有一天，当劳雷尔11岁时，她在科德角的一个公园里和她的双胞胎妹妹以及一些朋友玩耍时，开始感到头晕。她坐了下来，她的一个朋友问她是否还好。然后劳雷尔的记忆一片空白。通往大脑的一条关键血管突然阻塞导致了一次严重的 stroke。血液无法到达对语言和交流至关重要的区域，造成了永久性损伤。劳雷尔仍然能够理解语言，但她努力发声，甚至说不出一个词，而且她设法说出的内容常常是含糊不清的，或者不是她想要表达的。除非她唱歌。
通过一种称为旋律语调疗法的治疗方式，劳雷尔学会了利用未受损的大脑区域来调节语言的节奏和音调方面，绕过了她大脑左侧被破坏的言语通路。换句话说，她通过音乐找到了回到语言的道路。
帮助劳雷尔的治疗方案——就像我们在作为科学家和临床医生工作中关注的其他方案一样——是一类新的基于音乐的治疗方法之一，这些方法直接基于神经损伤和恢复的生物学原理。这些治疗旨在通过利用大脑的健康区域，有时甚至通过恢复功能失调的回路来恢复因损伤或神经系统疾病丧失的功能。随着关于这些技术有效性的证据不断积累，来自各个领域的临床医生和治疗师已经开始将它们纳入到他们的实践中，最值得注意的是音乐治疗师，他们处于音乐和健康的交叉点，是这些干预的重要媒介，以及言语治疗师和物理治疗师。而受益者包括被诊断患有 stroke、自闭症、耳鸣、帕金森病和痴呆症的人。
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随着科学家们更多地了解音乐对认知和运动功能以及精神状态的影响，他们可以为每种疾病量身定制这些疗法，针对特定的脑损伤或功能障碍。在劳雷尔的案例中，治疗旨在随着时间的推移，触发大脑健康部位替代神经通路的发展，以补偿受损语言中心中丢失的通路。但最终目的是帮助她尽可能多地重拾那天在公园里在她身边崩溃的世界。
音乐作为药物
在各种文化和整个历史中，音乐聆听和音乐创作在治疗身心疾病方面都发挥了作用。公元前四千年的埃及壁画似乎描绘了使用音乐来提高女性生育能力。秘鲁高地热带森林的萨满教徒使用吟唱作为他们主要的治疗工具，加纳的阿散蒂人则在治疗仪式中伴以击鼓。
基于音乐的治疗的大部分力量在于其能够将许多微妙的好处融合成一个引人入胜的整体。音乐在定义其特征的范围方面，也许是任何其他人类表达形式都无法比拟的，从其旋律和节奏到其情感和社会性质。利用这些属性的治疗方法是有益的、有动力的、易于获得的且廉价的，并且基本上没有副作用。音乐的吸引力也鼓励患者在数周和数月内继续治疗，从而提高了获得持久收益的机会。
音乐可用于治疗神经损伤的观点在2008年发表的一项具有里程碑意义的研究中获得了一些科学依据。赫尔辛基大学的心理学家特波·萨尔卡莫和他的团队招募了60名在单侧大脑半球大脑中动脉中风的患者。他们将患者分为三组：第一组每天参加音乐聆听课程，第二组每天听有声读物，第三组未接受听觉治疗。研究人员对患者进行了为期两个月的观察。听音乐组的患者在言语记忆和注意力方面表现出最大的恢复。并且由于听音乐似乎可以改善记忆力，现在的希望是积极的音乐创作——唱歌、运动和与节拍同步——可能有助于恢复额外的技能，包括中风患者的言语和运动功能。
歌唱疗法
劳雷尔接受的各种基于音乐的治疗源于对中风患者的一个显著观察。当中风影响到控制言语的大脑区域时，可能会使患者患上称为非流利性失语症的疾病，即无法流利说话。然而，正如多年来的治疗师所指出的，患有非流利性失语症的人有时可以唱出他们无法用其他方式说出的词语。
在1970年代，波士顿退伍军人管理局医院的神经学家马丁·阿尔伯特和言语病理学家罗伯特·斯帕克斯和南希·赫尔姆（现在的赫尔姆-埃斯塔布鲁克斯）认识到这种能力的治疗意义，并开发了一种称为旋律语调疗法的治疗方法，其中歌唱是核心要素。在典型的疗程中，患者会用简单的旋律演唱单词和短语，同时用左手敲击每个音节。旋律通常涉及两个音符，可能相隔小三度（例如“绿袖子”的前两个音符）。例如，患者可能会以简单的上下模式演唱短语“你好吗？”，其中重读音节（“are”）的音调高于其他音节。随着治疗的进展，短语会变得更长，发声的频率也会增加，可能从每秒一个音节增加到两个。
治疗的每个要素都有助于流利性，通过招募未受损的大脑区域来实现。声音音调的缓慢变化会调动与右半球感知相关的区域，右半球在比左半球更长的时间间隔内整合感觉信息；因此，它对缓慢调制的聲音特别敏感。左手有节奏的敲击反过来又调用了右半球中控制与发声器官相关的运动的网络。即使在一次治疗后，益处也通常很明显。但是，当在数月内进行强化旋律语调疗法时，也会产生长期收益，这似乎源于神经回路的变化——替代通路的创建或大脑中基本通路的加强。实际上，对于患有严重失语症的患者，唱歌训练大脑右半球的结构和连接，使其承担通常主要由左半球处理的任务的永久责任。
在过去的二十年中，世界各地的研究人员对患有非流利性失语症的中风患者进行的研究为这一理论提供了支持。在我们（施劳格）和他在贝斯以色列女执事医疗中心和哈佛医学院的团队于2014年9月发表的一项研究中，11名患者接受了旋律语调疗法；9名患者未接受治疗。接受治疗的患者在回答问题时，每分钟能够串联起来的合适单词数量是原来的两倍多。同一组患者还通过MRI评估，显示出与发声相关的右半球网络中的结构变化。该实验室目前正在进行研究，以比较旋律语调疗法与其他形式的失语症患者疗法的益处。
由于旋律语调疗法似乎通过调动右半球来发挥作用，因此研究人员随后推测，对该区域的电刺激或磁刺激可能会增强疗法的效力。在我们与合作者进行的最近两项研究中——一项是2011年在贝斯以色列女执事医疗中心和哈佛大学进行的，另一项是2014年在澳大利亚悉尼的ARC认知与障碍卓越中心进行的——研究人员刺激了右半球中称为下额回的区域，该区域有助于将声音与产生声音的口腔、面部和发声运动联系起来。对于许多参与者来说，将旋律语调疗法与非侵入性脑刺激相结合，仅在几次疗程后就产生了言语流利性的改善。
旋律语调疗法的益处对劳雷尔（她是施劳格领导的一项研究的一部分）来说是显著的。中风破坏了她的大部分左半球，包括对语言产生至关重要的称为布罗卡区的区域。当她在2008年开始治疗时，她无法串联超过两三个词，而且她的言语常常是不符合语法的，这让她每次试图交流时都感到沮丧。她的治疗计划是密集的——每天一个半小时，每周最多五天，总共75次疗程。到15周的治疗期结束时，她可以说出五到八个单词的句子，有时甚至更多。在接下来的几年里，她使用她在疗程中学到的技术在家中为自己治疗。今天，在她中风八年后，劳雷尔将她的一些时间用作励志演讲者，为其他中风幸存者提供希望和支持。她的言语并不完美，但对于一个中风损伤了她大脑左侧如此多区域的人来说，仍然是非凡的。评估联合疗法的长期益处是研究人员的下一个议程。
音乐与运动
音乐创作还可以帮助患有运动技能障碍的中风幸存者。在2007年发表的一项研究中，神经心理学家和音乐教育家萨宾·施耐德和神经学家埃卡德·阿尔滕穆勒（当时都在德国汉诺威音乐、戏剧和媒体大学）要求患者使用他们运动受损的手在钢琴上演奏旋律或在音高鼓垫上敲击节奏。参与这种称为音乐支持训练的干预的患者，在精细运动技能的 timing、精确度和流畅度方面，比依赖传统疗法的患者表现出更大的改善。研究人员推测，收益来自于感觉运动和听觉区域神经元之间连接的增加。
节奏是治疗帕金森病患者的关键，帕金森病影响大约每100名60岁以上的老年人中的一人。帕金森病是由中脑细胞退化引起的，中脑细胞向基底神经节输送多巴胺，基底神经节是参与运动启动和流畅性的区域。该区域的多巴胺短缺会导致运动问题，从震颤和僵硬到步行、面部表情和言语相关的运动 timing 困难。
节奏强烈的音乐可以通过提供可听见的节奏序列来缓解这些症状，人们可以使用该序列来启动和 timing 他们的运动。治疗包括所谓的节奏夹带，其中包括播放节拍器之类的刺激。在神经学家奥利弗·萨克斯1973年的著作《觉醒》中，音乐节奏有时会将个体从他们的不动状态中解放出来，让他们意外地跳舞或唱歌。
节奏在运动疗法中的应用在1990年代获得发展势头，当时科罗拉多州立大学的音乐家、音乐治疗师和神经科学家迈克尔·陶特以及世界各地的其他研究人员为行走困难的人（例如 stroke 和帕金森病患者）演示了一种称为节奏听觉刺激或RAS的技术。治疗师将首先要求患者以舒适的速度行走，然后再以可听见的节奏行走。将患者略微推过其舒适区的速度产生了速度、步频和步幅长度的最大改善。
尽管有这些令人鼓舞的结果，但触发改善的神经机制一直难以确定。影像学工作表明，在节奏听觉刺激期间，运动行为的神经控制绕过了基底神经节；相反，脑干充当一个中继站，将听觉输入发送到小脑中的运动网络（小脑控制协调），并发送到其他皮质区域，这些区域可能有助于同步声音和运动。
恢复的记忆
很少有神经系统疾病比痴呆症更能引起恐惧，痴呆症是老年人最常见的疾病之一。据估计，全世界有4400万人患有痴呆症，预计到2050年这一数字将达到1.35亿。阿尔茨海默病是一种神经退行性疾病，占病例的60%以上；多次 stroke 也可能导致所谓的血管性痴呆。
音乐可能非常适合刺激痴呆症患者的记忆力，帮助他们保持自我意识。由于音乐激活了大脑多个部位的神经区域和通路，因此与音乐相关的记忆更有可能在疾病中幸存下来。即使面对一般的认知能力下降，音乐也能刺激正常的 Emotional responses。在2009年的一项研究中，加拿大魁北克省舍布鲁克大学的心理学家莉斯·加尼翁和她的同事要求12名患有阿尔茨海默病的人和12名未患病的人判断各种音乐作品的情感内涵。阿尔茨海默病参与者与其他参与者一样准确，尽管他们在不同的判断领域存在明显的缺陷。其他研究表明，一生中参与音乐活动可以保持头脑年轻，甚至可能降低患痴呆症的风险[参见“每个人都可以从音乐创作中获益”]；大脑中整合感觉和运动的部分与情感和奖励系统的持续参与可能会防止神经元和突触的损失。
个别痴呆症患者接受的治疗类型会有所不同，从接受型（听音乐）到主动型（跳舞、唱歌、拍手）。患者选择的音乐最有效，因为选择代表了与记忆和自我的联系。益处也各不相同，而且往往是短期的。但是，当治疗确实有效时，它可以减少导致徘徊和 vocal outbursts 的躁动感，并鼓励与他人合作和互动。音乐疗法还可以帮助痴呆症患者睡得更好，并可以增强他们的情感幸福感。
这些情感和社会益处在琼的案例中很明显，琼是一位来自新罕布什尔州的89岁女性。琼患有严重的、不可逆转的痴呆症，由她的女儿在家照顾（她的女儿向汤普森实验室的一位临床医生描述了她母亲的情况）。一整天，琼基本上没有反应，头低垂着坐着。她不能说话或走路，而且大小便失禁。然而，当她的女儿唱歌给她听时，琼就活了过来。她用手敲打着腿，露出灿烂的笑容，开始大笑。琼特别喜欢圣诞歌曲，甚至可能会脱口说出一两个词。听音乐时，她可以用腿敲击节拍。
自闭症谱系中的音乐
也许音乐与大脑之间最令人着迷的相互作用在于自闭症谱系障碍患者的病例档案，自闭症谱系障碍是一种神经发育综合征，发生在1%到2%的儿童中，其中大多数是男孩。自闭症的标志包括社交互动障碍、重复行为和交流困难。事实上，高达30%的自闭症患者根本无法发出言语的声音；许多人的词汇量有限，包括手势。
自闭症神经生物学的特殊性之一是短程大脑连接的过度发展。作为一个明显的后果，患有自闭症的儿童倾向于强烈关注感官体验的精细细节，例如不同织物的不同纹理或冰箱或空调等电器发出的精确声音品质。而这种对声音的迷恋可能解释了许多关于患有自闭症的儿童非常喜欢创作和学习音乐的轶事报道。不成比例的自闭症谱系障碍儿童是音乐方面的天才，在特定领域具有非凡的能力，例如绝对音高。
对音乐的积极反应为治疗打开了大门，可以帮助患有自闭症的儿童与他人一起参与活动，并在这样做时获得社交、语言和运动技能。音乐还可以激活与社交思维方式相关的大脑区域。当我们听音乐时，我们经常会感受到创作音乐的人和演奏音乐的人的情感状态。通过鼓励患有自闭症的儿童想象这些情感，治疗师可以帮助他们学习思考他人以及他们可能感受到的东西。
最近，贝斯以色列女执事医疗中心和哈佛大学的音乐与神经影像实验室（施劳格担任主任）为患有自闭症而无法说话的儿童开发了一种称为听觉-运动映射训练或AMMT的新技术。治疗主要包括两个部分：单词和短语的语调（改变一个人的声音的旋律音高）和在唱歌或说出单词和短语时用双手交替敲击音高鼓。在一项原理验证研究中，六名完全不会说话的儿童在八周内参加了40次这种训练。到最后，所有人都能够发出一些言语声音，有些人甚至能够在治疗课程未涵盖的任务中说出有意义且适当的单词。最重要的是，孩子们在训练课程结束后八周仍然能够展示他们的新技能。
请安静
基于音乐的治疗还可以训练大脑调整耳鸣的幻听——在没有声音的情况下耳朵里出现噪音或铃声的体验，大约影响20%的成年人。与年龄相关的听力损失、暴露于嘈杂的声音和循环系统疾病都可能引起这种情况，症状范围从耳朵里的嗡嗡声或嘶嘶声到具有可定义音高的连续音调。这种感觉会引起严重的痛苦，并干扰专注于其他声音和活动的能力。目前尚无治愈方法。
过去十年见证了对该疾病神经学基础的理解激增。一种观点认为，耳蜗损伤（最有可能由暴露于嘈杂的声音引起）减少了特定声音频率向大脑的传输。为了弥补损失，中央听觉系统的神经元活动发生变化，产生神经“噪声”，可能是通过扰乱听觉皮层中抑制和兴奋之间的平衡，导致感知到不存在的声音。也可能起作用的是来自边缘系统的功能失调反馈到听觉大脑区域，边缘系统被认为是充当噪声消除装置，识别和抑制不相关的信号。
音乐治疗旨在通过诱导神经回路的变化来抵消这种功能障碍。对于患有音调性耳鸣的人，一种治疗方法是听“缺口音乐”，这种音乐是通过数字方式去除与耳鸣频率匹配的频段而生成的。这种缺口——由神经生理学家克里斯托·潘特夫和他在德国明斯特大学的团队率先提出并证明有效——可能有助于逆转听觉皮层中的不平衡，加强对可能首先是幻听声音来源的频段的抑制。另一种方法是向患者播放一系列音高，然后要求他们用声音模仿该序列。随着患者提高他们的准确性，他们学会了忽略不相关的听觉信号，并专注于他们想听到的声音。随着时间的推移，努力注意力的刺激可能有助于听觉皮层恢复其正常的生理状态。
对于任何新疗法，热情有时可能会超过证据，研究人员正确地指出，新的基于音乐的治疗方法必须证明其相对于更成熟的疗法的疗效。但在所有治疗神经系统疾病的技术中，基于音乐的疗法似乎因其能够触及情感、帮助大脑找回失去的记忆、让患者重返世界而独一无二。我们现在才刚刚开始了解音乐的治愈力量背后的科学。