Synchronisation rythmique déficiente chez l'humain : bases comportementales

Abstract

Les humains ont naturellement tendance à bouger sur le beat de la musique. Bien que spontané, ce comportement nécessite d'extraire une régularité d'un signal acoustique complexe, ainsi que d'aligner le mouvement à cette périodicité. Il n'est donc pas surprenant que certains individus éprouvent de la difficulté à se synchroniser au beat. Quelques cas ont été décrits ces dernières années. Des causes telles qu'une déficience intellectuelle, de l'ouïe, motrice, ou encore du traitement de la hauteur des notes musicales ont été écartées; leur difficulté semble donc spécifique au traitement du beat. Le but de la thèse est de clarifier la nature d'un tel trouble comme moyen d'éclairer les théories du traitement du beat chez l'humain. Dans un premier temps, nous avons utilisé des mouvements naturels et de la musique populaire originale pour détecter, au sein d'un grand échantillon de jeunes adultes, des individus présentant une faible capacité de synchronisation au beat. Une gradation est apparue: certains cas ont échoué dans toutes les conditions tandis que d'autres ont échoué à plier les genoux mais pas à frapper des mains, sur certaines musiques. Nous avons ensuite étudié un groupe de neuf jeunes adultes présentant une synchronisation déficiente à travers deux formes de mouvement (taper du doigt, rebondir en pliant les genoux). Nous avons évalué la capacité du groupe à juger si un métronome superposé à un extrait musical est ou non aligné sur le beat de celui-ci, et observé un moins bon résultat lorsque comparé à un groupe typique. Cette observation est compatible avec une théorie motrice du beat, où la perception dépend de l'oscillation de populations de neurones dans les régions motrices du cerveau. Néanmoins, six cas de synchronisation déficiente ont obtenu un résultat faible mais dans la norme au test de perception. A l’inverse, un résultat indiquant une perception déficiente malgré une synchronisation faible mais dans la norme a été observé chez deux participants faisant initialement partie du groupe typique. Ces dissociations remettent en question la théorie motrice du beat, pas fermement toutefois puisque les huit cas cités ont obtenu des scores généralement faibles. Nos résultats sont plutôt compatibles avec une origine centrale et commune du trouble de traitement du beat, affectant à la fois perception et synchronisation. Nous avons finalement montré que le trouble est associé à une déficience du traitement temporel à un niveau fondamental, au moyen de deux conditions: taper du doigt de façon régulière sans stimulation et se synchroniser au métronome et maintenir les tapes après que les sons aient cessé, pour des intervalles couvrant le spectre des tempi accessibles (225-1709 millisecondes). Nous avons testé huit des neuf cas de synchronisation déficiente (étude précédente) et observé une moins bonne régularité ainsi qu'une moins bonne flexibilité au changement de tempo que chez des participants contrôles appariés. Dans l’ensemble, nos résultats indiquent qu’une synchronisation et une perception déficientes du beat sont associées, et que le trouble pourrait provenir d'une altération de mécanismes fondamentaux du traitement temporel.

Humans across cultures show the propensity to move in time with the beat of music. Despite the spontaneous nature of this behavior, it is one that requires the abstraction of periodicities from acoustically complex signals and the temporally precise coupling between auditory perception and motor action. It is therefore not surprising that some individuals exhibit difficulties to synchronize movements with the beat of music; a few such cases have been reported in recent years. Importantly, their lack of synchronization seems to be attributable to a disorder specific to beat processing, as these individuals did not present deficient intelligence, motor or hearing disabilities, or deficient pitch-related musical processing in previous studies. The aim of this thesis was to clarify the nature of this beat synchronization impairment, as a way to shed light on theories of beat processing in humans. As a first step, we used ecological conditions - natural movements and commercially available music - to screen for synchronization deficits in a large pool of young adults. This approach revealed a gradient of synchronization difficulties across movement types and stimulus complexity. While some individuals displayed an inability to bounce their body and clap their hands with all stimuli, others failed to bounce to a few songs only. Next, we studied a group of nine individuals ("beat-impaired") with deficient synchronization across tapping and bouncing movement forms. We tested their capacity to detect a misalignment of a superimposed metronome soundtrack to the beat of music. We found lower performance for this detection task in the beat-impaired group as compared to typical adults. This association of perception and production deficits is in line with a motor theory of beat finding, according to which beat perception depends on neural oscillations in motor regions of the brain. Nevertheless, we observed deficient synchronization in six beat-impaired cases who were able to perceive the beat normally, albeit in the low range. The opposite pattern, i.e. low but normal synchronization performance in spite of deficient detection, was observed in two other participants initially from the typical group. These dissociations question the motor theory of beat finding, albeit not strongly so, because the eight cases performed poorly in general. Our results thus point towards a central origin of beat impairments, which affects both perception and synchronization. In line with this view, we also showed that deficient synchronization to a musical beat is linked to faulty timekeeping core mechanisms. In this last study, we used two tapping conditions: spontaneous production of a regular sequence and synchronization-continuation with metronome stimuli covering the range of predictive timing in humans (225-1709 milliseconds). By testing eight of the nine beat-impaired cases from the previous study, we found higher temporal variability across conditions and poorer rate flexibility in paced tapping, as compared to a group of closely matched control participants. Altogether, our findings highlight an association between beat perception and synchronization impairments, which may emerge from disrupted timekeeping functions.