La musique bénéfique pour le cerveau
L ‘écoute et la pratique de la musique peuvent améliorer la qualité du fonctionnement de notre cerveau, et ralentir l’apparition de troubles cognitifs. « *On arrive à avoir un effet retard sur les symptômes, éventuellement d’une maladie neurodégénérative dont on est porteur. Lors de leur voyage vers les Kerguelen au début du siècle dernier, Raymond Rallier du Baty et son équipage ont abordé l’île Tristan Da Cuhna, alors peuplée de naufragés dont le contact avec la civilisation dépendait essentiellement de l’égarement de bateaux. Lorsque l’un des aventuriers eut l’idée de jouer de l’accordéon, il suscita des réactions inattendues de la part des insulaires. Ceux-ci, privés du son de tout instrument de musique, se mirent à danser frénétiquement lors d’un épisode décrit comme un joyeux délire par Rallier du Baty.
par
Loïc Damm
Postdoctoral Researcher, Université de Montpellier
Benoît Bardy
Professeur en Sciences du Mouvement, fondateur du centre EuroMov, membre de l’Institut Universitaire de France (IUF), Université de Montpellier dans the Conversation
Cet épisode rappelle que, plus qu’un élément culturel, la musique est inscrite en nous, littéralement. Et nous ignorons encore la portée réelle de son influence.
La musique nous incite au mouvement, et nous sommes capables d’accorder nos mouvements avec ses rythmes – une propension naturelle et universelle. L’élément rythmique le plus marquant que nous identifions et sur lequel nous calons nos mouvements est la pulsation (beat en anglais). La fréquence de la pulsation définit le tempo musical.
Tapoter, bouger en rythme ou bien sûr danser sont des activités qui semblent triviales, elles reposent pourtant sur une faculté essentielle : coordonner les mouvements de notre corps avec des rythmes auditifs réguliers et prédictibles. On parle de couplage entre perception et action.
Quand il s’agit d’accorder son mouvement au rythme de la musique, la précision temporelle est essentielle. Imaginez la chorégraphie d’un danseur : vous attendez une synchronisation entre musique et mouvement. En d’autres termes, fréquence du mouvement et tempo de la musique doivent converger.
Mais ce n’est suffisant. Pour que leur synchronisation soit parfaite, il faut aussi que musique et mouvement soient calés l’un sur l’autre : tout décalage étant immédiatement perceptible. Imaginez cette fois un musicien qui joue en retard par rapport à son orchestre…
Pour aligner nos mouvements aux pulsations musicales, nous devons percevoir précisément le rythme. Ça n’a en fait rien d’évident : la richesse des informations rythmiques d’une musique trompe encore les meilleurs algorithmes spécialisés… Et nous ne sommes pas tous égaux dans ce domaine, notre formation musicale notamment joue sur nos capacités de perception et de synchronisation.
Le déchiffrage des rythmes musicaux repose sur un vaste réseau de structures cérébrales étudiées en neuro-imagerie. Plusieurs régions réagissent, et interagissent, à la présence d’une pulsation : certaines habituellement classées comme étant à dominantes « sensorielles » (comme les aires corticales auditives du lobe temporal du cerveau), d’autres à dominantes « motrices » (comme les ganglions de la base ou les aires prémotrices et motrices du lobe frontal). Elles sont impliquées à la fois au cours de l’analyse et de la perception du rythme.
Des régions cérébrales dédiées à la perception du rythme et au mouvement sont capables d’interagir et de se renforcer. grayjay/Shutterstock
Mais elles sont également activées lorsqu’un mouvement est effectué en suivant un rythme auditif… comme lorsqu’il n’y a pas de mouvement, dans une tâche de perception simple.
La vision classique de la spécialisation des aires cérébrales, en l’occurrence sensorielles et motrices, tend donc à s’évanouir lorsqu’il s’agit de percevoir un rythme ou de bouger en réponse à celui-ci.
Le mouvement induit par des stimulations auditives est un cas de couplage sensori-moteur ou de perception-action. Il peut être décrit comme le renforcement des connexions entre des zones cérébrales distinctes, depuis celles qui extraient les caractéristiques temporelles des informations auditives jusqu’à celles qui mettent en œuvre les séquences de mouvement.
L’éventail des expressions du mouvement humain est plus large que ce qui est communément admis, et il est rythmique même en l’absence de stimulations auditives. Il s’étend en fait de la voix à la marche et la course, en passant par pratiquement toutes les formes de mouvements corporels les plus créatives.
Moins intuitive, la production de parole repose en effet sur l’activation de muscles qui font vibrer nos cordes vocales et en font émerger une signature rythmique ! Nous en prenons conscience pendant un discours monotone et soporifique…
La rythmicité la plus évidente reste celle de la locomotion, probablement l’activité physique rythmique la plus conservée parmi les animaux – Homo sapiens compris. Marcher consiste en une simple alternance de pas gauche et droit, par l’activation coordonnée des muscles de nos jambes.
De plus, l’anatomie de notre corps, la longueur de nos os ou la répartition de nos masses limitent la fréquence de nos mouvements, comme les caractéristiques d’un pendule déterminent l’intervalle du tic-tac d’une horloge. En biologie, les cycles, comme celui de la marche, sont maintenus dans le temps par une combinaison de mécanismes passifs (mécaniques) et actifs (musculaires).
Pour caler ce jeu délicat, la bonne coordination des muscles apparaît comme une fonction essentielle du tout système nerveux. La simple locomotion bipède, compte tenu du nombre de muscles impliqués, est une expression fascinante de leur maîtrise des rythmes. Cela est illustré par l’existence, chez les vertébrés, de réseaux de neurones (appelés réseaux locomoteurs spinaux) capables de produire des schémas d’activités musculaires, soit une activation coordonnée d’un ensemble de muscles : de tels schémas se traduisent par des mouvements structurés telle la marche.
Notre cerveau agit également comme un filtre entre les rythmes de notre corps et ceux de notre environnement.
Sa capacité à analyser un rythme musical et à en extraire la pulsation ouvre la possibilité d’utiliser cette dernière afin de fournir un point de repère à nos mouvements, en « l’injectant » dans les zones cérébrales impliquées.
Cependant, pour se frayer un chemin dans notre système (loco-)moteur, les stimulations externes doivent répondre à certains critères. Et là, mécanique et neurophysiologie ont leur mot à dire.
La stabilité de nos rythmes propres détermine en effet les conditions d’un éventuel entraînement locomoteur : un tempo musical ne pourra nous influencer que s’il est suffisamment proche de notre cadence de marche. Dans ce cas, et à condition qu’il existe une interaction entre la locomotion et la musique (par exemple de nature mécanique ou neurophysiologique), notre cadence va converger vers le tempo de la musique : nous sommes entraînés et la synchronisation se produit.
Si l’on considère le rythme de nos mouvements, notre cerveau montre une appétence naturelle pour un tempo autour de 120 battements par minute. Notre marche serait caractérisée par 70 à 130 pas par minute par exemple. Chez les rats, pourtant plus petits et marchant à une cadence plus élevée, ce sont là encore des stimulations auditives à 120 battements par minute qui sont le plus susceptibles d’avoir une influence. Le tempo optimal pour se synchroniser avec la musique pourrait donc dépendre de constantes neurobiologiques conservées à travers les espèces.
La prédilection des cerveaux, tant chez le rat que l’être humain, pour des rythmes se situant autour de 120 battements par minute laisse penser à une faculté cérébrale préservée par l’évolution.
Le naturaliste Charles Darwin affirmait déjà au XIXe siècle que « la perception, sinon le plaisir, du tempo musical et du rythme est probablement commun à tous les animaux, et dépend sans aucun doute de la nature physiologique commune de leurs systèmes nerveux ». Que les mécanismes associés à sa perception puissent avoir été conservés au cours de l’évolution s’accorde bien à l’idée que le rythme, tout comme il est un aspect fondamental de la construction musicale, serait un principe d’organisation fonctionnelle du cerveau.
Ainsi, si notre espèce est capable d’une synchronisation prédictive volontaire unique aux rythmes, chez les rongeurs existe déjà une faculté de synchronisation spontanée qui pourrait en constituer un précurseur évolutif, moins poussé, certes, mais déjà présent. Sans cette faculté, nous ne serions pas capables de produire ces airs qui nous parlent si viscéralement.
L’association des neurosciences et des sciences du mouvement a permis récemment de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau sous l’influence de stimulations musicales. On l’a vu, ces dernières activent des régions cérébrales associées au mouvement, qui contribuent en retour à leur perception : notre capacité à analyser des rythmes musicaux est ainsi renforcée par le mouvement : un couplage entre la perception et l’action qui nous permet d’interagir au mieux avec notre environnement. Et nous sommes même capables d’extraire les pulsations musicales, unité de base du rythme, des sons reçus afin d’utiliser la musique pour entraîner notre mouvement en nous synchronisant à elle.
On commence seulement à comprendre l’omniprésence de ces phénomènes de synchronisation dans notre quotidien – lorsque nous applaudissons à l’unisson à la fin d’un spectacle ou que nous calons spontanément notre pas sur celui des personnes qui nous entourent dans une foule… Il revient à la science d’en objectiver les influences, comme pour la musique… Les champs d’études relatifs aux interactions sociales, à la cognition et bien d’autres encore, sont loin d’être épuisés !
Science- Comment le cerveau construit sa réalité
Science- Comment le cerveau construit sa réalité
Contrairement à ce qu’on a longtemps supposé, notre représentation du monde n’est pas le fruit de l’empreinte que laisseraient les stimuli extérieurs sur l’activité de nos neurones. Ceux-ci sont en fait le siège d’activités spontanées, construisant une représentation interne du monde, sans cesse comparée à nos actions et perceptions.
Lorsque j’étais professeur, j’enseignais à mes étudiants comment notre cerveau perçoit le monde et contrôle le corps. Le message en substance était que lorsque nous regardons quelque chose ou que nous entendons un son, les stimuli visuels et auditifs sont convertis en signaux électriques, puis transmis au cortex sensoriel qui traite ces entrées et donne lieu à des perceptions. Pour déclencher un mouvement, les neurones du cortex moteur envoient des instructions à des neurones intermédiaires, situés dans la moelle épinière, ce qui se traduit par une contraction musculaire.
J’ai commencé mes recherches sans véritablement me demander si cette manière très simple de considérer les liens entre le cerveau et le monde extérieur était fondée. Cependant, malgré la succession des grandes découvertes qui ont donné naissance, à partir des années 1960, au domaine des « neurosciences », j’ai régulièrement dû faire face à la difficulté d’expliquer des mécanismes qu’au fond je ne comprenais pas – comme répondre à la question « où, exactement, dans le cerveau, a lieu l’acte de percevoir ? ». C’est pour répondre à ce genre d’interrogations que j’ai peu à peu développé une autre vision de la façon dont le cerveau interagit avec le monde extérieur.
Le plus grand défi des neurosciences consiste essentiellement à répondre à une question vertigineuse : qu’est-ce que l’esprit ? Du temps d’Aristote, les penseurs supposaient que l’esprit naissait vierge et se formait à partir des seules expériences de la vie. Un peu à l’image d’un tableau noir dépourvu d’inscriptions (que l’on appela tabula rasa, ou « table rase »), sur lequel nos expériences se graveraient peu à peu.
Ce cadre théorique, qualifié de modèle outside-in (les informations de l’extérieur modèlent le cerveau), a non seulement imprégné les philosophies chrétienne et perse, l’empirisme britannique et la doctrine marxiste mais également la psychologie et les sciences cognitives. Il est réputé aujourd’hui encore d’expliquer comment notre cerveau nous donne accès à la réalité.
Mais il existe un autre point de vue – celui qui a guidé mes recherches – qui affirme que les réseaux cérébraux entretiennent leur propre dynamique interne et produisent continuellement une myriade de motifs d’activité neuronale a priori dépourvus de sens. L’accès à la réalité est alors tout à fait différent : c’est parce qu’un comportement – a priori aléatoire – se révèle présenter un avantage pour la survie de l’organisme que le schéma neuronal ayant conduit à cette action prend alors du sens. Par exemple, lorsqu’un nourrisson prononce le mot « te-te » et que ses parents lui tendent un ours en peluche, le son « te-te » acquiert la signification « ours en peluche » [teddy bear, ndlr]. Ce cadre théorique inversé, « inside-out », qui part du principe que le cerveau n’est pas une table rase, est désormais étayé par de nombreux résultats de recherche.
Cela n’empêche pas le cadre « outside-in » d’avoir inspiré des expériences remarquables, comme les découvertes des scientifiques David Hubel et Torsten Wiesel. Ceux-ci sont parvenus, dans les années 1960, à enregistrer l’activité de neurones individuels impliqués dans le système visuel, ce qui leur a valu le prix Nobel de physiologie en 1981. Dans leurs plus célèbres expériences, ils ont enregistré l’activité neuronale d’animaux auxquels ils montraient des images. Les lignes, les bords, les zones claires ou sombres provoquaient des décharges dans différents groupes de neurones. Cela a conduit les chercheurs à penser que les signaux extérieurs amènent les neurones à produire des schémas d’activité simples, dont la combinaison, formant des modèles plus complexes, aboutit à la représentation d’un objet. Aucune participation active n’est nécessaire. Le cerveau effectue automatiquement cet exercice.
Le cadre théorique « outside-in » suppose ici que la fonction fondamentale du cerveau est de percevoir les « signaux » du monde extérieur et de les interpréter correctement. Sauf que si cette hypothèse est vraie, une opération supplémentaire est nécessaire pour que le cerveau réponde aux signaux en questions. En effet, entre les entrées perceptuelles et ce qu’en fait le sujet, il faut supposer l’existence d’une sorte de processeur central, qui reçoit les représentations sensorielles de l’environnement et en extrait les décisions orientant les actions appropriées.
Mais quelle est la nature de ce processeur central ? On le désigne sous de multiples termes : libre arbitre, homoncule, décideur, fonction exécutive, variables intervenantes ou tout simplement « boîte noire ». Cependant, la terminologie utilisée dépend à la fois de l’inclination philosophique de l’expérimentateur et de ce qui abrite ce « processeur ».