Musique, Psychoacoustique et Apprentissage Implicite Vers un modèle intégré de la cognition musicale Soutenance de thèse de Charles Delbé Doctorat de Psychologie Cognitive LEAD - Université de Bourgogne charles.delbe@u-bourgogne.fr 10 décembre 2009

Appréciation musicale Introduction Facteurs ascendants et descendants Système cognitif Connaissances issues de l’exposition à une culture musicale, stockées en MLT Traitements descendants influencés par des connaissances antérieures Implications: Modularité de la cognition Relations musique/langage Réhabilitation cognitive … Appréciation musicale Traitements ascendants influencés par les caractéristiques de la stimulation Système auditif Caractéristiques psychoacoustiques de l’environnement auditif et MCT

Les traitements ascendants de l’information musicale Introduction Les traitements ascendants de l’information musicale Traitements syntaxiques Émotions Apprentissage Implicite Delbé, C., et coll. (en prep.). Disentangling musical syntax processing from auditory short-term memory Liégeois-Chauvel, C., Delbé, C., et coll. (en prep.) The synchronization between cortex and amygdala indexes emotional responses to music Delbé, C., French, R. M., & Bigand, E. (2008). Catégorisation asymétrique de séquences de hauteurs musicales. L'Année Psychologique. Publications Méthodologies : Khalfa, S., Delbé, C., et coll. (2008). Positive and Negative Music Recognition Reveals a Specialization of Mesio-Temporal Structures in Epileptic Patients. Music Perception. Bailes, F., & Delbé, C. (sous presse). Long-term Melodic Expectation: the unexpected observation of distant priming effects. Musicæ Scientiæ. Modélisation cognitive Traitement du signal Collaborations Neurosciences Marmel, F., Tillmann, B., & Delbé, C. (accepté). Priming in melody perception: tracking down the strength of cognitive expectations. JEP:HPP. Lalitte, P., Bigand, E., Kantor-Martynuska, J., & Delbé, C. (2009). On Listening to Atonal Variants of Two Piano Sonatas by Beethoven. Music Perception Modèles théoriques Méthodes comportementales

Vers un modèle intégré de la cognition musicale Plan La perception musicale implique-t-elle des traitements syntaxiques de type linguistique ? L’acquisition de régularités statistiques musicales Vers un modèle intégré de la cognition musicale

Les attentes musicales I - Musique et syntaxe Les attentes musicales L’écoute d’une pièce musicale crée des attentes concernant les évènements auditifs à venir +/- Facilitation perceptive pour les accords reliés à un contexte (Bharucha et coll.; Bigand et coll.) Contexte musical Accord Effets d’interférences (Patel et coll.; Tillmann et coll..) Réponses cérébrales aux violations harmoniques (Patel et coll.; Koelsch et coll.) Pathologies (Patel et coll.; Jentschke et coll.) “One strong piece of evidence for a cognitivist view of tonal syntax is that certain psychological properties of musical elements derive from their context and structural relations rather than from their intrinsic physical features” (Patel, 2008, p. 260). L’observation de phénomènes d’attentes musicales (et des effets de leurs violations) est à l’origine de l’hypothèse de traitements de type syntaxique en musique, similaires à ceux du langage.

Origines des attentes musicales ? I - Musique et syntaxe Origines des attentes musicales ? L’approche cognitive : abstractions et représentations en MLT La fille qui embrasse le garçon joue du piano La structure prolongationnelle est l’équivalent musical de la syntaxe linguistique (Jackendoff, 2009)

I - Musique et syntaxe Un modèle cognitif : MUSACT (Bharucha, 1987; Tillmann, Bharucha, et Bigand, 2000) Un réseau à activation interactive, inspiré des modèles de la représentation des connaissances linguistiques (Rumelhart & McClelland, 1982; Elman & McClelland, 1984) Flux ascendant Flux descendant

I - Musique et syntaxe Un modèle cognitif : MUSACT (Bharucha, 1987; Tillmann, Bharucha, et Bigand, 2000) Reliée Moins reliée Activation F# C# G# D# A# F C G D A E B Bigand et coll., 1999 Cellules Accords

(Parncutt, 1989; Huron et Parncutt, 1993; Leman, 2000) I - Musique et syntaxe Origines des attentes musicales ? Hypothèse alternative: perception de la hauteur et mémoire auditive à court-terme Rôle des hauteurs virtuelles et de la MCT auditive dans la perception des structures de hauteurs (Parncutt, 1989; Huron et Parncutt, 1993; Leman, 2000) Les phénomènes d’attentes sont générés par les caractéristiques acoustiques de la stimulation et par les propriétés du système auditif

Un modèle auditif (Leman, 2000) I - Musique et syntaxe Un modèle auditif (Leman, 2000)

Filtrage et Transduction I - Musique et syntaxe Signal Filtrage et Transduction Encodage de la hauteur Fibres auditives Périodes Mémoire à court terme Temps Percept immédiat Contexte global Contextualité tonale : différence entre ces deux images à chaque instant => Tension tonale (combien le percept immédiat des hauteurs s’intègre au contexte global) Amorçage sensoriel : différence de la contextualité tonale de la cible (Reliée – Moins reliée)

Un modèle auditif (Leman, 2000) I - Musique et syntaxe Un modèle auditif (Leman, 2000) Réévaluation d’un grand nombre d’études en faveur d’un traitement syntaxique abstrait de la musique, similaire à celui du langage Delbé, C., Bigand, E., Poulin-Charronnat, B., Tillmann, B., & Leman, M. (en prep.). Disentangling musical syntax processing from auditory short-term memory

Amorçage en contexte long I - Musique et syntaxe Amorçage en contexte long Bigand & Pineau, 1997 CT(Reliée) – CT(Moins reliée) CT(Reliée) > CT(Moins reliée) Prédit l’effet d’amorçage harmonique

Amorçage distant I - Musique et syntaxe V I 1) Bigand et coll., 1999 V I 1) Facilitation perceptive : Reliée > Modérément reliée > Peu reliée V I I IV 3) I IV 2)

Amorçage distant I - Musique et syntaxe différence différence Bigand et coll., 1999 différence différence CT : Reliée > Modérément reliée > Peu reliée

Réponses cérébrales aux violations harmoniques I - Musique et syntaxe Réponses cérébrales aux violations harmoniques P600; Patel et coll. (1998) Tonique - Proche Tonique (C) Tonalité : C Tonalité distante (Db) Tonalité proche (Eb) Tonique - Distant

Réponses cérébrales aux violations harmoniques I - Musique et syntaxe Réponses cérébrales aux violations harmoniques ERAN; Steinbeis, Koelsch, et Sloboda (2006) 6 chorals de Bach terminés par un accord: Attendu (tonique) Inattendu (tonique mineure) Très inattendu (Sixte Nap.)

Interférences musique / langage Musique et syntaxe Interférences musique / langage Slevc, Rosenberg, & Patel (2009) Dans – Hors tonalité

I - Musique et syntaxe Partie 1 : conclusions Une majorité des résultats réévalués peut être expliquée de façon parcimonieuse par un modèle auditif Pourquoi le modèle échoue-t-il quelques (rares) fois ? Limitations (codage temporel, étendue fréquentielle, paramètres et dynamique de la mémoire échoïque) Les traitements ascendants influencent l’amorçage musical: Décours temporel (Tekman et Bharucha, 1998; Bigand et coll., 2003) Amorçage sensoriel chez des patients aphasiques (Patel et coll., 2008) Amorçage mélodique (Bailes et Delbé, sous presse; Marmel, Tillmann, et Delbé, sous presse) Mais ces traitements ne semblent pas suffisants, des influences descendantes sont nécessaires Représentations de règles syntaxiques abstraites de type linguistique ? Représentations de régularités statistiques ?

Vers un modèle intégré de la cognition musicale Plan La perception musicale implique-t-elle des traitements syntaxiques de type linguistique ? L’acquisition de régularités statistiques musicales Vers un modèle intégré de la cognition musicale

II - L’acquisition de régularités statistiques musicales Catégorisation visuelle chez les jeunes enfants de 3-4 mois (Quinn, Eimas et Rosenkrantz, 1993) Technique de familiarisation/préférence Chats Chiens Familiarisation Test

Asymétrie de l’exclusivité de ces catégories II - L’acquisition de régularités statistiques musicales Temps de regard Catégorie d’habituation La représentation des chats exclue celles des chiens La représentation des chiens n’exclue pas celles des chats Asymétrie de l’exclusivité de ces catégories

Condition d’apprentissage II - L’acquisition de régularités statistiques musicales Un modèle connexionniste de l’habituation (Mareschal & French, 1997) Test/comparaison ? Erreur de prédiction (temps de regard) Condition d’apprentissage … Encodage Ajustement … Perception

Origine de l’effet d’asymétrie II - L’acquisition de régularités statistiques musicales Origine de l’effet d’asymétrie relations d’inclusion des distributions statistiques des caractéristiques visuelles: La variabilité de la catégorie chiens > chats => Tous les chats pourraient être des chiens, mais pas l’inverse L’effet d’asymétrie émerge dans un système dont les représentations internes reflètent les relations d’inclusion de l’environnement. Ces simulations confirment que les processus mis en jeu sont ascendants

II - L’acquisition de régularités statistiques musicales Delbé, C., French, R. M., & Bigand, E. (2008). Catégorisation asymétrique de mélodies. Manipulation des probabilités d’occurrence d’intervalles dans de courtes mélodies artificielles (atonales) Intervalles : 1 2 3 4 5

II - L’acquisition de régularités statistiques musicales Résultats comportementaux et simulations Participants Simulations

II - L’acquisition de régularités statistiques musicales Partie 2 : conclusions Des processus ascendants, sensibles aux distributions statistiques des stimulations, influencent l’émergence de catégories mélodiques Principes aspécifiques de traitement de l’information Ces traitements s’appliquent à des régularités d’ordre psychoacoustique impliquant des unités de bas niveau (notes, intervalles, …)

Vers un modèle intégré de la cognition musicale La perception musicale implique-t-elle des traitements syntaxiques de type linguistique ? L’acquisition de régularités statistiques musicales Vers un modèle intégré de la cognition musicale

III - Vers un modèle intégré Musique, langage et cerveau : vers un modèle intégré Modularité (Peretz et Coltheart, 2001) Ressources partagées (Patel 2001; 2008) Zatorre et Gandour (2008) « The key to reconciling these phenomena probably lies in understanding the interactions between afferent pathways that carry stimulus information, with top-down processing mechanisms that modulate these processes. » Interactions entre processus ascendants et descendants

Leabra : une architecture cognitive connexionniste Vers un modèle intégré Leabra : une architecture cognitive connexionniste (O'Reilly, 2006; O'Reilly & Munakata, 2000) Intègre un grand nombre de principes de modélisation connexionniste communément admis Représentations distribuées Pas de dissociation représentations / processus Flux de traitement global multi-directionnel (modulé par les NGC) Les représentations du CF (issues d’apprentissage statistique séquentiel) sont indépendantes, mais sujettes à une inhibition forte

Merci de votre attention !