Estudo explora como as ondas cerebrais refletem as previsões da melodia enquanto ouve música
A, Trecho dos conjuntos de regressores obtidos de uma peça musical usada para calcular os TRFs. De cima para baixo: envelope acústico (Env), primeira derivada do envelope parcialmente retificada (Env’); informações melódicas para início de nota (Mo): início de entropia (Ho), início surpresa (So); informações melódicas para altura da nota (Mp): entropia de altura (Hp) e surpresa de altura (Sp). Baseado em Di Liberto, Pelofi, Bianco, et al. (2020). B, Trecho de bandas de EEG pré-processadas de um único sujeito usado para análise de TRF. As linhas cinza representam canais individuais e as linhas pretas representam a amplitude média entre os eletrodos para cada banda de frequência. C, Esquema do pipeline. Os recursos de informação melódica foram extraídos com IDyOM (Di Liberto et al., 2021; Pearce, 2005). Modelos separados de função de resposta temporal multivariada (mTRF) foram treinados a partir do sinal EEG pré-processado e dos recursos de informação acústica e melódica (ver Materiais e métodos). Os conjuntos de recursos foram combinados com os TRFs ideais correspondentes para prever os sinais de EEG. A precisão da reconstrução é calculada como a correlação de Pearson entre o EEG filtrado original e o previsto. D, Aprimoramento hipotético na precisão da reconstrução de EEG de um modelo treinado em variáveis de informação acústica e melódica (AM) em comparação com um modelo treinado apenas em regressores acústicos. Baseado em Di Liberto, Pelofi, Bianco, et al. (2020). E, Contribuição única hipotética de um recurso individual para o modelo completo, medida como a diferença na correlação de Pearson entre a precisão da reconstrução obtida usando o modelo AM e o mesmo modelo sem um recurso específico. Crédito: Revista Europeia de Neurociências (2024). DOI: 10.1111/ejn.16581
O cérebro humano é altamente qualificado para detectar padrões no mundo e usar essas informações para prever eventos futuros. Esta capacidade de antecipar acontecimentos também se reflete na forma como vivenciamos a música, precisamente na nossa capacidade de antecipar intuitivamente o que virá a seguir numa melodia que estamos a ouvir.
Pesquisadores do Instituto Max Planck de Ciências Cognitivas e do Cérebro Humanos têm tentado compreender melhor a complexa dinâmica neural que sustenta essa capacidade de prever as próximas melodias na música. Seu artigo mais recente, publicado no Revista Europeia de Neurociênciasmostra que a incerteza (ou seja, a entropia) desempenha um papel fundamental na previsão da melodia, ao mesmo tempo que destaca novas diferenças na forma como os cérebros de músicos e não músicos processam a música.
“Trabalhos anteriores sobre cognição musical sugerem que a atividade cerebral de baixa frequência (1–8 Hz) codifica previsões melódicas além da acústica do estímulo”, escreveram Juan-Daniel Galeano-Otálvaro, Jordi Martorell e seus colegas em seu artigo. “Com base neste trabalho, pretendemos desembaraçar a dinâmica neural específica da frequência ligada à incerteza de previsão melódica (modelada como entropia) e erro de previsão (modelado como surpresa) para informações temporais (início da nota) e de conteúdo (altura da nota).”
Para efeitos do estudo, os investigadores recrutaram 20 participantes, metade dos quais eram pianistas profissionais. Esses participantes foram convidados a ouvir 10 melodias de piano extraídas da obra de Johann Sebastian Bach, cada uma com duração aproximada de 150 segundos.
Os participantes ouviram cada uma dessas melodias três vezes. Enquanto ouviam, os pesquisadores coletaram gravações por meio da eletroencefalografia (EEG), técnica que se baseia em eletrodos para medir a atividade elétrica do cérebro.
A equipe calculou a probabilidade de notas específicas seguirem outras em uma sequência e isso permitiu calcular a surpresa que os segmentos de uma melodia normalmente provocariam. Eles então calcularam separadamente a entropia, uma medida de incerteza, como a média da surpresa sobre todas as continuações em uma sequência de notas.
Galeano-Otálvaro e seus colegas analisaram as gravações de EEG dos participantes usando diferentes kits de ferramentas de software para pesquisa científica, incluindo MATLAB, a caixa de ferramentas FieldTrip e a caixa de ferramentas EEGLAB. Suas análises revelaram correlatos neurais de previsão de melodia enquanto ouvia música.
“Nossos resultados mostram que as métricas de expectativa melódica melhoram a precisão da reconstrução do EEG em todas as bandas de frequência abaixo da faixa gama (<30 Hz)”, escreveram os pesquisadores. "Crucialmente, descobrimos que a entropia contribuiu mais fortemente para o aprimoramento da precisão da reconstrução em comparação com a surpresa em todas as bandas de frequência. Além disso, descobrimos que a codificação de métricas de informação temporal, mas não de conteúdo, não se limitava a baixas frequências, mas se estendia a frequências mais altas (> 8 Hz).”
No geral, os pesquisadores descobriram que a incerteza (ou seja, a entropia) na melodia é codificada em respostas neurais que variam em diferentes bandas de frequência. Os pesquisadores também conseguiram identificar as frequências que poderiam codificar a incerteza sobre o início das notas antes que os participantes ouvissem uma determinada nota.
“Uma análise dos pesos da função de resposta temporal (TRF) revelou que a previsibilidade temporal de uma nota (entropia do início da nota) pode ser codificada nas bandas delta (1–4 Hz) e beta (12–30 Hz) do cérebro atividade antes do estímulo, sugerindo que essas bandas de frequência estão associadas a previsões temporais”, escreveram os pesquisadores.
“Surpreendentemente, também revelamos que as expectativas melódicas aumentaram seletivamente a precisão da reconstrução do EEG na banda beta para músicos e na banda alfa (8-12 Hz) para não-músicos, sugerindo que a experiência musical influencia a dinâmica neural subjacente ao processamento preditivo na música cognição.”
Além de coletar informações sobre a atividade cerebral que sustenta a previsão da melodia enquanto ouvem música, os pesquisadores observaram diferenças entre a atividade elétrica no cérebro de pianistas profissionais e não-músicos. Especificamente, eles descobriram que as previsões da melodia se correlacionavam com mais ondas cerebrais na banda de frequência beta para pianistas e na banda alfa para não-músicos.
Os resultados interessantes da equipe poderão em breve abrir caminho para novos estudos que explorem os correlatos neurais da previsão da melodia ou as diferenças observadas entre músicos e não-músicos. Esses trabalhos poderiam enriquecer ainda mais a compreensão atual de como o cérebro humano processa a música e prevê eventos futuros.
Mais informações:
Juan-Daniel Galeano-Otálvaro et al, Codificação neural de expectativas melódicas na música em bandas de frequência EEG. Revista Europeia de Neurociências(2024). DOI: 10.1111/ejn.16581
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Citação: Estudo explora como as ondas cerebrais refletem as previsões da melodia enquanto ouve música (2024, 14 de novembro) recuperado em 14 de novembro de 2024 em https://medicalxpress.com/news/2024-11-explores-brain-melody-music.html
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