为什么音乐——受到普遍喜爱和独特强大的激发情感的能力——对我们如此普遍和重要？它的出现能否以某种方式增强人类的生存，正如英国利物浦大学的Robin IM Dunbar所建议的那样，最初通过促进社会凝聚力来获取帮助，另一方面，用哈佛大学的史蒂文·平克的话来说，音乐只是听觉进化的快乐，碰巧触动了大脑的幻想。神经科学家还没有最终的答案。但近年来，开始对音乐在大脑中的处理位置和方式有了更深入的了解，这应该为回答进化问题奠定基础。

总的来说，对脑损伤患者和健康个体成像的研究出人意料地发现没有专门的音乐大脑中心。相反，音乐涉及分布在整个大脑中的许多区域，包括那些通常涉及其他类型认知的区域。活动区域因人的个人经历和音乐训练而异。耳朵的感觉细胞是所有感觉器官中最少的——3,500个内毛细胞占据耳朵，而眼睛中有1亿个光感受器。然而，对音乐的心理反应非常适应。

在现代成像技术出现之前，科学家们主要通过研究因受伤、中风或其他疾病而经历过大脑缺陷的患者，包括著名的作曲家，1933 年法国作曲家莫里斯·拉威尔开始表现出脑退化的症状，这是一种脑组织离散区域萎缩的疾病。他的概念能力保持完好——他仍然可以听到并记住他的旧作品和演奏音阶，但他不会写音乐。说到他提议的歌剧圣女贞德，拉威尔向一位朋友倾诉，……这部歌剧就在这里，在我的脑海里。我听到了，但我永远不会写出来。结束了。我不能再写我的音乐了。四年后，拉威尔在一次不成功的神经外科手术后去世。该案例证实了大脑可能没有特定的音乐中心的观点。

另一位作曲家的经验也表明音乐和语音是独立处理的。1953 年中风后，俄罗斯作曲家维萨里翁·舍巴林(Vissarion Shebalin)无法说话或听懂语言，但他保留了创作音乐的能力，直到 10 年后去世。因此，独立处理的假设似乎是正确的，尽管最近的工作产生了更细微的理解，这与音乐和语言共有的两个特征有关：两者都是交流的手段，并且都有句法，分别是注释和单词的正确组合的规则。大脑内部音乐运作对音乐本身的反应要复杂得多。音乐由一系列音调组成，对它的感知取决于对声音之间关系的把握。大脑的许多区域都参与处理音乐的各种成分。考虑音调，它包含声音的频率和响度。

大脑的反应还取决于听者的经验和训练。大脑皮层的成像研究发现，当区分不同的音色时，正常人的右颞叶会变得活跃。即使是一点点训练也能迅速改变大脑的反应。例如，直到大约 10 年前，科学家们还认为，听觉皮层中每个细胞都是固定的。然而研究让我们怀疑，在学习过程中，细胞可能会发生改变，因此某些细胞对吸引注意力并存储在记忆中的声音变得格外敏感。随着时间的推移，在没有额外训练的情况下变得更强，并持续了几个月。这些发现引发了越来越多的研究，表明大脑存储学习到的刺激重要性的一种方式是将更多的脑细胞用于处理该刺激。

对上述发现，极大地证实了大脑支持音乐活动的能力。正如一些训练会在声音变得重时增加对声音做出反应的细胞数量一样，长时间的学习会在大脑中产生更明显的反应和身体变化。多年来每天练习数小时的音乐家表现出这样的效果——他们对音乐的反应与非音乐家不同；他们还表现出大脑中某些区域的过度发育。当音乐家听钢琴演奏时，他们左半球听觉区域的反应比非音乐家多25%。这种效果是特定于音乐音调的，不会出现在类似但非音乐的声音中。音乐家可能会对声音表现出更大的反应，部分原因是他们的听觉皮层更广泛。德国海德堡大学的彼得施耐德和他的同事在 2002 年报告说，音乐家的大脑皮层的体积要大130%。音量增加的百分比与音乐训练的水平有关，这表明学习音乐成比例地增加了处理它的神经元的数量。同样，音乐课开始得越早，程度越明显。其他研究表明，音乐家的运动皮层以及小脑的实际大小更大。

除了研究大脑如何处理音乐的听觉方面，研究人员正在探索它如何唤起强烈的情绪反应。1991 年，英国基尔大学的约翰·斯洛博达 (John A. Sloboda) 的报告表明，超过80%的抽样成年人对音乐的身体反应，包括兴奋、笑声或泪水。被认为表达快乐、悲伤、恐惧或紧张的作品时记录了心率、血压、呼吸和其他生理指标。当他们扫描那些在听音乐时感到兴奋的音乐家的大脑时，他们发现音乐激活了一些由食物、成瘾药物刺激的相同奖励系统。