Lacunes en musique : la neuroscience des pauses

• Deux nouvelles études de recherche ont identifié les signaux neuronaux sous-jacents à l’imagerie musicale. Ces signaux neuronaux sont liés aux attentes et prédictions mélodiques.
• Les chercheurs ont isolé, pour la première fois, les signaux neuronaux électriques de prédiction en étudiant les moments de silence en musique.
• Ils suggèrent un lien fort entre l’imagerie, l’écoute de musique et les processus de prédiction neuronale.
• Comprendre comment le cerveau traite normalement la musique pourrait aider à établir des tests pour les conditions dans lesquelles le traitement cérébral est altéré, comme la démence.

Dans deux nouveaux articles, les chercheurs Dr Giovanni Di Liberto, Guilhelm Marion et Prof. Shihab A. Shamma racontent deux études avec de nouveaux résultats.

Le Dr Di Liberto et ses collègues ont mesuré l’activité du cerveau en imaginant entendre un morceau de musique et en entendant réellement le même morceau de musique. Les scientifiques ont choisi des musiciens professionnels hautement qualifiés comme centre d’intérêt de leur étude.

Pourquoi étudier les musiciens ?

L’équipe a choisi de se concentrer sur les musiciens car ils sont formés pour imaginer la musique avec précision et justesse. Ils peuvent créer de la musique dans leur esprit tout en lisant une partition, même sans entendre un son ou toucher un instrument.

De plus, les musiciens sont capables d’anticiper, ou de prédire, mieux que les personnes qui ne sont pas formées à la musique, les notes à venir.

Cependant, leur cerveau peut mieux prédire les notes même s’il y a un silence dans la musique. L’inadéquation entre ce que l’on s’attend à entendre et ce que l’on entend réellement fait partie du plaisir d’écouter de la musique et de ce qui retient notre attention.

Medical News Today s’est entretenu avec Dennis Kim, premier violon et violon solo du Pacific Symphony of Orange County en Californie. Il a discuté du rôle du silence, comme les pauses et les pauses, dans la performance musicale.

« Musicalement, les pauses et les silences sont parfois la partie la plus importante de la musique. Parfois, les silences de la pièce sont plus puissants que la musique elle-même. Artistiquement, les musiciens ont transmis l’importance des silences de génération en génération – et c’est ainsi que j’enseigne.

Les scientifiques ont évalué des musiciens pour des tâches de créativité et d’improvisation avec l’IRM fonctionnelle (IRMf). En mesurant les niveaux d’oxygène dans le sang dans le cerveau avec une technique d’IRM spécialisée, des chercheurs antérieurs ont observé que le cerveau humain montre une activation dans plusieurs domaines – y compris les zones de compréhension du langage et les aires motrices – tout en écoutant de la musique.

EEG au repos

Dans les deux études récentes, les scientifiques ont utilisé une nouvelle approche. Ils ont utilisé des tests EEG pour étudier les signaux électriques à tir rapide qui se produisent lorsque les musiciens imaginent ou écoutent de la musique.

Le cerveau émet des signaux électriques, que les tests EEG peuvent mesurer. Plus précisément, les tests EEG peuvent mesurer les changements rapides de l’activité cérébrale toutes les 10 millisecondes. En revanche, l’IRMf mesure l’activité cérébrale indirectement par le biais de modifications du flux sanguin toutes les 2 secondes seulement. Les tests EEG peuvent donc détecter les changements rapides dans le traitement cérébral qui se produisent en même temps que la musique.

Les signaux électriques apportent une dimension supplémentaire, car ils peuvent être positifs ou négatifs, appelés ondes ou pics. Cette fluctuation fournit des informations détaillées sur l’activité subtile du cerveau.

Par exemple, la première étude a révélé qu’entendre de la musique provoque un grand signal électrique positif, alors qu’imaginer un morceau de musique provoque un signal électrique négatif qui n’est pas aussi fort.

Cependant, les chercheurs ont également découvert autre chose : le cerveau peut moduler l’activité électrique en fonction de sons ou de silences correspondant à nos attentes.

Ils ont établi qu’en écoutant de la musique, le cerveau prédit également la musique tout comme lorsque les gens s’imaginent l’entendre. Cela signifie que l’écoute implique deux processus : le traitement auditif et la prédiction cognitive.

S’adressant à MNT, le Dr Di Liberto a déclaré : « La théorie du traitement prédictif est étudiée depuis longtemps, mais les signaux de prédiction se sont avérés difficiles à mesurer.

“Un défi”, a-t-il poursuivi, “est de dériver des mesures directes de ces signaux de prédiction. Les chercheurs adoptent souvent des protocoles intelligents pour obtenir des mesures indirectes de ces prédictions. L’autre défi est que de tels protocoles impliquent généralement des expériences inhabituelles loin de notre expérience réelle. »

Étude 1

Dans la première partie de l’étude, les chercheurs ont demandé à 21 musiciens professionnels du Conservatoire National Supérieur de Musique de Paris de lire des partitions musicales en imaginant uniquement la musique, c’est-à-dire en lisant des partitions sans entendre ni jouer la musique, et en écoutant la musique.

Les chercheurs ont d’abord demandé aux participants d’étudier les partitions et de les jouer brièvement. Puis, lors d’un test EEG, les musiciens ont écouté puis imaginé à plusieurs reprises quatre chorals de Bach.

Les auteurs de l’étude ont découvert que les signaux neuronaux sous-jacents à l’imagerie musicale étaient mesurables et que ces signaux étaient liés à des attentes ou prédictions mélodiques, c’est-à-dire ce que les musiciens s’attendaient à entendre de leur étude et de leur lecture de partition.

Étude 2

Dans une deuxième expérience, les chercheurs ont étudié 21 musiciens professionnels dans des conditions similaires à celles de la première étude.

La première expérience a pu prouver que le cerveau a une forte réponse neuronale à l’imagination de la musique et que ce processus de prédiction se produit également lors de l’écoute de la musique. La deuxième étude suggère que ce processus de prédiction se poursuit même pendant les silences inhérents à la musique.

En étudiant les musiciens tout en écoutant de la musique et pendant leurs tâches d’imagerie musicale, les scientifiques ont trouvé une forte similitude entre l’activité neuronale pendant l’imagination et le silence de la musique.

Le Dr Di Liberto a expliqué : « Si vous écoutez de la musique, vous en connaissez la structure, vous savez ce que pourraient et ne pourraient pas être les notes suivantes. Le cerveau fait deux choses en même temps. Le cerveau réagit au son, puis votre cerveau essaie de prédire le prochain son.

“Lorsque nous étudions le silence, il n’y a pas de son, donc tout ce que vous mesurez (par EEG) est ce qui se passe à l’intérieur du cerveau humain. Ce sont des signaux de prédiction. Le Dr Di Liberto a ajouté que le cerveau « met à jour » son modèle prédictif et effectue des prédictions des notes et des silences suivants.

“Nos résultats montrent quelque chose de nouveau et d’excitant : rencontrer le silence produit des réponses de prédiction qui changent avec les attentes.”

Kim a proposé quelques réflexions sur les raisons pour lesquelles le silence musical crée une réaction si forte lors d’une performance en expliquant ce que ressent un musicien pendant le silence final.

« Il y a un silence qui est présent dans chaque pièce : la fin de la pièce. Si une performance est à un niveau élevé, le chef d’orchestre lève les mains et 15 secondes plus tard, le public commence à applaudir. Ce moment est magique », a déclaré Kim à MNT.

« Et ce n’est pas écrit par le compositeur. Cette pause est si spéciale, vous ne pouvez pas la mettre en mots. Parfois c’est une intensité, parfois c’est relaxant, parfois c’est euphorique : ça peut être n’importe quelle émotion. Et le sentiment pour chaque auditeur peut être complètement différent : écouter le même morceau. »

Directions futures

Le Dr Di Liberto a déclaré : « Nous avons identifié un signal neuronal qui reflète cette importance, c’est-à-dire que ces silences sont traités par notre cerveau comme de nouvelles informations, ce qui en fait une partie essentielle du processus de perception musicale. »

“Cette découverte concerne la musique, et nous la trouvons intrigante”, a poursuivi le Dr Liberto. « Mais notez que la musique peut aussi être considérée comme un cadre pour isoler l’activité cérébrale : la tâche de l’imagination et de la prédiction. Il explique ce que signifie le silence pour la musique. Même s’il n’y a pas de son, votre cerveau l’encode.

“Les signaux de prédiction sont là”, a-t-il expliqué, “et la capacité d’imaginer fait partie de la prédiction. Les implications vont au-delà de la musique. Nous espérons appliquer cette science à la parole et à de nombreuses autres activités cérébrales. »

Les personnes atteintes de démence peuvent conserver de fortes capacités à jouer de la musique, mais leur capacité à nommer des morceaux de musique a tendance à diminuer.

Les changements dans le traitement du son peuvent être une caractéristique précoce de la maladie d’Alzheimer et d’autres affections neurodégénératives. Le signal de prédiction attendu dans les silences musicaux peut être altéré et fournir un avertissement précoce d’un traitement cognitif altéré à la fois de la musique et de la parole.

Écouter de la musique tout en subissant un test EEG pourrait donc devenir un nouvel outil d’évaluation cognitive et pourrait faire l’objet d’études futures dans ce domaine.