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Une nouvelle recherche révèle quelle partie du cerveau prédit les capacités musicales

Une étude de Concordia relie la structure et le volume de la matière blanche à l’apprentissage de la mélodie et du rythme
17 octobre 2018
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Par J. Latimer

Photo : Clem Onojeghuo, Unsplash Photo : Clem Onojeghuo, Unsplash

Parmi les mystères du cerveau humain qui fascinent autant les scientifiques que le commun des mortels, un sujet soulève les passions : la plasticité cérébrale – soit la capacité du cerveau à se modifier et à se réorganiser, par exemple en formant de nouvelles connexions entre les neurones.

« Plus nous en saurons sur la plasticité cérébrale, meilleures seront nos interventions, notamment en matière de réadaptation des victimes d’AVC », souligne Virginia Penhune, professeure de psychologie et directrice du Département de psychologie de la Faculté des arts et des sciences de l’Université Concordia.

Voulant approfondir les connaissances sur la connectivité de la matière blanche, la Pre Penhune et Lucia Vaquero, chercheuse postdoctorale à Concordia, ont étudié le cerveau de non-musiciens durant l’exécution de brèves tâches musicales, comme reproduire un rythme ou une mélodie.

« Nous avons découvert que certaines caractéristiques du cerveau permettent d’anticiper la capacité d’une personne à apprendre dans ce contexte, explique Lucia Vaquero. La plupart des études dans le domaine portent sur des sujets musiciens. Or, notre approche est innovante en ce sens qu’elle fait appel à des participants ayant peu ou pas d’expérience musicale. Autre nouveauté : nous utilisons un logiciel pour disséquer virtuellement les données de neuro-imagerie. Cette technique nous permet en outre d’adapter la dissection aux différences anatomiques propres à chaque sujet. »

Publiés récemment dans la revue NeuroImage, les résultats de leurs travaux révèlent que le volume (la taille) et les propriétés structurales du faisceau arqué dans l’hémisphère droit du cerveau sont des facteurs prédictifs de la performance musicale. Le faisceau arqué est un ensemble d’axones reliant les aires motrice et auditive du cerveau.

« Nous avons constaté que plus le faisceau arqué de l’hémisphère droit – et uniquement le droit – d’un sujet était épais, meilleur était ce dernier dans l’exécution des tâches musicales », fait remarquer Mme Vaquero.

Lucia Vaquero | © Concordia University, photo par Lisa Graves Lucia Vaquero | © Concordia University, photo par Lisa Graves

Tenir le rythme

L’étude a été menée à Barcelone, en Espagne, où Mme Vaquero a réuni 44 adultes non musiciens.

Après avoir subi un examen par IRM, afin de permettre aux chercheuses de recueillir des données de neuro-imagerie, les participants ont passé un test de synchronisation du rythme sur instruments de percussion en bois, puis ont exécuté une tâche d’apprentissage mélodique sur clavier.

« Ensuite, nous avons pris les données de neuro-imagerie et les avons soumis à une analyse par tractographie déterministe à l’aide de Diffusion Toolkit », poursuit Lucia Vaquero. Diffusion Toolkit est un logiciel dont se servent les chercheurs pour effectuer des reconstructions et des visualisations. Cette dissection virtuelle de la voie dorsale auditivomotrice nous permet de dégager les caractéristiques structurales du faisceau arqué. »

Les chercheuses ont mis en contraste les traits structuraux dévoilés par l’imagerie cérébrale avec les résultats obtenus aux tâches musicales. C’est alors que Mme Vaquero a découvert le lien entre l’apprentissage musical et l’organisation structurale et le volume du faisceau arqué.

« Nous avons isolé différentes branches du faisceau arqué et avons distingué leur relation avec l’apprentissage musical, poursuit la chercheuse. Plus précisément, nous pouvions prédire l’apprentissage du rythme à partir du volume du segment antérieur du faisceau arqué droit, tandis que nous pouvions corréler l’apprentissage de la mélodie avec l’organisation microstructurale du segment long du faisceau arqué droit. »

© Concordia University, photo par Lisa Graves © Concordia University, photo par Lisa Graves

Au-delà de la musique

L’étude reflète le désir de Virginia Penhune de savoir comment des types d’apprentissages précis arrivent à modifier la structure du cerveau.

« Le faisceau arqué est important non seulement dans la mesure où il relie les aires motrice et auditive du cerveau, mais aussi pour son rôle dans le langage et les tâches connexes, comme l’apprentissage de la langue – où l’on souhaite relayer des informations auditives », explique la Pre Penhune, qui est aussi directrice du Laboratoire de recherche Penhune sur l’apprentissage moteur et la neuroplasticité de Concordia.

« Il est donc essentiel d’en savoir plus sur les mécanismes qui sous-tendent ces liens pour arriver à mieux comprendre comment fonctionne le cerveau. »

La recherche a été financée par le Fonds européen de développement régional (FEDER) et le réseau sur la neuroscience auditivocognitive du programme Erasmus Mundus.


Consultez l’étude citée: 
« White-matter structural connectivity predicts short-term melody and rhythm learning in non-musicians. »

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