EEG-based study on musical groove and motor cortical beta power in the brain

Abstract

Ihmisten taipumus liikkua tai tanssia musiikin tahtiin spontaanisti on laajalti tunnettu jokapäiväinen ilmiö. Kyseistä ilmiötä ei kuitenkaan olla perusteellisesti tutkittu EEG-tutkimuksissa musiikillisen grooven näkökulmasta. Vaikka kuuloaivokuoren ja motorisen aivokuoren osien välinen konnektiivi-suus on saanut osakseen huomiota neurotieteiden saralla, vain harvat tutkimukset ovat käsitelleet groovea EEG-pohjaisilla menetelmillä. Käsite liitetään kuitenkin vahvasti musiikin aikaansaaman liik-keen sekä tanssittavuuden kokemuksiin musiikinkuuntelijoiden keskuudessa. Tämän tutkielman tavoitteena on selvittää, miten beta-aaltojen voimakkuus motorisella aivokuorella eroaa koehenkilöiden kuunnellessa paljon groovea sisältävää musiikkia (high groove condition) verrattuna vähän groovea sisältävään musiikkiin (low groove condition). Huomio keskitettiin 16-24 hertsin (Hz) beta-taajuusalueelle, sillä aktiivisuus noin 20 hertsin taajuudella on yhdistetty tutkimuksissa erilaisiin motorisiin prosesseihin, kuten liikkeen suorittamiseen, liikkeen mielensisäiseen kuvitteluun sekä liikkeen inhibitioon.

Tutkimus koostui musiikinkuuntelukokeesta, jonka aikana koehenkilöt kuuntelivat grooven suhteen vaihtelevia musiikkinäytteitä. Musiikinkuuntelukokeen aikana koehenkilöiden aivosähkökäyrää (EEG) mitattiin ja he vastasivat kyselytutkimukseen kokeen päätteeksi. Tulosten perusteella keskimääräinen beta-taajuusalueen (16-24 Hz) voimakkuus motorisella aivokuorella ei eroa merkittävästi riippuen siitä, kuuntelevatko koehenkilöt paljon vai vähän groovea sisältävää musiikkia. FC1-elektrodissa havaittiin beta-aaltojen vaimenemista 20 hertsin taajuudella paljon groovea sisältävän musiikin kuuntelun aikana. Jatkotutkimukset ovat tarpeellisia sen selvittämiseksi, onko groove mahdollisesti yhteydessä motorisiin toimintoihin liittyvien beta-aaltojen voimakkuuden huippukohtiin ja mu-rytmeihin. Tämä tutkielma käsittelee groovea uudesta näkökulmasta hyödyntäen kaupallista musiikkia motorisiin toimintoihin ja liikkeeseen liittyvien aivojen oskillaatioiden tutkimisessa.

The phenomenon of people spontaneously moving or dancing in response to music is a well-known everyday occurrence. However, it has not been thoroughly studied in EEG literature from the perspective of musical groove. Despite the attention given to the connectivity between cortical auditory and motor regions of the brain in music neuroscientific research, few studies have addressed groove utilizing EEG, although it has a reputation for evoking a strong desire to move among music listeners. This thesis aims to investigate how motor cortical beta power during listening to groovy music (high groove condition) differs from less groovy music (low groove condition). The primary focus was directed at the beta-band frequency range of 16-24 Hz since beta activity around 20 Hz has been linked to various movement-related processes, such as motor performance, motor imagery, and movement inhibition.

The current study employed a music listening experiment in which participants were presented with music samples that varied in groove. EEG data were recorded from research participants during the music-listening experiment, and they filled out a questionnaire after the listening procedure. The results suggest that the mean motor cortical power in the specified beta range does not differ significantly in the high groove condition compared to the low groove condition. However, a finding on channel FC1 indicating beta power suppression in high groove conditions at 20 Hz requires further investiga-tion to confirm whether groove plays a role in motor-related beta peak activity or mu-rhythms. This thesis contributes to the existing groove literature by introducing a novel approach that utilizes commercially available music to study movement-related oscillatory activity in the brain.