创新背景

人能跟着节拍移动，把运动时间安排在音乐上的程度在某种程度上取决于遗传能力，而这种技能以前被认为是人类独有的特征。虽然动物也会对听觉噪音做出反应，或发出有节奏的声音，或经过训练后对音乐做出反应，但这与复杂的神经和运动过程不同，这些过程协同工作，使人们能够自然地识别歌曲中的节拍，对它做出反应甚至预测它，这称为节拍同步性。

创新过程

东京大学的研究表明，有些动物似乎和人一样渴望跟随音乐和节拍进入最佳状态。没有任何训练或事先接触过音乐的老鼠的节拍同步在120-140 bpm（每分钟节拍）内最明显，人类也在这一范围内表现出最清晰的节拍同步。如果把大脑中处理声音的区域（听觉皮层）调到120-140 bpm，将能够使用大脑适应数学模型来解释这一点。

音乐对大脑具有很强的吸引力，对情感和认知有深远的影响。为了有效地利用音乐，研究团队给老鼠播放音乐，试图揭示音乐影响大脑背后的神经机制。

研究团队进行了两个不同的假设：第一个是节拍同步性的最佳音乐速度将由身体的时间常数决定。这在物种之间是不同的，与人类相比，小动物的速度要快得多。第二，最佳节奏将由大脑的时间常数决定，这在不同物种之间惊人地相似。在对20名人类参与者和10只大鼠进行研究后，结果表明，节拍同步的最佳节奏取决于大脑中的时间常数，这表明动物大脑可用于阐明音乐的感知机制。

研究为大鼠配备了无线微型加速度计，可以测量最轻微的头部运动，并在人类参与者耳机上佩戴加速度计。然后，他们以四种不同的速度演奏了原始速度为132 bpm的莫扎特D大调两架钢琴奏鸣曲K.448的一分钟选段，分别设置原始速度的75%，100%，200%和400%。

结果表明，在120-140 bpm范围内，大鼠的节拍同步性最清晰。研究小组还发现，老鼠和人类都以相似的节奏猛烈地摇头，并且随着音乐的加速，头部抽搐的水平就越低。

关于动物先天节拍同步的研究报告并不是通过训练或音乐暴露实现。研究还假设大脑的短期适应与听觉皮层的节拍调谐有关，通过将神经活动数据拟合到适应的数学模型中来解释这一点。此外，适应模型显示，响应随机点击序列时，当平均刺激间隔（一个刺激结束和另一个刺激开始之间的时间）约为200毫秒（千分之一秒）时，节拍预测性能最高。这与古典音乐中音调间隔的统计数据相匹配，表明大脑中的适应特性是音乐感知和创作的基础。

除了对动物思维和人类自己的节拍同步性的发展有新见解外，研究人员还将其视为对音乐本身创作的见解。研究下一步想揭示其他音乐属性，如旋律和和声与大脑动力学的关系。

创新关键点

精确地随着音乐节拍移动被认为是人类与生俱来的技能，研究表明老鼠也有这种能力。点头的最佳节奏取决于大脑中的时间常数（大脑对某物做出反应的速度），这在所有物种中都是相似的，即在各种物种中，听觉和运动系统相互作用和跟随音乐移动的能力是普遍存在的。

创新价值

新发现有助于让人们对动物思维进一步洞察，并帮助人们了解音乐和舞蹈的起源，扩展对大脑神经运动机制的认识，未来将帮助理解大脑如何工作和发展下一代AI（人工智能）。