Apprendre un art ensemble : étude longitudinale d’enregistrements simultanés en électroencéphalographie lors de performances musicales

Learning and practising music together : a longitudinal EEG-hyperscanning study

• Auteur / Autrice : Michaël Acquadro
• Direction : Marco Congedo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences cognitives, psychologie et neurocognition
• Date : Soutenance le 31/03/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images parole signal automatique (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Christian Jutten
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Marendaz, Yves Paulignan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maureen Clerc, Fabrizio De Vico Fallani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cerveau

Synchronisation

Séparation de sources (traitement du signal)

Électroencéphalographie

Mots clés libres

Hyperscanning-EEG

Synchronisation cérébrale

Performance musicale

Séparationde source conjointe (jBSS)

Index de couplage

Expérience écologique

Hyperscanning-EEG

Brain synchronization

Music performance

Joint Blind Source Separation (jBSS)

Coupling index

Ecological experimental design

Résumé

L’objectif de notre recherche est de comprendre les bases cérébrales de l’interaction sociale dans un contexte de performance musicale grâce à des outils issus des neurosciences (électroencéphalographie : EEG) et du traitement du signal. Ce manuscrit présente tout d’abord un état de l’art des études récentes dans le domaine de l’hyperscanning. Nous offrons une réflexion sur les prérequis et la méthodologie à adopter pour concevoir une expérience prédisposant à l’émergence d’une synchronisation neuronale. Nous explorons ensuite les processus cérébraux mis en jeu lors de la pratique de la musique au travers d’études réalisées en neurosciences. Par la suite nous présentons plusieurs méthodes permettant de calculer des indices de couplage cérébral sur les données récoltées lors d’expériences en hyperscanning. Nous y décrivons en particulier les méthodes de séparation de source conjointe (jBSS) dont l’avantage est de se rapprocher d’une réalité anatomique et physiologique, ainsi que de prendre en compte l’information inter-sujets lors de l’estimation des sources. Enfin, nous détaillons notre contribution au champ des neurosciences sociales sous la forme d’une expérience longitudinale en hyperscanning-EEG. Elle étudie l’interaction sociale de pianistes à quatre mains lors de l’apprentissage d’un morceau de musique sur une période de deux mois. Nous mettons en évidence qu’il existe une corrélation entre l’augmentation de la performance musicale au cours du temps, la synchronisation cérébrale et la qualité de la relation entre les musiciens.

The aim of our research is to understand the neural bases of social interaction in a musical performance context with tools from neuroscience (electroencephalography: EEG) and signal processing. This manuscript first presents a state of the art of recent studies in the field of hyperscanning. We introduce our recommendations on the prerequisites and methodology to design experiments facilitating the emergence of neuronal synchronization. We then explore the cerebral processes involved in the practice of music through studies in neuroscience of music. Subsequently we present several methods to calculate brain coupling on data collected during experiments in hyperscanning. We describe in particular the methods of joint blind source separation (jBSS) whose advantages are to approach anatomical and physiological reality, as well as taking into account inter-subject information when estimating sources. Finally, we detail our contribution to the field of social neuroscience with a longitudinal experience in hyperscanning-EEG. We studied social interaction from musicians playing four hands piano over a two-month period. We highlight a correlation between increased musical performance over time, cerebral synchronization and quality of the relationship between the pianists.