Auditory-motor entrainment : behavioural and cerebral dynamics

par Cécile Bouvet

Thèse de doctorat en Sciences du Mouvement Humain - MPL

Sous la direction de Benoit Bardy et de Manuel Varlet.

Soutenue le 24-01-2020

à Montpellier en cotutelle avec l'University of Western Sydney , dans le cadre de École doctorale Sciences du mouvement humain , en partenariat avec EA 2991-M2H Movement To Health (Montpellier) (laboratoire) .

Le président du jury était Isabelle Siegler.

Le jury était composé de Benoit Bardy, Manuel Varlet, Isabelle Siegler, Daniele Schön, Elise Faugloire, Benjamin Morillon.

Les rapporteurs étaient Isabelle Siegler, Daniele Schön.


  • Résumé

    Nous synchronisons nos mouvements avec les rythmes auditifs présents dans notre environnement sans même en avoir l’intention. Cette coordination, qui influence la stabilité du mouvement produit, s’est avéré bénéfique dans des contextes sportifs et thérapeutiques. À ce jour, la recherche a atteint un large consensus sur les mécanismes sous-tendant les processus de coordination sensori-motrice intentionnelle, mais explore toujours les mécanismes d’entraînement audio-moteur spontanés. Cette thèse aborde la dynamique de synchronisation non-intentionnelle pour différentes relations de fréquence entre un mouvement périodique et un rythme auditif. À travers quatre études complémentaires, ce travail questionne le rôle de multiples niveaux de graduation temporelle et de leur accentuation dans l’émergence et la stabilité de formes simples vs. complexes de synchronisation. La 1ère étude confirme quantitativement l’émergence d’une synchronisation audio-motrice spontanée, différente d’une relation de fréquence de 1:1. La 2ème étude introduit le bénéfice de l’addition d’un patron d’accentuation congruent pour l’émergence de synchronisation à différents rapports de fréquence. Elle permet également d’observer qu’un patron d’accentuation ternaire est plus favorable à la synchronisation qu’un patron d’accentuation binaire. La 3ème étude s’intéresse à cette découverte via l’enregistrement Électroencéphalographique des réponses neurales aux différents patrons d’accentuation, confirmant une différence de réponse aux stimulations binaires et ternaires, liée aux performances comportementales. La 4ème étude se concentre sur le bénéfice des patrons d’accentuation sur la production de mouvement plus complexe. Elle considère également les réponses neurales aux différents patrons d’accentuation en prenant en compte la congruence avec la coordination motrice produite, démontrant l’influence des systèmes sensoriels et moteur sur la perception rythmique. En résumé, ces résultats démontrent qu’un entraînement audio-moteur spontané peut émerger à différents ratios de fréquences en conformité avec les prédictions de l’approche des systèmes dynamiques de l’action et de la perception. De plus, l’entraînement audio-moteur spontané est modulé (i.e., promu ou dégradé) par l’addition de patrons d’accentuation, selon leur congruence avec le mode de fréquence audio-moteur et les réponses neurales. D’autre part, des formes plus complexes de coordination répondent de façon similaire à la présence d’accentuation, soutenues par le couplage audio-moteur et les processus de perception rythmique auditive. Ainsi, les conclusions de cette thèse ouvrent de nouvelles pistes de recherche sur la synchronisation audio-motrice spontanée et son application à l’entraînement et la réhabilitation des performances motrices.

  • Titre traduit

    L'entraînement audio-moteur : dynamiques cérébrale et comportementale


  • Résumé

    We often synchronise our movements to auditory rhythms in our environment without the intention to do so. Such coordination influences the stability of movement performance, and, therefore, can be used to our benefit in sport and therapeutic contexts. Research to date has largely reached a consensus about the mechanisms underlying intentional sensory-motor coordination, but spontaneous auditory-motor entrainment is still under exploration. This thesis addresses the dynamics of unintentional synchronisation towards various frequency relationships between periodic movement and auditory rhythm frequencies. It presents four complementary studies questioning the role of multiple metrical levels and their accentuation on the emergence and stability of simple vs. complex synchronisation in healthy adults. The 1st study confirms quantitatively the emergence of spontaneous synchronisation at frequency ratios different from 1:1. The 2nd study introduces the benefit of a congruent accentuation pattern on the emergence of various frequency ratios. It leads to the observation that a ternary accentuation pattern facilitates synchronisation more than a binary accentuation pattern. The 3rd study examines this new finding through the recording of neural responses to various accented patterns using Electroencephalography, confirming a differential response to ternary and binary patterns linked to behavioural performance. The 4th study focuses on the benefit of accentuation patterns for the production of a more complex type of movement coordination. It also measured neural tracking of the accentuation pattern relative to the congruence of the motor coordination performed, showing that both sensory and motor systems influenced rhythm perception. All together, these results demonstrate that spontaneous auditory-motor entrainment can emerge at various frequency ratios in accordance with the predictions of the dynamical systems approach to action and perception. Furthermore, spontaneous auditory-motor entrainment is modulated (i.e., increased or decreased) by the addition of simple accentuation patterns, depending on congruence with the auditory-motor frequency mode and the neural response to the accents. In addition, more complex multi-limb motor coordination performance responds similarly to accentuation, underpinned by auditory-motor coupling and sensory processing of the auditory rhythms. Therefore, the findings of this thesis open new avenues for future research on spontaneous auditory-motor coordination and its application in the training and rehabilitation of motor performance.

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