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Après les corbeaux et leur compréhension de la récursivité, jusqu’ici considérée comme une capacité uniquement humaine, c’est au tour des souris de se rapprocher de nous. Récemment, des chercheurs japonais ont montré que les animaux pouvaient bouger la tête au rythme de la musique, démontrant pour la première fois la synchronisation innée des rythmes chez les animaux. Leurs résultats nous permettront d’étudier l’impact de la musique sur notre cerveau et comment elle est créée, et la culture en général.
Charles Darwin a soutenu que les humains ont hérité de la perception du rythme musical de leurs ancêtres. La perception et la synchronisation des battements sont courantes chez l’homme, généralement entre 120 et 140 battements par minute (bpm), et le plus souvent utilisées dans les compositions musicales. En fait, une autre étude récente a montré que les sons de basse fréquence (inférieurs à 10 Hz) aident à se déplacer en rythme. Ils confèrent des avantages dans la perception et la synchronisation des mouvements.
Bien que les animaux réagissent également au bruit auditif, ou puissent émettre des sons rythmiques ou être entraînés à répondre à la musique, ce ne sont pas les mêmes processus neuronaux et moteurs qui nous permettent de reconnaître naturellement le rythme de la musique, d’y répondre ou même de le prédire. Un mécanisme appelé battement de synchronicité.
Ce n’est que relativement récemment que des vidéos et des études de recherche ont montré que certains animaux semblent partager cette sensibilité séculaire au rythme et la nécessité de l’accompagner de mouvement. De plus, une équipe de l’Université de Tokyo apporte désormais la preuve que les souris en font partie. Ces derniers peuvent bouger la tête, tout comme les humains, selon le rythme entendu. Leurs conclusions sont publiées dans la revue Science Advances.
Le rythme dans la peau
L’équipe avait deux hypothèses alternatives. La première était que le tempo musical optimal pour la synchronicité des battements serait déterminé par la « constante de temps du corps ». En d’autres termes, notre corps travaille à un certain rythme (rythme cardiaque, respiratoire ou de marche à une fréquence de 2 Hz (~ 120 BPM)), auquel nous sommes le plus sensibles. En fait, nous synchronisons naturellement nos mouvements avec lui. Mais c’est différent selon les espèces. C’est beaucoup plus rapide pour les petits animaux, car ils ont un rythme interne plus rapide que les humains.
La deuxième hypothèse était que le temps optimal serait plutôt déterminé par la « constante de temps du cerveau ». Dans ce cas, c’est le cerveau qui règle l’heure, les neurones étant sensibles à un certain rythme, déclenchant une activité et un mouvement neuronaux intenses. Cette constante est relativement bien conservée à travers les espèces. Des études antérieures ont montré que la musique offre une fenêtre unique sur la complexité interconnectée de nos esprits. Lola Cuddy de l’Université Queen’s, pionnière de la psychologie musicale, explique : « La musique est représentée dans tout le cerveau, il n’y a pas de centre musical.
Pour tester ces deux hypothèses, ils ont analysé le comportement de 20 humains et 10 rats. Ces derniers étaient équipés d’accéléromètres miniatures sans fil pour mesurer les moindres mouvements de la tête. Les chercheurs leur ont joué des extraits d’une minute de la Sonate pour deux pianos en ré majeur de Mozart, à quatre tempos différents : 75 %, 100 %, 200 % et 400 % de la vélocité originale.
Des études antérieures ont étudié visuellement les réponses des animaux à la musique, mais c’est la capacité de mesure précise des petits accéléromètres qui a permis à cette équipe de capturer même le plus petit des mouvements autrement imperceptibles. Les trois lettres sur le graphique représentent les trois axes de la tête enregistrés par l’appareil. © Ito et al., 2022
Le professeur Hirokazu Takahashi de la Graduate School of Science and Technology déclare dans un communiqué : « Nos résultats suggèrent que le moment optimal pour la synchronisation des battements dépend de la constante de temps dans le cerveau. Cela montre que le cerveau animal peut être utile pour clarifier les mécanismes perceptifs de la musique ».
En fait, le tempo original de la Sonate de Mozart est de 132 bpm et les données ont montré que la synchronicité des battements de la souris était la plus claire dans la plage 120-140 bpm. L’équipe a également constaté que les souris et les humains secouaient la tête à un rythme similaire et que le niveau de tremblement de la tête diminuait à mesure que la musique était accélérée.
Comparaison de la synchronisation des battements entre les rats et les humains lors d’une présentation musicale. (A) Distribution du mouvement de la tête pour chaque battement en fonction des temps de lecture (75, 100, 200 et 400%). (B) Mouvement maximal de la tête à chaque indice de battement (1 à 132). La forme d’onde du son de la musique avec les temps de battement supposés (lignes rouges) est affichée dans la case supérieure. (C) Corrélation entre secousse et tout signal de battement entre les rats et les humains. Le coefficient de corrélation (r) est indiqué dans chaque encart.
Hirokazu Takahashi explique : « Pour autant que nous le sachions, il s’agit du premier rapport de synchronisation innée des battements chez les animaux qui n’a pas été atteint par l’entraînement ou l’exposition musicale. »
Les chercheurs ont également découvert que le cortex auditif, la région de notre cerveau qui traite le son, était également réglé sur 120-140 bpm, en utilisant un modèle mathématique d’adaptation cérébrale. En plus d’être un aperçu fascinant de l’esprit animal et du développement de notre synchronicité rythmique, les chercheurs y voient également une vision de la création de la musique elle-même, qui va au-delà du cortex auditif. La musique implique des structures anatomiques spécifiques telles que les voies vibrotactiles et vestibulaires, qui modulent la perception du rythme musical et stimulent le désir de mouvement.
Par la suite, les auteurs ont l’intention d’étudier d’autres caractéristiques de la musique, telles que la mélodie et l’harmonie, et leur relation avec la dynamique cérébrale. Le but ultime serait de comprendre quels mécanismes cérébraux créent des domaines culturels humains tels que les beaux-arts, la musique, la science, la technologie et la religion. Takahashi conclut : « Je pense que cette question est la clé pour comprendre le fonctionnement du cerveau et développer l’IA de nouvelle génération (intelligence artificielle). »
Des ondes sonores contre la dépression ?
Mais pourquoi jouer de la musique aux souris en premier lieu ? Takahashi répond : « La musique exerce une forte attraction sur le cerveau et a des effets profonds sur les émotions et la cognition. Pour utiliser la musique efficacement, nous devons révéler le mécanisme neuronal qui sous-tend ce fait empirique. »
Comme mentionné précédemment, les sons à basse fréquence induisent l’envie de bouger et facilitent la synchronisation du mouvement avec le rythme. Mais les sons à haute fréquence ont aussi des avantages.
En fait, l’exposition du corps entier aux ultrasons à haute fréquence est connue pour augmenter l’activité cérébrale chez l’homme. Cependant, on sait peu de choses sur son impact et les mécanismes associés sur les états émotionnels tels que la dépression.
De plus, dans une étude de juillet 2022, une équipe de la même université a révélé que l’exposition aux ultrasons améliore le comportement dépressif dans un modèle de dépression chez le rat. Avec les résultats mentionnés ci-dessus, leurs découvertes soutiennent le potentiel de l’exposition aux ultrasons en tant que traitement non invasif des troubles mentaux, mais aussi de certaines thérapies musicales, telles que celles utilisées pour les personnes ayant subi des accidents vasculaires cérébraux. Ceux-ci sont basés sur une thérapie d’intonation mélodique pour recâbler …
