Au cours d’une conversation, notre cerveau anticipe en permanence le mot qui va suivre. Cette capacité nous aide à comprendre ce qui se dit dans un endroit bruyant ou à anticiper la phrase suivante d’une amie. Cette capacité d’anticipation est également étroitement liée au plaisir que nous procure la musique.

Pour Shihab Shamma, neuroscientifique spécialisé dans l’audition à l’École normale supérieure de Paris et à l’université du Maryland aux États-Unis, comprendre comment le cerveau traite la musique est crucial.

Entre 2018 et 2025, il a dirigé NEUME, un projet financé par l’Union européenne visant à étudier ce que la musique peut révéler sur la manière dont le cerveau apprend, prédit et s’adapte.

« Le langage a une finalité évidente », a-t-il déclaré. « La musique, c’est différent. Nous pouvons survivre sans elle, mais la vie serait très différente. Elle mobilise l’ensemble du cerveau, et pourtant nous ne comprenons toujours pas pleinement pourquoi les humains l’ont développée. »

Depuis des siècles, philosophes, musiciens et musiciennes, scientifiques débattent de la raison pour laquelle les humains font de la musique. Chaque culture possède ses propres traditions musicales, mais aucune explication ne rend pleinement compte de l’effet profond que la musique exerce sur nous. Plutôt que de chercher à comprendre pourquoi les gens aiment la musique, l’équipe NEUME a posé une question plus large : que peut nous apprendre la musique sur le cerveau humain ?

La musique, une fenêtre sur le cerveau

Shihab Shamma a consacré une grande partie de sa carrière à étudier la manière dont le cerveau traite les sons, en particulier la parole. Selon lui, la musique représente un défi fascinant, car elle partage de nombreuses propriétés avec le langage tout en restant une caractéristique propre à l'être humain.

« La musique est un signal acoustique très particulier », explique-t-il. « On la reconnaît immédiatement comme de la musique, et non comme de la parole ou un bruit ambiant. D’une certaine manière, elle possède des propriétés qui mobilisent à la fois la perception, la mémoire, les émotions et la cognition. »

Contrairement à une conversation quotidienne, la structure musicale peut être décrite avec une précision remarquable, ce qui permet aux scientifiques d’étudier la prédiction et l’apprentissage d’une manière difficile à réaliser avec le langage seul.

Les scientifiques souhaitaient comprendre comment la musique façonne le cerveau à des échelles de temps très différentes, allant d’une vie entière d’écoute à des fractions de seconde. Des années d’écoute nous enseignent les « règles » musicales de notre culture, tandis que chaque note suscite une prédiction quasi instantanée de ce qui va suivre.

« Cela peut se produire tout au long de votre vie », déclare-t-il. « Mais cela peut aussi se produire en l’espace de quelques notes. Ce sont des échelles de temps très différentes, et nous voulions toutes les comprendre. »

La musique du silence

L’une des découvertes les plus marquantes du projet a émergé du silence. Giovanni Di Liberto, maître de conférences au Trinity College de Dublin, a rejoint l’équipe en tant que chercheur postdoctoral après avoir étudié la manière dont le cerveau traite la parole dans des environnements bruyants.

À ses côtés, Claire Pelofi, neuroscientifique et violoniste de formation, aujourd’hui à l’université de New York, dont la formation musicale a contribué à définir bon nombre des questions de recherche.

La musique offre un moyen idéal d’étudier la prédiction car, contrairement au langage, sa structure peut être modélisée avec une précision remarquable. Giovanni Di Liberto a apporté son expertise dans le décodage de signaux cérébraux complexes, et Claire Pelofi le point de vue d’une musicienne de formation, aidant à concevoir des stimuli musicaux qui préservent la structure musicale tout en restant adaptés à l’analyse computationnelle.

« Avoir une formation en théorie musicale signifie que les questions sont déjà là », déclare Claire Pelofi. « En tant que musicienne, on passe des années à se demander pourquoi certains moments créent de la tension, une résolution ou une émotion. »

Les travaux de Giovanni Di Liberto se sont concentrés sur le traitement prédictif : l’idée selon laquelle le cerveau apprend constamment des schémas et les utilise pour anticiper ce qui va se passer ensuite.

« Notre cerveau apprend constamment des schémas », déclare-t-il. « La musique ne doit pas être trop surprenante, mais elle ne doit pas non plus être trop prévisible. Sinon, elle devient ennuyeuse. »

Au lieu d’étudier uniquement les notes que les participantes et les participants entendaient, les scientifiques se sont intéressé·es à ce qui se passait lorsqu’aucune note n'était pas jouée. 

À l’aide de l’électroencéphalographie (EEG), un examen qui mesure l’activité électrique du cerveau, ils/elles ont découvert que le cerveau restait très actif pendant les pauses musicales. Lorsque les auditrices et les auditeurs anticipaient la note suivante, leur cerveau générait des signaux mesurables même si aucun son n’atteignait leurs oreilles.

« Le silence nous permet d’isoler la prédiction », explique Di Liberto. « Normalement, on observe la réponse du cerveau au son en même temps que la prédiction correspondante. Pendant le silence, on ne voit que l’anticipation du cerveau. »

L'équipe a ensuite demandé à des musiciennes et des musiciens d'imaginer des mélodies familières sans les entendre. Bon nombre de mécanismes cérébraux identiques se sont activés, démontrant que la musique imaginée et la musique entendue reposent sur des processus prédictifs similaires.

Ces études intitulées « Music of Silence » ont depuis inspiré des scientifiques du monde entier. Des travaux antérieurs avait montré que le cerveau suivait la structure grammaticale de la musique, ouvrant ainsi de nouvelles voies pour étudier les attentes musicales à travers les cultures.

Les scientifiques ont également découvert que le cerveau s’adapte rapidement à des systèmes musicaux inconnus, ce qui apporte un éclairage nouveau sur la manière dont nous apprenons des schémas inédits, avec des implications qui pourraient s’étendre au-delà de la musique pour toucher le langage et d’autres formes d’apprentissage.

Des mélodies à la médecine

Bien qu’issus de la recherche fondamentale, ces résultats pourraient avoir des applications bien au-delà de la musique. Les perturbations des mécanismes prédictifs sont liées à des troubles tels que l’autisme, la dyslexie et la schizophrénie, tandis que les progrès réalisés dans le domaine des interfaces cerveau-ordinateur rapprochent de plus en plus de la réalité la reconstruction de la parole imaginée – voire de la musique imaginée.

Les ensembles de données et les outils d’analyse mis librement à disposition par l’équipe aident également d’autres scientifiques à s’appuyer sur ces découvertes.

Shihab Shamma estime que ce domaine progresse rapidement. « Le décodage non invasif de la parole ou de la musique imaginée devient de plus en plus réaliste », déclare-t-il.

De telles technologies pourraient un jour aider les personnes ayant perdu la capacité de parler à communiquer en utilisant uniquement leurs pensées. Elles pourraient également servir de base à des outils pédagogiques capables de fournir un retour personnalisé aux élèves qui apprennent la musique ou les langues.

Pour Claire Pelofi, cependant, des années d’étude de la musique n’ont pas dissipé son mystère. « Plus nous comprenons comment fonctionne la musique, plus elle devient fascinante », déclare-t-elle. « Nous pouvons expliquer la surprise, l’attente et l’émotion avec une précision croissante, mais il y a encore quelque chose de profondément puissant dans la musique qui reste insaisissable. »

Pour Shihab Shamma, la plus grande contribution du projet est de montrer que la musique offre l’un des aperçus les plus clairs sur la manière dont le cerveau apprend, anticipe et s’adapte.

« La musique est universelle », dit-il. « Chaque culture l’exprime différemment, mais partout dans le monde, les gens y sont sensibles. »

En comprenant pourquoi une mélodie continue de résonner longtemps après que la dernière note s’est éteinte, les scientifiques mettent en lumière les principes fondamentaux de l’apprentissage, de la prédiction et de l’imagination : précisément ce qui fait de nous des êtres humains.

Traduction de l'article original.

POUR EN SAVOIR PLUS

• Projet NEUME
• Shihab Shamma
• Giovanni Di Liberto
• Claire Pelofi