The measuring mind: cognitive mechanisms of rhythm and meter perception in humans and rats

Abstract

El ritme és un component fonamental de la música, la parla i el moviment. En música, la pulsació i la mètrica són elements clau del ritme. La pulsació es defineix com una regularitat rítmica subjacent, mentre que la mètrica està determinada per l'agrupació jeràrquica de pulsacions fortes i febles. La percepció i producció de la mètrica s'ha estudiat en humans, per bé que aquesta facultat segueix essent una incògnita en animals no humans. A través d'una sèrie d'estudis conductuals i neurofisiològics, aquesta tesi explora els mecanismes cognitius i neurals subjacents a la percepció de la pulsació i de la mètrica en rates (Rattus norvegicus) i humans (Homo sapiens). Els resultats dels experiments conductuals han revelat que les rates són sensibles a l'organització temporal de seqüències rítmiques, demostrant la seva capacitat de reconèixer patrons rítmics i de discriminar entre seqüències a través de la informació temporal. No obstant això, les rates no han discriminat espontàniament les seqüències rítmiques en base a estructures mètriques, fet que suggereix que la inducció de la mètrica pot ser limitada o absent en espècies amb una integració audio-motora més feble. Respecte als experiments amb humans, els resultats han revelat sincronització neural a patrons d'agrupament de la pulsació coexistents, i que les respostes neurals a aquests patrons es debiliten quan es redueix la coherència tonal. A més, els participants han mostrat una preferència pels agrupaments binaris de la pulsació, cosa que suggereix un biaix específic de l'ésser humà. Aquest treball ofereix una visió sobre els fonaments cognitius i biològics de la percepció de la mètrica, destacant les diferències i similituds de cada espècie en la cognició del ritme, i proporcionant un marc per a futura recerca sobre els orígens evolutius del ritme.

Rhythm is a fundamental component of music, speech and movement. In music, the beat and the meter are key elements of the rhythm. The beat is defined as an underlying rhythmic regularity, whereas the meter is determined by the hierarchical grouping of strong and weak beats. Meter perception and production has been studied in humans, though this faculty remains unknown in non-human animals. Through a series of behavioral and neurophysiological studies, this dissertation explores the cognitive and neural mechanisms underlying rhythm and meter perception in rats (Rattus norvegicus) and humans (Homo sapiens). The findings of the behavioral experiments revealed that rats are sensitive to the temporal organization of rhythmic sequences, demonstrating an ability to recognize rhythmic patterns and to discriminate between sequences based on temporal information. However, rats did not spontaneously discriminate rhythmic sequences based on metrical structures, suggesting that meter induction may be limited or absent in species with weaker auditory-motor integration. Regarding experiments with humans, the findings revealed that neural synchronization is observed separately in coexisting grouping patterns of the beat, and that neural responses to these patterns are weakened when tonal coherence is disrupted. Moreover, participants exhibited a preference for binary groupings of the beat, suggesting a human-specific bias. This work offers insights into the cognitive and biological foundations of meter perception, highlighting species-specific differences and similarities in rhythm cognition and providing a framework for future research on the evolutionary origins of rhythm.