我们对节奏的掌握是如此自然，以至于我们大多数人都习以为常：当我们听到音乐时，我们会随着节拍轻敲脚尖或摇摆，常常没有意识到自己正在移动。但无论从哪个角度看，这种本能对人类来说都是一种进化上的新奇事物。在其他哺乳动物中，甚至在动物王国的其他地方，都不存在类似的情况。我们无意识地与节奏同步的天赋是舞蹈的核心，舞蹈是动作、节奏和姿势表达的融合。舞蹈是迄今为止最同步的群体活动，它需要在空间和时间上进行人际协调，这在其他社交场合几乎不存在。
尽管舞蹈是人类表达的基本形式，但神经科学家对其关注相对较少。然而，最近，研究人员对业余和专业舞者进行了首次脑成像研究。这些研究探讨了诸如“舞者如何在空间中导航？”、“他们如何控制步伐？”、“人们如何学习复杂的模式化动作系列？”等问题。研究结果为了解执行最基本的舞步所需的复杂心理协调提供了一个引人入胜的视角。
我找到了节奏
神经科学家长期以来一直在研究孤立的运动，例如脚踝旋转或手指敲击。从这项工作中，我们了解了大脑如何协调简单动作的基础知识。单脚跳跃——更不用说同时拍打你的头了——需要在大脑的感觉运动系统中进行与空间意识、平衡、意图和时间安排等相关的计算。在故事的简化版本中，一个叫做后顶叶皮层（位于大脑后部）的区域将视觉信息转化为运动指令，向前发送信号到前运动皮层和辅助运动区域的运动计划区域。然后，这些指令投射到初级运动皮层，初级运动皮层产生神经冲动，这些冲动传递到脊髓，然后传递到肌肉，使其收缩。
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与此同时，肌肉中的感觉器官向大脑提供反馈，通过穿过脊髓到达大脑皮层的神经，提供身体在空间中的精确定位。位于大脑后部小脑和大脑核心基底神经节的皮层下回路也有助于根据感觉反馈更新运动指令，并改进我们的实际运动。仍然不清楚的是，这些相同的神经机制是否能够扩展到实现像旋转这样的优雅动作。
为了探索这个问题，我们与德克萨斯大学健康科学中心圣安东尼奥分校的同事 Michael J. Martinez 合作，以业余探戈舞者为对象，进行了首次舞蹈运动的神经影像学研究。我们使用正电子发射断层扫描技术扫描了五名男性和五名女性的大脑，该技术记录了大脑活动变化后脑血流量的变化；研究人员将特定区域血流量的增加解释为该区域神经元活动增强的迹象。我们的受试者平躺在扫描仪内，头部固定不动，但他们能够移动腿部，并使脚沿着倾斜的表面滑动。首先，我们要求他们执行一个方步舞步，该舞步源自阿根廷探戈的基本 *salida* 步，并根据他们通过耳机听到的器乐探戈歌曲的节拍调整他们的动作。然后，我们扫描了舞者在他们随着音乐节奏弯曲腿部肌肉但实际上没有移动腿部时的大脑。通过从他们“跳舞”时记录的大脑活动中减去这种简单的弯曲所引起的大脑活动，我们能够专注于对引导腿部在空间中运动和生成特定运动模式至关重要的大脑区域。
正如预期的那样，这种比较消除了大脑的许多基本运动区域。然而，剩下的是顶叶的一部分，它有助于人类和其他哺乳动物的空间感知和方向感。在舞蹈中，空间认知主要是动觉的：由于肌肉的感觉器官，即使闭上眼睛，你也能始终感觉到躯干和四肢的位置。这些器官记录每个关节的旋转和每块肌肉的张力，并将这些信息传递给大脑，大脑会生成一个清晰的身体表征作为回应。具体来说，我们观察到楔前叶的激活，楔前叶是顶叶区域，非常靠近腿部动觉表征所在的位置。我们认为，楔前叶包含一个动觉地图，使人们在周围环境中导航时能够意识到身体在空间中的位置。无论您是在跳华尔兹还是只是走直线，楔前叶都有助于规划您的路径，并且是从以身体为中心或“自我中心”的角度进行规划的。
接下来，我们将我们的舞蹈扫描结果与受试者在没有音乐的情况下表演探戈舞步时的扫描结果进行了比较。通过消除两个任务共同激活的大脑区域，我们希望揭示对运动与音乐同步至关重要的区域。同样，这种减法几乎消除了大脑的所有运动区域。主要差异发生在小脑的一部分，该部分接收来自脊髓的输入。虽然两种情况都激活了这个区域——小脑蚓部前叶——但与自定节奏的舞蹈相比，与音乐同步的舞步在那里产生了明显更多的血流量。
虽然我们的结果是初步的，但它为以下假设提供了佐证：小脑的这一部分充当一种指挥，监控各个大脑区域的信息，以协助协调动作 [参见 James M. Bower 和 Lawrence M. Parsons 的“重新思考小脑”；《大众科学》，2003 年 8 月]。整个小脑都符合良好神经节拍器的标准：它接收来自听觉、视觉和躯体感觉皮层系统的广泛感觉输入（这种能力对于将运动与各种刺激（从声音到视觉到触摸）同步是必要的），并且它包含整个身体的感觉运动表征。
出乎意料的是，我们的第二次分析也揭示了人类无意识地随着音乐节拍轻敲脚尖的自然倾向。在比较同步扫描和自定节奏扫描时，我们发现听觉通路的下部，一个称为内侧膝状体核 (MGN) 的皮层下结构，仅在前一组扫描中被激活。起初，我们假设这个结果仅仅反映了同步条件下听觉刺激（即音乐）的存在，但另一组对照扫描排除了这种解释：当我们的受试者听音乐但不移动腿部时，我们没有检测到 MGN 的血流量变化。
因此，我们得出结论，MGN 活动专门与同步有关，而不仅仅是听觉。这一发现使我们提出了一个“低通路”假说，即当神经听觉信息直接投射到小脑的听觉和计时回路时，就会发生无意识的同步，从而绕过大脑皮层中的高级听觉区域。
《舞林争霸？》
当我们观看和学习舞蹈动作时，大脑的其他部分也会参与进来。伦敦大学学院的 Beatriz Calvo-Merino 和 Patrick Haggard 及其同事研究了当人们观看他们已经掌握的舞蹈时，特定的大脑区域是否会优先变得活跃。也就是说，当芭蕾舞演员观看芭蕾舞时，是否有大脑区域会开启，但观看卡波耶拉舞（一种被风格化为舞蹈并伴随音乐表演的非裔巴西武术）时则不会开启？
为了找出答案，该团队对芭蕾舞演员、卡波耶拉舞演员和非舞者进行了功能性磁共振成像扫描，让他们观看芭蕾舞或卡波耶拉舞动作的三秒钟无声视频片段。研究人员发现，专业知识对前运动皮层有重大影响：只有当受试者观看他们自己能够执行的舞蹈时，那里的活动才会增加。其他工作提供了一个可能的解释。研究人员发现，当人们观看简单的动作时，前运动皮层中参与执行这些动作的区域会开启，这表明我们在脑海中预演我们所看到的内容——这种练习可能有助于我们学习和理解新的动作。研究人员正在研究人类在多大程度上依赖这种模仿回路。
在后续工作中，Calvo-Merino 及其同事比较了男女芭蕾舞演员在观看男性或女性舞者表演特定性别舞步的视频片段时的大脑。同样，前运动皮层中的最高活动水平对应于男性观看仅限男性的动作，女性观看仅限女性的动作。
在脑海中预演动作的能力对于学习运动技能确实至关重要。2006 年，Emily S. Cross、Scott T. Grafton 及其达特茅斯学院的同事考虑了大脑中的模仿回路是否会在学习发生时增加其活动。在几周的时间里，该团队每周对舞者进行功能性 MRI 扫描，因为他们学习了一个复杂的现代舞序列。在扫描期间，受试者观看了五秒钟的片段，这些片段展示了他们正在掌握的动作或其他不相关的舞步。在每个片段之后，受试者评估了他们认为自己能够多好地执行他们看到的动作。结果证实了 Calvo-Merino 及其同事的研究结果。前运动皮层中的活动在训练期间有所增加，并且确实与受试者对其执行所观看舞蹈片段的能力的评估相关。
这两项调查都突出了这样一个事实：学习复杂的运动序列除了激活用于控制肌肉收缩的直接运动系统外，还激活了一个运动计划系统，该系统包含有关身体完成特定运动的能力的信息。人们在某种运动模式上变得越专业，他们就越能想象到该模式的感觉，并且执行起来可能就越轻松。
然而，正如我们的研究表明，在脑海中模拟舞蹈序列——或网球发球或高尔夫挥杆——的能力不仅仅是视觉上的，正如这些研究可能表明的那样；它也是动觉的。事实上，真正的掌握需要肌肉感觉，或者说运动图像，在大脑运动计划区域中存在所讨论的运动。
摇晃、嘎嘎作响和（社会）角色
也许神经科学家最感兴趣的问题是人们最初为什么跳舞。当然，音乐和舞蹈密切相关；在许多情况下，舞蹈会产生声音。墨西哥城的阿兹特克 *danzantes* 穿着带有 ayoyotl 树种子（称为 *chachayotes*）的护腿，每走一步都会发出声音。在许多其他文化中，人们在跳舞时会在身体或衣服上放置发声物体——从踢踏舞鞋到响板再到珠子。此外，舞者经常拍手、弹指和跺脚。因此，我们提出了一个“身体打击乐”假说，即舞蹈最初是作为一种发声现象演变而来的，舞蹈和音乐，尤其是打击乐，共同演变为产生节奏的互补方式。第一批打击乐器很可能就是舞蹈服饰的组成部分，与阿兹特克 *chachayotes* 没什么不同。
然而，与音乐不同，舞蹈具有很强的表现力和模仿能力，这表明舞蹈可能进一步充当了早期语言的一种形式。的确，舞蹈是典型的姿势语言。有趣的是，在我们的研究中，在所有运动任务期间，我们都观察到右半球的一个区域被激活，该区域对应于左半球中被称为布罗卡区（Broca’s area）的区域。布罗卡区是额叶的一部分，传统上与言语产生有关。在过去的十年中，研究表明布罗卡区也包含手的表征。
这一发现支持了所谓的语言进化姿势理论，该理论的支持者认为，语言最初是作为姿势系统进化而来的，然后才变成口语。我们的研究是最早表明腿部运动会激活布罗卡区右半球同源区域的研究之一，这为舞蹈起源于具象交流形式的观点提供了更多支持。
布罗卡区的同源区域在使人能够跳舞方面可能发挥什么作用？答案似乎不直接涉及言语。在 2003 年的一项研究中，加州大学洛杉矶分校的 Marco Iacoboni 及其同事应用磁脑刺激来干扰布罗卡区或其同源区域的功能。在这两种情况下，他们的受试者都更难用右手模仿手指动作。Iacoboni 的小组得出结论，这些区域对于模仿至关重要，模仿是从他人那里学习和传播文化的关键要素。我们还有另一个假设。虽然我们的研究本身不涉及模仿动作，但跳探戈和复制手指动作都要求大脑正确排序一系列相互依赖的动作。正如布罗卡区帮助我们正确地将单词和短语串联在一起一样，它的同源区域可能有助于将运动单元放入无缝的序列中。
我们希望未来的神经影像学研究将为舞蹈背后的脑机制及其进化提供新的见解，舞蹈的进化与语言和音乐的出现高度交织在一起。我们认为舞蹈是语言的表现能力和音乐的节奏性的结合。这种互动不仅使人们能够用身体讲述故事，而且能够在与他人同步运动的同时这样做，从而促进社会凝聚力。
注：本文最初以“舞蹈的神经科学”为标题发表。
