Musical activity is a multimodal activity that has been shown to induce brain plasticity in musicians. These brain changes are often paralleled by positive consequences, such as improved performance in music-related and non-musical cognitive domains. However, brain plasticity induced by musical activity can also be accompanied by negative consequences, as in the case of musician’s dystonia (MD), a movement disorder characterized by loss of voluntary muscle control. In two studies, this dissertation investigated the influence of musical activity on two cognitive processes (memory integration & temporal discrimination) on a behavioral level. Study 1 addressed the question how melodic and visual information is associated with each other and how these associations are integrated into complex cross-modal representations. Since musical activity puts high demand on memory and musical expertise might modulate the underlying memory process, professional musicians and non-musicians were compared using a visual-melodic associative inference paradigm. Participants were asked to memorize pairs of melody-object pairs. Moreover, participants had to form integrated representations of these pairs in which melodies are associated with two separate objects across trials. The results showed that musicians had a superior memory performance, although non-musicians also performed above chance level, indicating that they could reliably associate and integrate musical and visual stimuli. The results indicated the existence of two complimentary strategies that support integration of visual-melodic memories and are shaped by musical expertise: Non-musicians rely on an encoding-based mechanism, whereas musicians seem to have access to an additional, more flexible retrieval-based strategy. Temporal discrimination thresholds (TDT) are elevated in some forms of dystonia and musical activity can improve timing abilities due to the demand to perform precisely timed movements. The question therefore has been raised whether TDT is a suitable biomarker for MD. In study 2, TDTs were compared between MD patients, healthy musicians and healthy non-musicians using a visual, tactile, and visual-tactile paradigm. In addition, associations of TDTs with different potentially influencing factors, such as musical activity, were examined. Results showed that TDTs in MD patients were not different from both control groups, but TDTs in healthy musicians were lower than in healthy non-musicians. Visual-tactile TDTs correlated negatively with age of first instrumental practice in healthy musicians. Musical training seems to improve temporal discrimination in healthy musicians. No elevated TDTs were observed in MD patients which suggests that TDT is not a reliable biomarker for MD. Overall, this dissertation shows that musical activity can influence both memory integration of visual-melodic information and TDTs. The results’ limitations and implications for future research are discussed for both studies.
Musizieren ist eine multimodale Tätigkeit, die bei Musizierenden zu Hirnplastizität führt. Diese Gehirnveränderungen haben oft positive Folgen, z. B. verbesserte (nicht-) musikalische kognitive Fähigkeiten. Die Hirnplastizität kann negative Folgen haben, wie bei der Musikerdystonie (MD), einer Bewegungsstörung, die mit dem Verlust der willentlichen Muskelkontrolle einhergeht. In zwei Studien wurden in dieser Dissertation Einflüsse von musikalischer Aktivität auf zwei kognitive Prozesse (Gedächtnisintegration & zeitliche Diskrimination) untersucht. Studie 1 untersuchte, wie Personen Bilder mit Melodien verknüpfen und diese Assoziationen in cross-modale Repräsentationen binden. Da Musizieren hohe Gedächtnisanforderungen stellt und musikalische Expertise den Gedächtnisprozess verändern kann, wurden professionell Musizierende (PM) und Nicht-Musizierende (NM) mit einem visuell-melodischen Assoziationsparadigma verglichen. Teilnehmende sollten sich Objekt-Melodie-Paare merken und diese Paare in übergreifende Repräsentationen binden, sodass Melodien mit je zwei separaten Objekten verknüpft wurden. PM wiesen eine bessere Erinnerungsleistung auf, obwohl NM ebenfalls musikalische und visuelle Informationen verknüpfen und in zusammenhängende Gedächtnisrepräsentationen binden konnten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass zwei komplementäre Mechanismen die Integration visuell-melodischer Erinnerungen unterstützen, die durch musikalische Aktivität geprägt sein können: NM nutzen eine Strategie, die während des Erlernens der Informationen wirkt. PM können auf eine zusätzliche, flexiblere Strategie zurückgreifen, die während des Gedächtnisabrufs der Informationen zum Einsatz kommt. Die zeitliche Diskriminationsschwelle (engl.: temporal discrimination threshold, TDT) ist bei manchen Dystonieformen erhöht und Musizieren kann die zeitliche Wahrnehmung verbessern, sodass unklar ist, ob die TDT ein geeigneter MD-Biomarker ist. In Studie 2 wurden TDTs von Personen mit MD, PM und gesunden Nicht-Musizierenden (GNM) mit einem visuellen, taktilen und visuell-taktilen Paradigma verglichen. Ebenso wurden Korrelationen zwischen TDTs und verschiedenen potenziellen Einflussfaktoren (u. a. musikalische Aktivität) untersucht. Die TDTs der MD-Patienten unterschieden sich nicht von beiden Kontrollgruppen, wohingegen die TDTs der PM niedriger waren als der GNM. Bei PM korrelierte das Alter des Instrumentalbeginns negativ mit den visuell-taktilen TDTs. Musikalische Expertise scheint die zeitliche Diskriminationsfähigkeit bei PM zu verbessern. Bei MD-Patienten wurden keine erhöhte zeitliche Diskriminationsschwelle beobachtet, was darauf hindeutet, dass die TDT kein geeigneter Biomarker der MD ist. Insgesamt zeigt diese Dissertation, dass musikalische Aktivität die Gedächtnisintegration von visuell-melodischen Informationen und die zeitliche Diskrimination beeinflussen kann. Limitationen und Implikationen der Ergebnisse für zukünftige Forschung werden für beide Studien diskutiert.
