Après les corbeaux et leur compréhension de la récursivité, jusque-là considérée comme une compétence exclusivement humaine, c’est au tour des rats de nous approcher. Récemment, des chercheurs japonais ont démontré que les animaux peuvent bouger la tête au rythme de la musique, prouvant 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 la musique et la culture en général sont créées.
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 les humains, généralement de 120 à 140 battements par minute (bpm), et sont le plus souvent utilisées dans les compositions musicales. En effet, une autre étude récente a révélé que les sons à basse fréquence (inférieurs à 10 Hz) aident à se déplacer en rythme. Ils donnent des avantages dans la perception et la synchronisation des mouvements.
Alors que les animaux réagissent également au bruit auditif, peuvent 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, de répondre ou même d’anticiper naturellement le rythme de la musique. Un mécanisme appelé synchronisme des battements.
Ce n’est que relativement récemment que des vidéos et des études ont montré que certains animaux semblent partager cette sensibilité séculaire au rythme et le désir de l’accompagner de mouvement. De plus, une équipe de l’Université de Tokyo apporte désormais la preuve que les rats en font partie. Ces derniers peuvent bouger la tête, comme les gens, selon le rythme qu’ils entendent. Leurs résultats sont publiés dans la revue Science Advances.
Rythme dans la peau
L’équipe avait deux hypothèses alternatives. Tout d’abord, le tempo musical optimal pour la synchronisation des battements sera déterminé par la « constante de temps du corps ». En d’autres termes, notre corps travaille à un certain rythme (pouls, rythme respiratoire ou vitesse de marche à une fréquence de 2 Hz (~120 battements par minute)) auquel nous sommes plus sensibles. En fait, nous synchronisons naturellement nos mouvements avec lui. Mais cela diffère selon les espèces. C’est beaucoup plus rapide pour les petits animaux, car ils ont un rythme interne plus rapide que les humains.
La seconde hypothèse était que le rythme optimal serait plutôt déterminé par la « constante de temps du cerveau ». Dans ce cas, c’est le cerveau qui donne le rythme, et les neurones sont sensibles à un certain rythme, provoquant une activité et un mouvement neuronaux intenses. Cette constante est relativement bien conservée à travers les espèces. Des recherches antérieures ont montré que la musique offre une fenêtre unique sur la complexité en réseau de nos esprits. Lola Cuddy de l’Université Queen’s, une 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 demandé d’écouter 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 vitesse d’origine.
Des études antérieures ont étudié visuellement les réponses des animaux à la musique, mais ce sont les capacités de mesure précises de petits accéléromètres qui ont permis à cette équipe de capturer même les plus petits mouvements qui seraient autrement invisibles. Les trois lettres du graphique représentent les trois axes de tête enregistrés par l’appareil. © Ito et al., 2022
Le professeur agrégé Hirokazu Takahashi de la Graduate School of Science and Technology déclare dans un communiqué : « Nos résultats montrent que le rythme optimal pour la synchronisation des battements dépend de la constante de temps dans le cerveau. Cela démontre que le cerveau des animaux peut être utile pour expliquer les mécanismes de perception de la musique.
En effet, le tempo original de la Sonate de Mozart est de 132 battements par minute, et les données ont montré que la synchronisation des rythmes des rats était la plus claire dans la plage de 120 à 140 battements par minute. L’équipe a également constaté que les rats et les humains secouaient la tête au même rythme et que le niveau de tremblement de la tête diminuait à mesure que la musique s’accélérait.
Comparaison de la synchronisation du rythme chez les rats et les humains lors d’une performance musicale. (A) Répartition du mouvement de la tête pour chaque battement en fonction du tempo de lecture (75 %, 100 %, 200 % et 400 %). (B) Mouvement maximal de la tête pour chaque indice d’impact (de 1 à 132). La forme du son musical avec le temps d’impact estimé (lignes rouges) est indiquée dans l’encart supérieur. (C) Corrélation des secousses avec chaque signal de choc entre les rats et les humains. Le coefficient de corrélation (r) est indiqué sur chaque encart.
Hirokazu Takahashi explique: « À notre connaissance, il s’agit du premier rapport de synchronisation innée du rythme chez les animaux qui n’a pas été atteint par l’entraînement ou l’exposition musicale. »
Les chercheurs ont également souligné que le cortex auditif, la zone de notre cerveau qui traite le son, a également été réglé sur 120 à 140 battements par minute à l’aide d’un modèle mathématique d’adaptation du cerveau. Outre des aperçus fascinants sur l’esprit des animaux et le développement de notre propre synchronie rythmique, les chercheurs y voient également un aperçu de la création de la musique elle-même qui transcende le cortex auditif. La musique comprend certaines structures anatomiques, telles que les voies vibrotactiles et vestibulaires, qui modulent la perception du rythme musical et stimulent le désir de bouger.
Ensuite, les auteurs prévoient d’explorer d’autres caractéristiques de la musique, telles que la mélodie et l’harmonie, et leur relation avec la dynamique cérébrale. Le but ultime est de comprendre quels mécanismes du cerveau créent des domaines de la culture humaine tels que les arts visuels, la musique, la science, la technologie et la religion. Takahashi conclut : « Je crois que cette question est la clé pour comprendre le fonctionnement du cerveau et pour développer la prochaine génération d’IA (intelligence artificielle). »
Les ondes sonores contre la dépression ?
Mais pourquoi les rats écouteraient-ils de la musique ? Takahashi répond : « La musique a un fort effet sur le cerveau et a un effet profond sur les émotions et la cognition. Pour utiliser la musique efficacement, nous devons découvrir le mécanisme neuronal qui sous-tend ce fait empirique.
Comme mentionné précédemment, les sons à basse fréquence donnent envie de bouger et facilitent la synchronisation de votre mouvement avec le rythme. Mais les sons à haute fréquence ont aussi des avantages.
En effet, 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 effet et les mécanismes associés sur les états émotionnels tels que la dépression.
De plus, dans une étude de juillet 2022, un groupe de la même université a montré que l’exposition aux ultrasons améliorait le comportement dépressif dans un modèle de dépression chez le rat. Combinés aux résultats mentionnés ci-dessus, leurs découvertes soutiennent l’impact potentiel des ultrasons en tant que traitement non invasif des troubles psychiatriques, ainsi que certaines thérapies musicales, telles que celles utilisées pour les survivants d’un AVC. Ils sont basés sur la thérapie d’intonation mélodique pour restructurer les compétences linguistiques, en utilisant la mélodie pour déplacer l’accent de la parole de l’hémisphère gauche vers l’hémisphère droit.
