Evaluation and training of rhythmic skills via new technologies

par Valentin Bégel

Thèse de doctorat en Sciences du mouvement humain

Sous la direction de Simone Dalla Bella.

Soutenue le 03-10-2017

à Montpellier , dans le cadre de École doctorale Sciences du mouvement humain (Marseille) , en partenariat avec EA 2991-M2H Movement To Health (Montpellier) (laboratoire) .

Le président du jury était Sonja Kotz.

Le jury était composé de Simone Dalla Bella, Sonja Kotz, Barbara Tillmann, Marc Leman, Julien Lagarde, Antoine Seilles.

Les rapporteurs étaient Barbara Tillmann, Marc Leman.

  • Titre traduit

    Evaluation et entrainement des capacités rythmiques par les nouvelles technologies


  • Résumé

    L’être humain est doté d’une grande capacité à traiter l’information temporelle, particulièrement visible dans notre tendance à bouger avec la pulsation de la musique. Cette pulsation est appelée beat. Les capacités rythmiques sont sous-tendues par un réseau neuronal complexe, incluant les régions auditives (cortex auditif, gyrus temporal supérieur), les régions motrices et pré-motrices (les ganglions de la base, les cortex moteur et pré-moteur) et les régions de coordination motrices (par ex., le cervelet). Lorsque ces régions sont affectées par des maladies neurologiques ou développementales, les capacités rythmiques peuvent être atteintes. C’est le cas dans la maladie de Parkinson ou la dyslexie par exemple. Les déficits de rythme sont associés à des déficits moteurs et cognitifs. Une autre forme de troubles du rythme est le cas des mauvais synchroniseurs (anglais « beat deaf »), des sujets sans troubles neurologiques qui ont des difficultés à se synchroniser et/ou à percevoir le rythme.Dans cette dissertation, deux questions sont posées. Tout d’abord, est-il possible d’étendre nos connaissances des différences inter-individuelles dans les capacités de rythme avec un outil systématique, de manière à mieux comprendre les mécanismes sous-tendant le traitement du rythme ? Ensuite, les capacités de rythme peuvent-elles être entraînées, avec de potentielles applications dans l’entraînement des domaines cognitifs et moteurs associés chez les patients atteints de troubles rythmiques ?Dans la première partie de la section expérimentale, j’ai utilisé la Battery for the Assessment of Auditory Sensorimotor and Timing Abilities (BAASTA) pour évaluer systématiquement et caractériser les capacités rythmiques perceptives et sensorimotrices des individus. Les résultats obtenus à certaines tâches corrèlent hautement avec d’autres, alors que certaines tâches sont totallement indépendantes les unes des autres. Cela révèle que la batterie peut distinguer les mécanismes en commun ou différents d’une tâche à l’autre. Dans une autre étude, 20 sujets sains adultes ont été soumis à la BAASTA à deux semaines d’intervalle. La performance dans la plupart des tâches reste stable en phase de re-test. Finalement, la BAASTA a été utilisée auprès de sujets beat deaf. J’ai montré que deux individus ont des difficultés dans la perception du rythme, par exemple dans une tâche consistant à estimer si un métronome est aligné au rythme de la musique (Beat Alignment Test, BAT) alors qu’ils peuvent se synchroniser avec les mêmes stimuli. Le fait que la synchronisation au beat puisse être fonctionnelle alors que la perception est déficitaire est reporté pour la première fois. De plus, les sujets beat deaf bénéficient comme les sujets contrôles de la régularité d’une séquence (timing implicite) dans une tâche dans laquelle le but est de répondre le plus rapidement possible à une cible après une séquence de sons standards.Dans la deuxième partie de la section expérimentale, je présente un jeu sérieux pour l’entraînement des capacités de rythme (Rhythm Workers) conçu durant la thèse. J’ai développé un protocole d’entraînement des capacités de rythme progressive et conduit une étude pilote sur 20 sujets qui ont joué pendant deux semaines. Les participants ont montré une bonne adhésion au jeu et une bonne motivation à jouer. Des résultats encourageants sur l’évolution des capacités rythmiques, testés avec la version de la BAT issue de la BAASTA avant et après l’entraînement, sont présentés.En résumé, dans cette dissertation, j’ai contribué au développement d’outils pour l’évaluation et l’entraînement des capacités de rythme. Cela a permis de conduire des études pour mieux comprendre les mécanismes de traitement du rythme et d’ouvrir la voie à l’utilisation de jeux de rythme dans la réhabilitation et la remédiation cognitive et motrice.


  • Résumé

    Humans are highly skilled in processing temporal information. This is particularly visible in our compelling sense of rhythm that manifests in our tendency to move to the beat of music. Deliberately or spontaneously, we have a tendency to clap our hands, tap our feet, or dance with music. These skills are sustained by a complex neuronal network involving auditory regions (auditory cortex, superior temporal gyrus), motor and pre-motor areas (basal ganglia, motor and pre-motor cortices), as well as motor coordination regions (e.g., the cerebellum). However, rhythm skills can be disrupted in neurological diseases like Parkinson’s disease or in neuro-developmental diseases such as dyslexia. Rhythm deficits are associated with movement and cognitive disorders. Another form of rhythm disability is beat deafness, a specific condition in which healthy individuals encounter particular difficulties in synchronizing to the beat.In this dissertation, I aim at addressing two questions. First, is it possible to extend our knowledge of inter-individual differences to rhythm skills in order to better understand mechanisms underlying rhythmic processing with a systematic tool? Second, can rhythm skills be trained in order to improve the associated motor and cognitive domains in patient populations revealing rhythm disorders?In the first part of the experimental section, I used the Battery for the Assessment of Auditory Sensorimotor and Timing Abilities (BAASTA) to systematically test and characterize subjects’ perceptual and sensorimotor timing skills. I found that the results of some tasks were highly correlated with the ones of other tasks and that, on the contrary, some tasks were totally independent from each other. This reveals that the battery can discriminate between tasks involving different and common mechanisms. In a further study, 20 healthy adults were submitted twice to BAASTA at a two-week interval. The performance in most of the tasks remained stable at retest. Finally, BAASTA was used in beat-deaf individuals. I showed that two individuals performed poorly on rhythm perception tasks, such as detecting or estimating whether a metronome is aligned to the beat of the music or not (Beat Alignment Test [BAT]). Yet, they could tap to the beat of the same stimuli. The fact that synchronization to a beat can occur in the presence of poor perception is reported for the first time in this study. On top of that, beat-deaf participants benefited similarly to controls from a regular temporal pattern (implicit timing) in a task in which they had to respond as fast as possible to a different target pitch after a sequence of standard tones.In the second part of the experimental section, I present a serious game for training rhythmic skills (Rhythm Workers) designed during the doctorate. I developed a progressive rhythm training protocol with stimuli varying in rhythmic difficulty. I conducted a proof-of-concept pilot study on 20 individuals who played the game for 15 days. Participants in the experimental groups showed high compliance and motivation in playing the game. Encouraging results were found on the evolution of their rhythmic skills, as tested with the BAT taken from BAASTA that was submitted to the participants before and after the training.In sum, in this dissertation contributed to the development of tools for the assessment and training of rhythmic skills. This enabled us to design studies to better understand rhythm processing mechanisms and to pave the way for the use of rhythm games in cognitive and motor remediation and rehabilitation.


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