The Impact of Cognitive- and Action- Predictive Processes on Neural Correlates of Syntactic Processing in Music

Abstract

One of the primary consequences of a music-syntactic system is that listeners and performers familiar with this system automatically develop top-down predictions about upcoming notes or chords. It is a curious phenomenon that, even after having heard or played a piece of music numerous times, we still perceive music-syntactically irregular harmonies of this piece as unexpected. It is unknown whether neural correlates of music-syntactic processing would be modulated by auditory- and motor- predictive processes (as they occur during music perception and production) with prior knowledge about an upcoming musical event. The present dissertation therefore aims to address this issue by using event-related potentials. Study 1 and 2 focused on the impact of cognitive (here referring to auditory) predictive processes. Study 3 provided a step forward in understanding the impact of action (here referring to motor) predictive processes and compared action predictive processes with cognitive predictive processes. Study 1 investigated whether auditory predictive processes (through the course of short-term learning phase: over the span of two minutes) would modulate music-syntactic processing. For this purpose, participants (non-musicians and amateur musicians) were informed by a cue as to whether the following excerpt contained a regular or less regular chord. Study 2 investigated whether auditory predictive processes (through extensive learning phase: over a period of about half an hour) would influence the processing of music-syntactic regularities. For this purpose, participants (non-musicians and musicians) were either informed or not informed about whether the following sequence would end on a regular or irregular chord. Study 3 investigated whether auditory- and motor- predictive processes would modulate music-syntactic processing. For this purpose, professional pianists either played chord sequences with or without auditory feedback, or listened to these sequences without playing. The main results are: (1) Auditory predictive processes (through the course of short-term learning phase) modulated the late controlled, but not early, partially automatic, neural mechanisms of music-syntactic processing (Study 1). (2) Auditory predictive processes (through extensive learning phase) modulated only the speed, but not the principle mechanisms, of music-syntactic processing (Study 2). (3) Motor predictive processes did not modulate the neural mechanisms of music-syntactic processing (Study 3). In summary, this dissertation indicates that top-down predictions of upcoming syntactic errors do not modify the bottom-up perceptual processing of syntactically irregular events.

Eine der wichtigsten Konsequenzen des musikalisch-strukturellen Systems ist, dass in mit diesem System vertraute HörerInnen und SpielerInnen automatisch top-down Erwartungen bezüglich kommender Noten und Akkorden gebildet werden. Es ist ein eigenartiges Phänomen, dass wir – selbst wenn wir ein Stück viele Male gehört oder gespielt haben – musikalisch-syntaktisch irreguläre Akkorde immer noch als unerwartet wahrnehmen. Es ist jedoch unklar, ob auditorisch- und motorisch-prädiktive Prozesse, wie sie bei der Musikwahrnehmung und -produktion auftreten, die neuronalen Korrelate der musikalisch-syntaktischen Verarbeitung modulieren, wenn vorheriges Wissen über ein zukünftiges musikalisches Ereignis vorhanden ist. Die vorliegende Dissertation widmet sich dieser Fragestellung unter Zuhilfenahme der Methode der Ereignis-korrelierten Potentiale. Studie 1 und 2 fokussieren dabei auf den Einfluss von kognitiv- prädiktiven (hier als auditorische) Prozessen. Studie 3 widmet sich dem Einfluss von handlungsgeleiteten prädiktiven (motorischen) Prozessen und vergleicht dabei diese mit kognitiv-prädiktiven Prozessen. Die erste Studie untersuchte, ob auditorisch-prädiktive Prozesse nach einer Lernphase von 2 Minuten Länge die musiksyntaktische Verarbeitung beeinflussen. Dazu wurden sowohl Nicht-Musikern als auch Musikern ein Hinweisreiz präsentiert, der anzeigte, ob die folgende musikalische Sequenz einen regulären oder irregulären Akkord enthielt. Die zweite Studie untersuchte, ob auditorisch- prädiktive Prozesse nach einer Lernphase von 30 Minuten Länge die musiksyntaktische Verarbeitung beeinflussen. Dazu wurden sowohl Nicht-Musiker als auch Musiker darüber informiert, ob die folgende musikalische Sequenz mit einem regulären oder irregulären Akkord endet. Die dritte Studie untersuchte, ob kognitiv-prädiktive und motorisch-prädiktive Prozesse die musiksyntaktische Verarbeitung beeinflussen. Dazu spielten professionelle Pianisten Akkordsequenzen entweder mit auditorischem Feedback, ohne auditorischem Feedback oder hörten die Akkordsequenzen lediglich (ohne diese zu spielen). Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: (1) Nach einer kurzen Lernphase beeinflussten auditorisch-prädiktive Prozesse späte und kontrollierte, nicht jedoch frühe und teilweise automatische neuronale Mechanismen der musiksyntaktischen Verarbeitung (Studie 1). (2) Nach einer langen Lernphase beeinflussten auditorisch-prädiktive Prozesse lediglich die Geschwindigkeit, nicht jedoch die grundlegenden Mechanismen der musiksyntaktischen Verarbeitung (Studie 2). (3) Motorisch-prädiktive Prozesse beeinflussten die neuronalen Mechanismen der musiksyntaktischen Verarbeitung nicht (Studie 3). Zusammenfassend liefert diese Dissertation starke Hinweise darauf, dass top-down Vorhersagen über kommende syntaktische Fehler nicht die bottom-up, perzeptuelle Verarbeitung von syntaktisch irregulären Ereignissen verändern.