The role of musical expertise in the perception of music and movement : an EEG study of neural oscillatory activity

Abstract

Aiempi tutkimus on osoittanut, että musiikillisella asiantuntijuudella on vaikutuksia havaitsemiseen, erityisesti kuuloaistissa. Muusikot suoriutuvat paremmin musiikillisista tehtävistä, joiden aikana heidän aivonsa myös aktivoituvat laajemmin ei-muusikoihin verrattuna. Suurin osa musiikillisen asiantuntijuuden tutkimuksesta on keskittynyt musiikin havaitsemiseen, mutta intensiivinen instrumentin harjoittelu sekä laajamittaiset musiikilliset kokemukset voivat vaikuttaa myös muihin aistipiireihin, kuten liikkeen havaitsemiseen. Tämä vaikuttaa todennäköiseltä ajatellessa musiikillisen instrumentin harjoittelun moniaistista luonnetta: nuottien visuaalinen muoto muunnetaan auditiivisiksi ääniksi hienovaraisten motoristen liikkeiden kautta. Tämä perustelee tarpeen laajentaa musiikillisen asiantuntijuuden vaikutuksien tutkimusta myös moniaistiseen havaitsemiseen. Tämä tutkielma lähestyy näitä aiheita aivojen sähköisistä oskillaatioista käsin. Aikuisten muusikkojen (N = 13) ja ei-muusikkojen (N = 14) aivosähkökäyrää (EEG) mitattiin heidän kuunnellessaan musiikkia ja katsellessaan tanssia videolta (kesto n. 1 min). Ärsykkeet esitettiin kolmena aistimodaalisesti erilaisena tilanteena: (1) musiikin kuunteleminen, (2) tanssiesityksen katsominen videolta, (3) musiikin kuunteleminen ja tanssiesityksen katsominen samanaikaisesti moniaistisena tilanteena. Aivojen rytmistä aktiivisuutta mitattiin laskemalla alfa- ja beeta- oskillaatioiden tehospektrit (eng. power spectrum density), ja ryhmien tuloksia verrattiin tilastollisesti. Kun musiikillinen ja visuaalinen ärsyke esitettiin samanaikaisesti moniaistisena kokonaisuutena, tulokset osoittivat viitteitä ryhmäeroihin alfa-oskillaatioiden tehossa päälaenlohkon ja takaraivolohkon raja-alueilla. Tämä voitaisiin tulkita tarkkaavuuden alaisten prosessien eroiksi alfa- oskillaation inhibitorisen rooliin perustuen. Toisaalta aiempi tutkimus on löytänyt todisteita em. aivoalueen aktivaation olevan yhteydessä moniaistiseen integraatioon. Tässä esitelty tutkimus antaa uusia suuntia musiikillisen asiantuntijuuden tutkimukselle laajentamalla sitä aivojen rytmisen toiminnan ja moniaistisen havaitsemisen alueelle.

Previous research has shown that musical expertise has impact on perception, especially in the auditory domain. Musicians succeed better in music-related tasks and seem to recruit broader brain areas during them. Most of the research on expertise has focused on music perception, but extensive musical training and experiences might impact also to other domains, for instance, to perception of movement. This seems natural when thinking of the nature of learning to play music: visual information of notes is changed into auditory sounds through carefully controlled motor actions. This fundamentally multisensory transaction also states the need of studying the effect of musical expertise on multimodal perception. The present study investigates these matters in the level of neural oscillatory activity. Electroencephalography (EEG) was measured from adult musicians (N = 13) and controls with no professional musical background (N = 14) in rest and during continuous music and dance stimulus (duration app. 1 min). Stimuli presentation included three conditions: (1) music listening (audio only), (2) watching dance performance from a video (visual only), (3) music and dance stimuli presented simultaneously as an entity (audio-visual). Power spectral densities of alpha- and beta- band were computed and the obtained levels were compared statistically between the groups and conditions. Results suggest that musicians have slightly modified alpha-band activity on EEG sensors over parieto-occipital brain area in audio-visual condition. This might indicate differences in attentional processes based on the research of the inhibitory role of alpha oscillation. On the other hand, previous research has linked parieto-occipital area to the integration of multisensory stimulus. Taken together, the present study alludes to a new area in research of how musical expertise effects on perceptual processing by extending the evidence to multisensory perception and the oscillatory activity of the brain.