跳舞，可是我明明就有兩條腿啊。」在索托人的生活中，唱歌跳舞是再自然不過的活動，渾然天成，任何人都可以從事。索托語指稱「唱歌」的動詞是「ho
bina」，這個詞也表示跳舞，兩者之間沒有分別，而世界上有許多語言也都是如此，因為唱歌原本就包含肢體律動。
在好幾代以前，還沒有電視的時候，許多家庭經常圍坐一圈，彈奏音樂自娛。今日的人則十分強調技術與技巧，也在意某位音樂家是否「夠格」演奏給其他人聽。曾幾何時，在我們的文化中，音樂生產已成為專業活動，其他人只要負責聆賞就好。如今音樂工業已是美國最大型的產業之一，相關從業人員高達數十萬人，每年光是專輯銷售便帶來三百億美元，而這還不包括演唱會門票收入、每週五晚間數千個樂團在北美各地酒館、餐廳的演出，或者透過點對點傳輸免費下載的三百億首歌曲（以二○○五年為例）。美國人花在音樂上的錢多過性愛或處方藥，既然有這麼大量的消費，我敢說，大多數美國人已經夠格當專業的音樂欣賞者。多數人都能夠聽出走音、找到自己喜歡的音樂、記得數百首歌曲，也能跟隨音樂用腳打出正確的拍子，而要做到這一點就必須能夠判斷節拍，過程非常複雜，連大多數電腦都做不到。那麼，我們為何聽音樂，又為何願意花這麼多錢聆聽音樂？兩張演唱會門票的價格往往相當於一個四口之家一星期的伙食費，一張CD的價錢也相當於一件T恤、八條土司或一個月的電話費。若能了解人們為何喜歡聽音樂，什麼原因使我們受到音樂吸引，就等於開啟了一扇窗，讓我們更加了解人類的天性。
對人類共同的基本能力提出疑問，就等於是間接對演化提出問題。為了適應所處的環境，動物會演化出某些構造形態，其中對求偶有利的特質會透過基因傳給下一代。
達爾文的演化理論有個很微妙的論點，即生物會與自然世界共同演化。換句話說，生物會因應這個世界而變，這世界也會因生物而發生改變。舉例來說，當某物種發展出某種機制來躲避特定的捕食者，捕食者便面臨了演化壓力，解決之道是發展出破解該種防禦機制的方法，或者另覓別種食物來源。自然界的天擇可說是一場軍備競賽，誰都想在身體形態的變化上趕上對方。
有個頗新的科學領域稱為「演化心理學」，將演化的想法從實體延伸至心理領域。我在史丹佛大學唸書時，曾受教於心理學家羅傑．薛帕（Roger
Shepard），他便指出，我們的身體甚至心智，都是數百萬年演化的產物，舉凡思考模式、以特定方法解決問題的傾向，甚至感覺系統，例如看見顏色（及辨別特定顏色）的能力，全都透過演化而得來。薛帕德進一步延伸這個觀點：我們的心智會與自然界共同演化，會因應不斷變化的環境而改變。薛帕德有三名學生成為該領域的佼佼者，即加州大學聖塔芭芭拉分校的莉妲．科斯米蒂絲（Leda
Cosmides）和約翰．托比（John Tooby），以及新墨西哥大學的傑佛瑞．米勒（Geoffrey Miller）。研究人員相信，研究心智演化的方式，有助於深入了解人類的行為模式。而音樂在人類演化與發展中，發揮了什麼樣的功能呢？可以肯定的是，五萬年、十萬年前的音樂，絕對與貝多芬、范海倫合唱團（Van
Halen）或阿姆（Eminem）的音樂大不相同。大腦不斷演化，我們喜歡的音樂、想要聽到的音樂也隨之而變。那麼，我們的大腦是否有特定的區域或路徑，專門用來生產與聆聽音樂？
過去認為藝術和音樂都是由右腦來處理，語言和數學則由左腦負責，但這種簡化的想法已然過時，近來我的實驗室和其他同行的研究結果顯示，處理音樂的部位遍布整個大腦。我們透過腦部傷患的研究案例，發現有些病人失去閱讀報紙的能力，卻仍能聽懂音樂，或者有些人可以彈鋼琴，但缺乏扣鈕扣的動作協調能力。聆聽、演奏音樂和作曲則會使用到近乎我們所知的大腦全部區域，也幾乎與所有神經子系統有關。基於這項事實，我們是否可以說，聽音樂能夠鍛鍊心智的其他面向？每天花二十分鐘聽莫札特的音樂會不會使我們變聰明？
音樂能夠觸動我們的情緒，這份力量早已被廣告製作人、電影工作者、軍隊指揮官和母親運用得爐火純青。廣告商利用音樂，讓某個牌子的飲料、啤酒、慢跑鞋或汽車看起來比競爭對手更棒。導演用音樂告訴我們在某場可能會很曖昧的戲中該有什麼情緒，或加強我們對特定情節的感受。不妨想想某部動作片的經典追逐橋段，或者女演員在漆黑的老房子裡孤身攀爬樓梯的配樂──音樂被用來操控我們的情緒，而我們往往也接受這股力量，願意透過音樂去體會各種感受，即使不全然樂在其中。無論在多麼久遠的時代，世界各地的母親都能用輕柔的歌聲哄孩子入睡，或令孩子忘卻那些使他們哭泣的事物。
許多人愛好音樂，卻坦承自己對音樂一竅不通。我也發現，許多同事雖然研究的是神經化學或精神藥理學這類艱深複雜的主題，面對「音樂的神經科學」卻不知該如何著手，但沒人能怪他們，因為音樂理論家制訂了一堆神祕難解、難以捉摸的術語和規則，幾乎和數學中最艱深的領域同樣晦澀。在一般人眼裡，音樂記譜法上的一堆豆芽菜，看來就和數學集合理論的記號沒兩樣，談到音調、節拍、轉調和移調，更是令人頭痛不已。
我的同事雖被這些「行話」搞得暈頭轉向，仍能說出自己喜歡的音樂類型。我的朋友諾曼．懷特（Norman
White）是鼠類腦部海馬迴的世界權威，研究鼠類如何記住自己去過的地方。他也是重度的爵士音樂迷，講起喜愛的爵士樂手總是滔滔不絕。他能憑樂聲立即分辨出艾靈頓公爵和貝西伯爵，甚至分得出路易斯．阿姆斯壯早期與晚期的音樂。懷特對音樂技術一無所知，他能告訴我他喜歡哪首歌，但說不出歌曲所用的和弦名稱，不過他十分清楚自己喜歡什麼。當然，這並不罕見，對於自己喜好的事物，不少人都能掌握一些實用知識，且無需專業的技術知識，也能毫無阻礙地交流彼此的喜好。例如我常去一家餐廳，我知道自己很喜歡吃那裡的巧克力蛋糕，喜歡的程度遠超過住家附近咖啡店的同款蛋糕，然而只有廚師才會去分析蛋糕，詳細描述麵粉、起酥油以及巧克力的差異，將味道拆解成各種成分許多人都被音樂家、音樂理論家和認知科學家的行話搞得暈頭轉向，實在有點可惜。任何領域都有專業術語，你不妨試著請醫師向你解釋血液分析報告的全部內容。而就音樂這方面，其實音樂專家和科學家大可多用點心，讓他們做的事情更容易被理解，這正是我寫作此書的目的。事實上，不但「演奏音樂的人」和「聆聽音樂的人」之間出現了不自然的隔閡，就連「純粹愛好音樂的人」（以及喜歡談論音樂的人）和「研究音樂如何發揮作用的人」之間也有類似的鴻溝。
這些年來，我的學生經常向我吐露，他們熱愛生活與生命中的神祕事物，卻擔心學得太多會剝奪生活中的簡單樂趣。神經科學家薩波斯基的學生大概也曾向他表達相同的感受，其實我自己在一九七九年移居波士頓就讀伯克利音樂學院（Berklee College of
Music）時也有同樣的焦慮：如果我以學術角度來研究、分析音樂，解開了箇中奧妙，會有什麼樣的結果？一旦擁有廣博的音樂知識，我會不會再也無法從中得到樂趣？
結果我依然能盡情享受音樂帶來的樂趣，就與當年那個用著廉價高傳真音響和耳機的我沒有兩樣。我對音樂與科學鑽研得愈多，這兩者就變得愈加迷人，我甚至更有能力欣賞音樂和科學界的真正傑出人士。經過這些年，我敢肯定地說，音樂和科學研究一樣，都是精采的大探險，為每天的生活帶來不同的驚奇。科學及音樂都持續給我驚喜和滿足，原來把兩者結合起來，結果也還不差嘛！
這本書談的是音樂的科學，從認知神經科學的角度切入（認知神經科學結合了心理學和神經學）。我會談到我與其他研究者的一些最新研究，牽涉的領域包括音樂、音樂的意義及音樂所帶來的樂趣。這些研究為一些深刻的問題闢出了嶄新的視野。舉例來說，假使每個人喜歡的音樂不同，為何某些音樂就是能打動多數人的心，如韓德爾的彌賽亞，或者唐．麥克林（Don Mclean）的〈梵谷之歌〉（Vincent
[Starry Starry Night])？另一方面，如果我們都以相同方式聆聽音樂，為何人的愛好如此天差地別？為何某人偏愛莫札特，另一人卻獨鍾瑪丹娜？
近年來，由於神經科學出現突破性進展，心理學也發展出全新研究方法，包括新的腦部顯影技術、以藥物操控多巴胺和血清素等神經傳導物質分泌，加上從過去延續至今的科學研究，我們的心智已向我們透露許多奧祕。另有一些優異的進展較不為人所知，即我們已建立神經系統的運作模型。電腦科技持續變革，使我們逐漸了解腦部的運算系統，這是過去難以企及的成果。如今看來，語言似乎會在腦中形成確切的實體線路，就連意識也是從實體的系統中突現，不再籠罩於令人望而興嘆的迷霧中。然而，至今還沒有人能統合這些新研究，以闡述所有令人類著迷的事物中我所認為最美麗的一種：音樂。了解大腦如何理解音樂，能夠為我們解答人類本質中最難解的謎團，這也是我撰寫此書的目的。本書的目標讀者並非我的專家同事，而是一般大眾，所以我盡可能簡化各個主題，卻不至於過度簡化。本書提及的所有研究都經過同行審查，也曾刊登在學界認可的期刊上，詳細資料請見書末的注解。
透過理解音樂的本質與由來，我們得以更加認識自己的動機、恐懼、欲望、記憶，甚至了解「溝通」最廣義的形式。聆聽音樂是否是為了滿足身體的需求，就像人為了解飢而進食？或者比較類似觀看美麗的夕陽與接受背部按摩，能夠觸動腦中產生愉悅感受的系統？為何人們隨著年紀增長，似乎便愈發執著於固有的音樂品味，不再嘗試新的音樂類型？本書旨在探討大腦與音樂如何共同演化，讓音樂帶領我們認識大腦、讓大腦教導我們認識音樂，並結合兩者，使我們更加認識自己。
