Een Voorspelbare Identiteit van Geluid Heeft een Positieve Invloed op het Vormen van Temporele Voorspellingen
Philip Jordanov
Abstract
In deze studie wordt de invloed van de perceptie van de identiteit van geluid (melodie) op het vormen van temporele voorspellingen (ritme) onderzocht. Ook wordt gekeken wat de rol van regelmaat hierbij is. Daarbij wordt muzikaliteit ook in beschouwing genomen. Hiertoe krijgen deelnemers ritmes met temporele intervallen die op integer ratio wijze zijn samengesteld met een bijbehorende melodie te horen. De studie heeft een factorial 2x2 design en is verdeeld in in 4 condities: voorspelbare melodie/regelmatig ritme,
onvoorspelbare melodie/regelmatig ritme, voorspelbare melodie/onregelmatig ritme en onvoorspelbare melodie/onregelmatig ritme. De deelnemers krijgen in deze ritmes devianten te horen waar ze op moeten reageren. Het aantal reacties en de reactietijd wordt hierbij geregistreerd en geanalyseerd. Uit de resultaten blijkt dat wanneer de identiteit van geluid voorspelbaar is, dit een positieve invloed heeft op het vormen van temporele voorspellingen van ritme. Ook blijkt dat regelmatigheid van de ritmes een positieve invloed heeft op het vormen van temporele voorspellingen.
10765409 Fleur Bouwer
Inleiding
Onze hersenen zijn voortdurend bezig met het voorspellen van wat er in de nabije toekomst gaat gebeuren en wanneer dit zal gebeuren. Dit is immers essentieel om aan te kunnen passen aan de omgeving. Deze voorspellingen worden gemaakt door mentale
projecties van in het verleden vastgestelde representaties van gebeurtenissen te gebruiken om te anticiperen op toekomstige gebeurtenissen (Schwartze, Farrugia & Kotz, 2012). Er wordt gedacht dat het voorspellen van de nabije toekomst op basis van eerdere gebeurtenissen een fundamentele rol speelt in de manier waarop sensorische informatie wordt verwerkt. Een vorm van het maken van voorspellingen bij het verwerken van geluid staat bekend als temporele voorspellingen. (Schroeder and Lakatos, 2009). Er bestaat al een aantal theorieën dat probeert het ontstaan van temporele voorspellingen te verklaren.
Een dergelijke, interessante theorie is de Predictive coding theorie (PC) (Friston, 2005, aangehaald in Vuust & Witek, 2014). PC probeert te verklaren hoe breingebieden informatie delen en integreren. De theorie stelt dat door gebruik te maken van Bayesiaanse inferentie, het brein voorspellingen kan doen over de toekomstige effecten van sensorische informatie op basis van kennis opgedaan door ervaring. Bij PC wordt het brein gezien als een soort ‘hypothesen-tester’ die prediction errors kan verklaren met behulp van a priori
voorspellingen.
Bij deze voorspellingen wordt aangenomen dat met name oppervlakkige regio’s in de cortex, waar veel piramidale cellen aanwezig zijn, verantwoordelijk zijn voor het doorgeven van prediction errors aan hogere breingebieden (bottom up). Daarnaast leveren dieper gelegen breingebieden op hun beurt weer gemoduleerde feedback door die voorspellingen opleveren afkomstig van hogere corticale gebieden, zodat de eerder genoemde prediction errors op lagere niveaus onderdrukt kunnen worden (top down).
Kortom is PC een theorie waarbij er vanuit wordt gegaan dat de hersenen proberen om prediction errors te minimaliseren en zo een volledig voorspelde representatie van de wereld te vormen. PC verschilt van eerdere theorieën omtrent voorspellingen aangezien de focus puur op het verwerken van de prediction error en niet op andere overbodige voorspellingen ligt, waardoor het systeem van PC zeer efficiënt is (Vuust & Witek, 2014).
Recentelijk is aangetoond dat PC als bruikbaar referentiekader kan fungeren voor het begrijpen van melodie- en ritmeperceptie. (Vuust & Firth, 2008). Volgens deze theorie interpreteren de hersenen de input (in dit geval ritmes) aan de hand van a priori gevormde, temporele voorspellingen. Aangezien in Westerse culturen vierkwartsmaten het meest voorkomen en de motoriek hier ook op wordt afgesteld (Sadeghi et al., 2000), proberen de hersenen de kans op een correcte voorspelling te maximaliseren door ritmes en melodieën in deze maatsoort te verwachten (Temperly, 2010). Ook hebben factoren als cultuur, beluisterde muziek, muzikale training en biologische factoren invloed op dit proces. Op deze manier proberen de hersenen voortdurend de discrepantie tussen de temporele voorspellingen van ritme en de daadwerkelijke sensorische input te minimaliseren.
Alhoewel is aangetoond dat PC een relevante theorie is bij melodie- en ritmeperceptie, is de theorie moeilijk te bewijzen aangezien de top-down en bottom-up gebaseerde verwerking tussen hogere en lagere hersengebieden moeilijk is vast te leggen vanwege spatiële en temporele beperkingen bij imaging methoden als fMRI, PET, EEG en MEG.
Toch is predictive coding een breed erkende, en vaak besproken theorie (Rao and Ballard, 1999; Clark, 2013). Ook wordt PC ondersteund door recentelijke bevindingen op neuraal niveau. Zo wordt er bij experimenten met geluidsverwerking vaak gekeken naar mismatch negativity (MMN). Dit is elektrische activiteit in de hersenen die ontstaat wanneer er een onverwachte sensorische input wordt waargenomen. De neurale processen van MMN komen overeen met de error-gebaseerde verwerking van PC (Vuust & Witek, 2014).
Om de interactie tussen neurale mechanismen bij het verwerken van geluid te onderzoeken, fungeert de PC theorie als een betrouwbaar raamwerk, aangezien deze helderheid geeft over hoe temporele voorspellingen tot stand komen. Het begrijpen van de oorsprong van temporele voorspellingen is van belang om de interactie tussen temporele voorspellingen van een ritme en andere factoren zoals de perceptie van de identiteit van geluid, ook wel toonhoogte of frequentie, te onderzoeken en te begrijpen.
Er is al veel onderzoek gaan naar temporele voorspellingen. Hierbij is bijvoorbeeld gekeken naar de effecten van temporele voorspellingen op perceptuele
accuraatheid/sensitiviteit (Jones, Moynihan, MacKenzie & Puente, 2002; Lawrance, Harper, Cooke & Schnupp, 2014) en reactietijd (Lange, 2009).
Grahn en Brett (2007) onderzochten de invloed van de complexiteit van regelmatige en niet regelmatige ritmes op het vormen van temporele voorspellingen. Om deze
voorspellingen te meten, moesten de deelnemers de ritmes reproduceren. Het bleek dat regelmatige, simpele ritmes het vormen van temporele voorspellingen faciliteerde, waardoor deze ritmes sneller herkend werden en gereproduceerd konden worden. Ook Morillon Schroeder, Wyart en Arnal (2016) deden onderzoek naar de invloeden van temporele
voorspellingen, ditmaal op de snelheid en accuraatheid van perceptuele beslissingen. Hieruit bleek dat temporele voorspellingen de snelheid en accuraatheid van deze beslissingen bevorderde. In deze onderzoeken wordt echter niet gekeken naar hoe temporele
voorspellingen interacteren met de perceptie van melodie. Om de interactie tussen deze factoren te begrijpen, moet er ook gekeken worden naar de interactie tussen temporele voorspellingen en de perceptie van de identiteit van geluid.
Een dergelijke interactie werd onderzocht door Costa-Faidella, Baldeweg, Grimm en Escera (2011). In hun studie wordt de interactie tussen ritme (when) en melodie (what)
onderzocht door te kijken naar de invloed van temporele voorspellingen op de verwachting van de identiteit van geluid. Met andere woorden; de invloed van de perceptie van ritme op de perceptie van melodie. Uit de resultaten bleek dat hoe voorspelbaarder een ritme is, hoe sneller er verwachtingen over de identiteit van geluid gevormd worden. Selchenkova, François, Schön, Corneyllie en Tillmann (2014) deden een gelijksoortige studie. Zij onderzochten het effect van temporele voorspellingen op de perceptie van de identiteit van geluid door te kijken hoe verschillende temporele presentaties het herkennen van een
misplaatste toonhoogte faciliteren. Ook hieruit bleek dat hoe beter voorspelbaar een ritme is, hoe sneller een geluid geïdentificeerd kan worden. Een gelijksoortige studie (Selchenkova, Jones & Tillman, 2014) waarbij de invloed van temporele voorspellingen op de perceptie van identiteit van geluid werd onderzocht, toonde eveneens aan dat regelmatige, en dus
voorspelbare ritmes het leren en herkennen van frequentie in toonsequenties faciliteerde. Over de invloed van temporele voorspellingen op de perceptie van de identiteit van geluid is al veel bekend, maar er is nog weinig gekeken naar het omgekeerde: Hoe temporele
voorspellingen kunnen worden beïnvloed door de perceptie van de identiteit van geluid. Om de interactie tussen neurale mechanismen die verantwoordelijk zijn voor temporele
voorspellingen en het scheppen van verwachtingen over de identiteit van een geluid te begrijpen, zal ook onderzocht moeten worden wat de invloed van verwachtingen over de identiteit van geluid op temporele voorspellingen is.
Bij onderzoek naar ritme en melodie, kan er sprake zijn van een grote spreiding in
muzikaliteit tussen de deelnemers, aangezien deze spreiding ook aanwezig is in de werkelijke populatie (Müllensiefen et al.,2014). Als deze verschillen in muzikaliteit tussen de
deelnemers niet worden ondervangen, kan dit zorgen voor een vertekening van de resultaten. Een zeer muzikaal iemand is namelijk beter in het herkennen van ritme dan een niet muzikaal iemand. Grahn en Rowe (2009) probeerden de spreiding in muzikaliteit te ondervangen door
te kijken naar het verschil in temporele voorspellingen tussen muzikanten en
niet-muzikanten. Uit hun studie bleek dat muzikanten net zo goed ritmes konden herkennen op basis van temporele voorspellingen als niet-muzikanten. Onderscheid maken tussen
muzikanten en niet-muzikanten alleen is echter niet genoeg om een duidelijk beeld te krijgen van de invloed van muzikaliteit. De operationalisering van dit construct vergt namelijk meer dan alleen onderscheid maken tussen wel- en niet-muzikanten. Het feit dat iemand een muziekinstrument heeft leren bespelen, hoeft niet te betekenen dat deze persoon muzikaler is dan iemand die geen muziekinstrument heeft leren bespelen. Het is belangrijk dat het begrip muzikaliteit volledig geoperationaliseerd wordt om uitspraak te doen over de invloed hiervan. Dit is gedaan door Müllensiefen, Gingras, Musil en Stewart (2014). In hun studie
introduceren zij het concept musical sophistication. Dit is een psychometrisch construct wat muzikale vaardigheden, expertise, ervaringen en het ondergaan van door muziek opgewekte emoties overkoepelt. Om dit construct te meten, introduceren ze Goldsmiths Musical
Sophistication Index (Gold-MSI). De uiteindelijke score op de GOLD-MSI bestaat uit de totaalscore van de subschalen deelname in muziek, muziekperceptie, zangvaardigheden, muzikale training en muziek gerelateerde emoties en geeft een compleet beeld van de muzikaliteit van de deelnemers. Door te controleren op muzikaliteit wordt de kans dat deze factor de resultaten van dit onderzoek vertekent.
Een groot aantal theorieën en empirische bevindingen toont aan dat temporele
voorspellingen met name voortkomen uit periodieke stimulaties (Large en Jones, 1999). Recentelijk is echter aangetoond dat temporele voorspellingen ook kunnen worden afgeleid uit non-periodieke stimulaties, zoals graduele afwijkingen in ritme en tempo. (Cope, Grube & Griffiths, 2012). Deze bevindingen geven een aanwijzing dat temporele voorspellingen mogelijk gedissocieerd kunnen worden van het concept van periodieke stimulatie, wat tot interessante nieuwe onderzoeksmogelijkheden kan leiden. Zo kan er gezocht worden naar het
bestaan van interacties tussen temporele voorspellingen en non-periodieke stimulaties, die niet voorkwamen bij periodieke stimulaties (Nobre, Rohenkohl & Stokes, 2012).
In deze studie zal gekeken worden naar de interactie tussen melodie en ritme. Hierbij wordt de invloed van voorspelbaarheid van identiteit van geluid op temporele voorspellingen in ritme onderzocht. Daarnaast wordt ook gekeken of deze invloed afhangt van de regelmaat van een ritme. Verwacht wordt dat naar mate de identiteit van geluid voorspelbaarder is, dat het makkelijker is om ritme te voorspellen. Ook wordt verwacht dat regelmatige ritmes makkelijker te voorspellen zijn dan onregelmatige ritmes.
De studie zal een 2x2 design hebben waarin het vormen van temporele voorspellingen en de perceptie van identiteit van geluid onafhankelijke variabelen zullen zijn. De perceptie van identiteit van het geluid zal geoperationaliseerd worden aan de hand van voorspelbare en niet voorspelbare melodieën en het vormen van temporele voorspellingen zal worden
geoperationaliseerd aan de hand van regelmatige en onregelmatige ritmes die de deelnemers te horen krijgen. Alle ritmes zullen voorspelbaar zijn. Hier is voor gekozen omdat niemand een taak met een onvoorspelbaar ritme en een onvoorspelbare melodie zal kunnen uitvoeren, aangezien dit te ingewikkeld is.
De invloed van de perceptie van identiteit van geluid op temporele voorspellingen van ritme wordt gemeten door de voorspelbaarheid van ritme te schenden. De reactietijd van de deelnemer op het opmerken van een schending van voorspelbaarheid is een afhankelijke variabele in deze studie. Ook zal geregistreerd worden hoe vaak de deelnemer een schending in ritme kan detecteren. Deze hitrate is de tweede afhankelijke variabele dit onderzoek.
Methode
Deelnemers
Deelnemers zullen worden gerekruteerd via de website van het laboratorium van de Universiteit van Amsterdam. Hier kunnen ze zichzelf aanmelden voor het onderzoek. Ook zullen de onderzoekers actief opzoek gaan naar deelnemers in kenniskringen.
Ten eerste zal een leeftijd boven de 45 of onder de 18 een exclusiecriterium zijn, aangezien het gehoor op latere leeftijd al snel achteruit gaat en het niet is toegestaan om minderjarigen te testen. Daarnaast is gehoorschade vanzelfsprekend ook een exclusiecriterium. Aangezien wij als onderzoekers niet geclassificeerd zijn om een gehoortest uit te voeren, kunnen wij slechts aan deelnemers vragen of zij gehoorproblemen ondervinden. Ook psychiatrische stoornissen als schizofrenie en ADHD en neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson zullen gelden als exclusiecriteria. In het geval van een dergelijke stoornis zal de uitgesloten deelnemers duidelijk worden gemaakt dat het niet verwacht wordt dat hij/zij slechter zal presteren dan een deelnemer zonder psychiatrische of neurologische stoornis, maar dat verwacht wordt dat hij/zij anders zal presteren. De kans bestaat namelijk dat ritme anders wordt waargenomen bij iemand met een dergelijke stoornis.
Verder zijn een aantal demografische gegevens van de deelnemers nodig voor deelname aan het experiment. Er zal gevraagd worden naar de leeftijd, geslacht, behaald
opleidingsniveau, en het opleidingsniveau dat de deelnemer verwacht te behalen. Iedere deelnemer zal alle condities van het onderzoek doorlopen en wanneer de deelnemer aanwezig is voor het experiment op de afgesproken tijd en datum, zal hij/zij worden beloond met participatiepunten.
Materialen
De 2x2 design van deze studie zal vier condities bevatten. Aangezien temporele voorspellingen zal worden onderverdeeld in regelmatige en niet regelmatige ritmes en de identiteit van het geluid wordt onderverdeeld in voorspelbaar en niet voorspelbaar ontstaan de volgende condities: voorspelbaar x regelmatig, voorspelbaar x onregelmatig,
onvoorspelbaar x regelmatig en onvoorspelbaar x onregelmatig.
In dit onderzoek krijgen de deelnemers geluidssequenties te horen die bestaan uit Marimba tonen met vaste toonhoogtes C4, Es4, Fis4 en A4 die geproduceerd zijn in MATLAB. De benamingen van deze toonhoogtes zijn gebaseerd op frequenties waarbij bijvoorbeeld C4 een frequentie van 261,6 Hz heeft. De geluidssequenties zullen de vorm hebben van ritmische patronen van 5 intervallen. In de regelmatige conditie zullen de ritmes zijn samengesteld uit temporele intervallen met ratio’s 1,2,2,3,4 waarbij een interval met een ratio van 1 bestaat uit 150 ms, een interval met een ratio van 2 uit 300 ms etc. In deze conditie zijn de intervallen zo ingesteld dat ze geheel metrisch zijn en worden de relaties tussen de intervallen weergegeven op een integer ratio wijze (Grahn & Brett, 2007). In de onregelmatige conditie worden de intervallen met ratio 1,1.4,1.4,3,5.2 gebruikt, waardoor de ritmes niet metrisch, en dus niet regelmatig zijn. Verder wordt bij elke sequentie 1 patroon gekozen en herhaald waardoor de ritmes in alle condities voorspelbaar zijn.
De ritmes bestaan uit vijf tonen met een frequentie die geselecteerd is uit de vier eerdergenoemde toonhoogtes. In ieder patroon wordt een combinatie van tonen gebruikt waarin alle vier deze toonhoogtes terugkomen, inclusief een toonhoogte die tweemaal voorkomt. De voorspelbare conditie zal bestaan uit melodieën waarbij een willekeurige combinatie van vijf tonen met de vier toonhoogtes steeds zal worden herhaald. Daarnaast zal
de onvoorspelbare conditie bestaan uit melodieën waarbij er steeds een verschillende combinatie van vijf tonen met de vier toonhoogtes zal worden gebruikt.
In een deel van de patronen zullen devianten voorkomen. Dit zijn tonen die de verwachting schenden doordat ze later dan verwacht hoorbaar zijn. Deze devianten vinden bijna altijd plaats na de intervallen 3 en 1, zodat de de regelmatige en onregelmatige condities hierop met elkaar vergeleken kunnen worden. Ook zal er een aantal (18,75%) van de devianten na
andere intervallen plaats vinden om te voorkomen dat deelnemers kunnen voorspellen wanneer een deviant optreedt. Deze devianten zullen echter niet in de analyse terugkomen. De devianten duren 60% langer dan de normale intervallen. In totaal zal 25% van de patronen deviant zijn, waarbij tussen twee devianten patronen altijd minstens twee reguliere patronen zullen zitten. Elke trial bevat 128 patronen. Van deze patronen zullen er in totaal 16, namelijk vier met een regelmatige melodie en een regelmatig ritme, vier met een regelmatige melodie en een onregelmatig ritme, vier met een onregelmatige melodie en een regelmatig ritme, en vier met een onregelmatige melodie en een onregelmatig ritme. In totaal duren de trials dan circa een uur.
Ook zal muzikaliteit worden opgenomen als covariaat in deze studie. Om dit te meten zal gebruik worden gemaakt van een Nederlandse versie de Gold-MSI (Müllensiefen et al. 2014). Zoals eerder besproken, bestaat de GOLD-MSI uit meerdere sub schalen, waaronder een sub schaal bestaande uit 18 items die de uiteindelijke musical sophistication
(muzikaliteit) aangeeft. Een voorbeeld van een dergelijk item is: “Nadat ik een liedje twee of drie keer gehoord heb, kan ik het zelf nazingen. ” De vragenlijst bestaat uit 59 items die vallen onder sub schalen die actief engagement aan muziek, cognitieve luistervaardigheid, muzikale training, zangvaardigheden en emotionele responsiviteit op muziek die werden gemeten op een zevenpuntsschaal. De Gold-MSI heeft een scorebereik van 18 tot 126. De GOLD-MSI stelt een goede interne consistentie te hebben, maar aangezien de vragenlijst zo
kort geleden is opgesteld, is met name de Nederlandse versie nog niet geheel gevalideerd. Müllensiefen et al. (2014) toonden echter aan dat de GOLD-MSI goede psychometrische eigenschappen heeft met een goede content en construct validiteit.
Procedure
De deelnemers werden onderzocht in afgesloten cubicles in het laboratorium van de Universiteit van Amsterdam. Hier deden de deelnemers vier blokken van taakjes waarbij ze de eerder besproken geluidssequenties kregen te horen in de genoemde condities door een hoofdtelefoon. Deze werden voorafgegaan door twee oefentrials waarbij de deelnemers eventuele vragen konden stellen aan de proefleider. Wanneer er een deviant hoorbaar was, werden de deelnemers geacht om de spatiebalk in te drukken. Na ieder blok van circa 16 minuten, kreeg de deelnemer feedback over zijn/haar prestatie te zien op het beeldscherm en kreeg hij/zij een pauzemoment waarbij de cublicle verlaten kon worden. Hierin konden eventuele vragen aan de proefleider gesteld worden. Na het tweede blok werd de GOLD-MSI op papier afgenomen bij de deelnemers, en na het derde blok kreeg de deelnemer opnieuw een regulier pauzemoment met mogelijkheid tot het stellen van vragen. Vervolgens ging de deelnemer door met het laatste blok, waarna hij/zij werd gevraagd haar e-mailadres in te vullen om eventueel nader geïnformeerd te worden over de resultaten van het onderzoek. Ten slotte werd de data van de deelnemer opgeslagen. Het afnemen van het onderzoek duurde 2 uur per deelnemer. Voor het uitvoeren van dit onderzoek is toestemming gegeven door de ethische commissie.
Resultaten Databehandeling
De analyses zijn uitgevoerd over 31 proefpersonen (14 mannen, 18 vrouwen) met een gemiddelde leeftijd van 21 jaar. Van het oorspronkelijke aantal zijn van twee proefpersonen de resultaten niet meegenomen. Bij proefpersoon 5 was dit vanwege een computercrash en bij proefpersoon 20 omdat deze proefpersoon te ver onder het gemiddelde scoorde. Data van proefpersonen werden als uitbijter beschouwd en verwijderd wanneer de scores op reactietijd en/of hitrate meer dan 2x de standaarddeviatie verschilde van de gemiddelde score. Dit is gedaan voordat de data gemiddeld werden. Bij het uitvoeren van de analyses is alleen naar de on beat (op de tel) data gekeken. Hiertoe zijn de off beat data verwijderd. Omdat het
ritmegevoel in mensen is gebaseerd op regelmatige ritmes en het herkennen van ritme verschilt bij on beat en off beat (Large & Jones, 1999), wordt in deze studie gekeken of deelnemers devianten kunnen herkennen wanneer deze on beat plaats vinden.
Analyse hitrate
Om te kijken wat de effecten van de onafhankelijke variabelen voorspelbaarheid en regelmaat op de afhankelijke variabele hitrate zijn, is een repeated measures ANOVA uitgevoerd waarin muzikaliteit als covariaat is opgenomen om hierop te controleren. Voordat deze analyse uitgevoerd kon worden, is gekeken of er aan de bijbehorende assumpties is voldaan. Aan de assumptie van sphericiteit is voldaan omdat deze analyse niet meer dan twee condities bevat. Sphericiteit is pas van belang als er drie of meer condities zijn. Ook aan de assumptie van homogeniteit van de regression slopes is voldaan, aangezien er geen
significante waarden onder de within-subject resultaten voorkomen bij de interacties tussen de condities en de covariaat muzikaliteit. Bij het controleren van de assumptie van
onregelmatig/voorspelbare en de regelmatig/voorspelbare niveaus in het design significant was. Om dit te ondervangen is een square-root transformatie uitgevoerd op de data. Na deze transformatie bleven deze niveaus dezelfde significantie behouden bij het opnieuw uitvoeren van de Shapiro-Wilk test. Daarom is gekozen om de analyses op de ongetransformeerde dataset uit te voeren. De resultaten van de data zullen desalniettemin te interpreteren zijn vanwege de robuustheid van het repeated meassures design die in de hoofdanalyse gebruikt zal worden. Vervolgens is de ANOVA met muzikaliteit als covariaat uitgevoerd om de hitrate en reactietijden per conditie te onderzoeken terwijl er gecontroleerd werd op
muzikaliteit. De resultaten lieten zien dat er een significant hoofdeffect van voorspelbaarheid op hitrate F (1,30) = 33.62, p < 0.001, η2
p= 0.53, en een significant effect van regelmaat op hitrate F (1,30) = 19.54, p < 0.001, η2
p= 0.39 is gevonden. In trials met voorspelbare ritmes, scoorden de deelnemers een hogere hitrate dan in trials met onvoorspelbare ritmes. Ook scoorden de deelnemers bij trials met regelmatige ritmes een hogere hitrate dan bij trials met onregelmatige ritmes. Er is geen significant interactie-effect gevonden tussen regelmaat, voorspelbaarheid en muzikaliteit. De gemiddelden worden weergegeven in tabel 1.
Tabel 1.
Gemiddelde Hitrate percentages en Standaarddeviaties (tussen Haakjes) van de Vier Niveaus van de Condities Regelmaat en Voorspelbaarheid.
Conditie Regelmatig Onregelmatig
Voorspelbaar 88.40(10.93) 82.01(18.47)
Uit grafiek 1 valt eveneens op te maken dat er geen interactie-effect is tussen voorspelbaarheid en regelmaat bij hitrate.
Analyse reactietijd
Om te kijken wat de effecten van de onafhankelijke variabelen voorspelbaarheid en regelmaat op de afhankelijke variabele reactietijd zijn, is ook een repeated measures ANOVA uitgevoerd waarin muzikaliteit als covariaat is opgenomen om hierop te controleren. Voordat deze analyse uitgevoerd kon worden, is gekeken of er aan de
bijbehorende assumpties is voldaan. Aan de assumptie van sphericiteit is voldaan omdat deze analyse niet meer dan twee condities bevat. Ook aan de assumptie van homogeniteit van de regression slopes is voldaan aangezien er geen significante waarden onder de within-subject resultaten voorkomen bij de interacties tussen de condities en de covariaat muzikaliteit. De
assumptie van normaliteit lijkt geschonden te zijn, aangezien de Shapiro-Wilk test op
meerdere niveaus van het design een significante waarde geeft. Om te testen of de varianties van de niveaus van het design genoeg verschillen om problemen in de interpretatie van de resultaten te veroorzaken, is de grootste variantie van het design gedeeld door de laagste variantie (33981/20349 = 1.67). Aangezien deze waarde lager dan twee is, is er geen reden om te verwachten dat het verschil in variantie problemen in de interpretatie van de resultaten zal veroorzaken (Field, 2009). De resultaten lieten zien dat er een significant hoofdeffect van voorspelbaarheid op reactietijd F (1,30) = 23.02, p < 0.001, η2
p = 0.43 en een significant effect van regelmaat op reactietijd F (1,30) = 8.35, p = 0.007 η2
p = 0.22 is gevonden. De gemiddelden worden weergegeven in tabel 2. Bij ritmes met een voorspelbare melodie scoren de deelnemers een snellere reactietijd dan bij ritmes met een onvoorspelbare melodie. Ook scoren deelnemers bij regelmatige ritmes een snellere reactietijd dan bij onregelmatige ritmes. De interactie tussen regelmaat en voorspelbaarheid wordt ook weergegeven in grafiek 3.
Ook is er een drieweg interactie gevonden tussen voorspelbaarheid, regelmaat en muzikaliteit F (1,29) = 11.54, p = 0.02, η2
p = 0.29. Om de drieweg interactie verder te onderzoeken is deze eerst opgesplitst door twee repeated measures ANOVA’s te gebruiken. Uit de resultaten bleek dat er een significant interactie-effect tussen voorspelbaarheid en muzikaliteit werd gevonden bij een regelmatig ritme F (1,29) = 9.21, p = 0.005, η2
p = 0.24. Ook werd de de interactie tussen muzikaliteit en voorspelbaarheid bij een onregelmatig ritme onderzocht. Hiertoe werd een ANOVA uitgevoerd over de onregelmatig/voorspelbare en de
onregelmatig/onvoorspelbare conditie met muzikaliteit als covariaat. Uit de resultaten bleek dat er geen significant effect gevonden was. De gevonden drieweg interactie werd dus veroorzaakt door een tweeweg interactie die bij regelmatige condities significant was, maar bij onregelmatige condities niet. Er is een significant verschil tussen de invloed van
muzikaliteit op de regelmatig/voorspelbare conditie en de invloed van muzikaliteit op de regelmatig/onvoorspelbare conditie gevonden. Wanneer score op de GOLD-MSI hoger is, is de reactietijd bij de regelmatig/onvoorspelbare conditie sneller dan in de
regelmatig/voorspelbare conditie. Hierbij kan niet gezegd worden dat dit verschil tussen de twee condities niet aanwezig zal zijn bij lagere GOLD-MSI scores, alleen dat dit verschil groter is bij hogere GOLD-MSI scores.
Tabel 2.
Gemiddelde Reactietijden en Standaarddeviaties (tussen Haakjes) in ms van de Vier Niveaus van de Condities Regelmaat en Voorspelbaarheid.
Conditie Regelmatig Onregelmatig
Voorspelbaar 409.35(146.93) 454.93(174.82)
Onvoorspelbaar 517.01(179.05) 575.34(185.01)
Verwacht werd dat naar mate de identiteit van geluid voorspelbaarder is, het makkelijker is om ritme te voorspellen. De identiteit van geluid werd geoperationaliseerd door voorspelbare en onvoorspelbare toonhoogtes te gebruiken. Aangezien er gevonden is dat naarmate de toonhoogtes in een ritme ritme voorspelbaarder zijn, devianten sneller en makkelijker herkend worden, is dit in lijn met de verwachtingen.
Discussie
In deze studie is gekeken naar de invloed van de perceptie van de identiteit van geluid op het maken van temporele voorspelingen. Er is gebleken dat wanneer de identiteit van geluid voorspelbaar is, devianten in ritmes vaker en sneller herkend kunnen worden dan wanneer de identiteit van geluid niet voorspelbaar is, en dus dat een voorspelbare identiteit van geluid het vormen van temporele voorspellingen positief beïnvloedt. Daarnaast is ook gebleken dat devianten in regelmatige ritmes vaker herkend worden dan in onregelmatige ritmes. Hieruit valt op te maken dat regelmatigheid van ritme een positieve invloed heeft op het vormen van temporele voorspellingen. Aangezien verwacht werd dat naar mate de identiteit van geluid voorspelbaarder is, dat het makkelijker is om ritme te voorspellen aan de hand van temporele voorspellingen, komen deze resultaten overeen met de verwachtingen. Ook werd verwacht dat regelmaat een positieve invloed heeft op het maken van temporele voorspellingen. De resultaten kwamen eveneens overeen met deze verwachting. Tussen regelmaat,
voorspelbaarheid en muzikaliteit is een drieweg interactie gevonden. Er is gebleken dat de interactie tussen voorspelbaarheid van melodie en muzikaliteit niet even groot was voor regelmatige en onregelmatige ritmes bij het meten van reactietijd. Muzikaliteit zorgde voor het sneller herkennen van devianten bij regelmatige ritmes met een onvoorspelbare melodie dan bij regelmatige ritmes met een voorspelbare melodie. Hieruit kan geconcludeerd worden dat muzikaliteit de snelheid van het vormen van temporele predicties bij een regelmatig ritme met een onvoorspelbare melodie positief beïnvloedt.
De conclusie van deze studie, dat een voorspelbare identiteit van geluid een positieve invloed heeft op het vormen van temporele predicties, en dat het voorspellen van ritmes beter gaat wanneer de ritmes regelmatig zijn, valt terug te koppelen aan de predictive coding theorie (Friston, 2005, aangehaald in Vuust & Witek, 2014). Volgens deze theorie worden
ritmes voorspeld aan de hand van temporele voorspellingen. In Westerse culturen zijn regelmatige vierkwartsmaten het meest voorkomend en proberen de hersenen de kans op een correcte voorspelling te maximaliseren door voorspelbare ritmes en melodieën in die
maatsoort te verwachten bij het maken van temporele voorspellingen. Dit kan verklaren waarom regelmaat en voorspelbaarheid een positieve invloed hebben op het maken van correcte temporele voorspellingen.
Verwacht werd dat wanneer een deelnemer muzikaler was, hij/zij hoger zal scoren dan minder muzikale deelnemers. Daarom is er besloten om te controleren op muzikaliteit door deze factor als covariaat op te nemen. In dit onderzoek heeft de covariaat muzikaliteit maar invloed op een van de vier condities, namelijk de conditie met een onvoorspelbare melodie en een regelmatig ritme. De reden dat muzikaliteit niet op meer dan één conditie in het design effect heeft, kan liggen aan de manier waarop de variabele geoperationaliseerd is. Om muzikaliteit te meten, wordt in deze studie gebruik gemaakt van een vernederlandste versie van de Gold-MSI (Müllensiefen et al.,2014). Omdat deze vragenlijst relatief nieuw is, zijn de vertalingen (waaronder de gebruikte versie) nog niet gevalideerd. Hierdoor ontstaat er
onzekerheid over of de vragenlijst wel meet wat gemeten moet worden. Een andere reden waarom de resultaten van het effect van muzikaliteit afweken niet geheel overeen kwamen met de verwachtingen kan zijn geweest dat muzikaliteit niet de juiste voorspeller is bij de invloed van de perceptie van identiteit van geluid op het vormen temporele voorspellingen. Omdat het in deze studie gaat over melodie en ritme, is het wellicht verstandiger om één (of meerdere) specifiekere voorspeller(s) op te nemen als covariaat. Er zou bijvoorbeeld gekozen kunnen worden voor de Beat Alignment test (BAT) (Müllensiefen et al.,2014). Bij deze test ligt de focus op het meten van ritmegevoel. Aangezien er in deze studie wordt gekeken naar temporele voorspellingen van ritme, is ritmegevoel wellicht een betere voorspeller om op te nemen. Ook zal er gekozen kunnen worden voor de Melodic Memory test (MMT)
(Müllensiefen et al.,2014) als voorspeller. Bij de MMT ligt de focus op melodiegevoel. De kans bestaat dat deelnemers met meer gevoel voor melodie beter zijn in het maken van temporele voorspellingen dan deelnemers met minder melodiegevoel, aangezien de invloed van de perceptie van identiteit van geluid (melodie) op het maken van temporele
voorspellingen reeds is aangetoond.
Een andere beperking van dit onderzoek is het ontbreken van een manipulatiecheck. Door een manipulatiecheck uit te voeren, kan met zekerheid gezegd worden of de manipulatie van de onafhankelijke variabelen de oorzaak is van de veranderingen die gemeten worden bij de afhankelijke variabele. Een dergelijke manipulatiecheck kan worden uitgevoerd door naar de invloed van de perceptie van de identiteit van geluid op een andere maat te kijken, waarbij de invloeden van de perceptie van de identiteit van geluid met redelijke zekerheid te verwachten zijn. Zo kan er bijvoorbeeld gekeken worden naar de invloed van de perceptie van identiteit van geluid op het reconstrueren van een melodie. Verwacht zal dan worden, dat wanneer de identiteit van geluid voorspelbaar is, melodieën gemakkelijker gereconstrueerd kunnen worden dan wanneer de identiteit van geluid onvoorspelbaar is.
De resultaten van deze studie verbreden de bestaande kennis over de interactie tussen de neurale mechanismen die verantwoordelijk zijn voor de perceptie van ritme en melodie door naast de al onderzochte invloed van temporele voorspellingen op de perceptie van identiteit van het geluid (Costa-Faidella et al. 2011) ook de invloed van de perceptie van de identiteit van geluid op temporele voorspellingen te verklaren. Zoals eerder is besproken, vergelijkt de PC theorie de prediction error die gevormd wordt bij het maken van temporele
voorspellingen met mismatch negativity die voort komt uit neurale activiteit wanneer zich een onverwachte gebeurtenis voordoet. Om de PC theorie verder te testen en te onderzoeken kan in vervolgonderzoek gebruik worden gemaakt van imaging methodes als EEG om de neurale
mechanismen achter de interactie tussen de perceptie van ritme en melodie te verklaren. De deelnemers van deze studie representeren een gezonde populatie en bestaan uit een redelijk gelijk aantal mannen en vrouwen. Ook al is het aantal deelnemers aan de kleine kant (N=31) en is de gemiddelde leeftijd jong, vallen de resultaten zeker te generaliseren. We zijn een stap verder in het begrijpen van de neurale mechanismen die verantwoordelijk zijn voor de interactie tussen ritme- en melodieperceptie, nu het duidelijk is dat de voorspelbaarheid van de identiteit van geluid een positieve invloed heeft op het vormen van temporele voorspelingen.
Literatuurlijst
Clark, A. (2013). Whatever next? Predictive brains, situated agents, and the future of cognitive science. Behavioral and Brain Sciences, 36, 181-204.
Cope, T. E., Grube, M., & Griffiths, T. D. (2012). Temporal predictions based on a gradual change in tempo. The Journal of the Acoustical Society of America, 131, 4013-4022. Costa-Faidella, J., Baldeweg, T., Grimm, S., & Escera, C. (2011). Interactions between “what” and “when” in the auditory system: temporal predictability enhances repetition suppression. Journal of Neuroscience, 31, 18590-18597.
Field, A. P. (2009) discovering statistics using IBM SPSS statistics. London, SAGE publications Ltd.
Grahn, J. A., & Brett, M. (2007). Rhythm and beat perception in motor areas of the brain. Journal of cognitive neuroscience, 19, 893-906.
Grahn, J. A., & Rowe, J. B. (2009). Feeling the beat: premotor and striatal interactions in musicians and nonmusicians during beat perception. Journal of Neuroscience, 29, 7540- 7548.
Jones, M. R., Moynihan, H., MacKenzie, N., & Puente, J. (2002). Temporal aspects of stimulus-driven attending in dynamic arrays. Psychological science, 13, 313-319.
Lange, K. (2009). Brain correlates of early auditory processing are attenuated by expectations for time and pitch. Brain and cognition, 69, 127-137.
Large, E. W., & Jones, M. R. (1999). The dynamics of attending: How people track time- varying events. Psychological review, 106, 119.
Lawrance, E. L., Harper, N. S., Cooke, J. E., & Schnupp, J. W. (2014). Temporal predictability enhances auditory detection. The Journal of the Acoustical Society of
Morillon, B., Schroeder, C. E., Wyart, V., & Arnal, L. H. (2016). Temporal prediction in lieu of periodic stimulation. Journal of Neuroscience, 36, 2342-2347.
Müllensiefen, D., Gingras, B., Musil, J., & Stewart, L. (2014). The musicality of non- musicians: an index for assessing musical sophistication in the general population. PloS
one, 9, e89642.
Nobre A, Rohenkohl G, Stokes M (2012). Top- down biasing across space and time. Cognitive neuroscience of attention, 2, 159 –186.
Rao, R. P., & Ballard, D. H. (1999). Predictive coding in the visual cortex: a functional
interpretation of some extra-classical receptive-field effects. Nature neuroscience, 2, 79- 87.
Sadeghi, H., Allard, P., Prince, F., & Labelle, H. (2000). Symmetry and limb dominance in able- bodied gait: a review. Gait & posture, 12, 34-45.
Schroeder, C. E., & Lakatos, P. (2009). Low-frequency neuronal oscillations as instruments of sensory selection. Trends in neurosciences, 32, 9-18.
Schwartze, M., Farrugia, N., & Kotz, S. A. (2013). Dissociation of formal and temporal predictability in early auditory evoked potentials. Neuropsychologia, 51, 320-325. Selchenkova, T., François, C., Schön, D., Corneyllie, A., Perrin, F., & Tillmann, B. (2014). Metrical presentation boosts implicit learning of artificial grammar. PloS one, 9, e112233. Selchenkova, T., Jones, M. R., & Tillmann, B. (2014). The influence of temporal regularities on the implicit learning of pitch structures. The Quarterly Journal of Experimental
Psychology, 67, 2360-2380.
Temperley, D. (2010). Modeling common-practice rhythm. Music Perception: An
Interdisciplinary Journal, 27, 355-376.
effects of
music on emotion. Behavioral and Brain Sciences, 31, 599-600.
Vuust, P., & Witek, M. A. (2014). Rhythmic complexity and predictive coding: a novel approach to modeling rhythm and meter perception in music. Frontiers in psychology, 5, 1111.
