[논문 리뷰] Neural (EEG) Response during Creation and Appreciation: A Novel Study with Hindustani Raga Music

Archi Banerjee, Shankha Sanyal외 6명|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 19.

Neural dynamics and brain function참고 문헌 27인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 뇌파를 이용해 힌두스탄 음악의 작곡가들이 라가 제이 제이안티를 정신적으로 즉흥연주(창작)하고 청취(감상)하는 동안의 신경 기제를 분석함으로써 음악적 창의성과 감상의 뇌 기반 기제를 조사한다. 즉흥연주 시에는 강한 후두엽 및 전측-후두엽 활성화가 관찰되었고, 청취 시에는 청취-전측 및 후두엽-청취 영역에서 알파 및 테타 파형의 지속적인 상관관계가 나타났다. 이는 음악 인지에서 조건에 따라 특화된 뇌 네트워크 역학이 존재함을 시사한다.

ABSTRACT

What happens inside the performers brain when he is performing and composing a particular raga. Are there some specific regions in brain which are activated when an artist is creating or imaging a raga in his brain. Do the regions remain the same when the artist is listening to the same raga sung by him. These are the questions that perplexed neuroscientists for a long time. In this study we strive to answer these questions by using latest state of the art techniques to assess brain response. An EEG experiment was conducted for two eminent performers of Indian classical music, when they mentally created the imagery of a raga Jay Jayanti in their mind, as well as when they listened to the same raga. The beauty of Hindustani music lies in the fact that the musician is himself the composer and recreates the imagery of the raga in his mind while performing, hence the scope of creative improvisations are immense. The alpha and theta frequency rhythms were segregated from each of the time series data and analyzed using robust non MFDXA technique to quantitatively assess the degree of cross-correlation of each EEG frequency rhythm in different combination of electrodes from frontal, occipital and temporal lobes. A strong response was found in the occipital and fronto occipital region during mental improvisation of the raga, which is an interesting revelation of this study. Strong retentive features were obtained in regard to both alpha and theta rhythms in musical listening in the fronto temporal and occipital temporal region while the features were almost absent in the thinking part. Further, other specific regions have been identified separately for the two separate conditions in which the correlations among the different lobes were the strongest.

연구 동기 및 목표

• 인도 고전 음악가들의 음악 창작과 감상의 뇌 기제를 조사하기 위해.
• 정신적 즉흥연주 중 특정 뇌 영역과 주파수 대역(알파, 테타)이 어떻게 활성화되는지 규명하기 위해.
• 자신이 연주한 라가를 정신적으로 즉흥연주하는 상태와 그 라가를 청취하는 상태 간의 뇌 반응을 비교하기 위해.
• 고도로 발전된 신호 분석 기법을 활용해 뇌 영역 간(전두엽, 후두엽, 청취엽) 상관관계를 정량화하기 위해.

제안 방법

• 두 명의 저명한 힌두스탄 고전 음악가로부터, 라가 제이 제이안티의 정신적 즉흥연주와 동일한 라가의 녹음 청취 조건에서 EEG 데이터를 수집함.
• 밴드패스 필터링을 통해 EEG 시계열에서 알파 및 테타 주파수 대역을 분리함.
• 전극 쌍 간의 상관관계를 정량화하기 위해 강력한 비마르코프 기반 기능적 의존성 분석(비-MFDXA) 기법을 적용함.
• 전두엽, 후두엽, 청취엽에서 전극 쌍을 선정하여 뇌 영역 간의 상호기능 연결성을 평가함.
• 통계 분석은 두 조건 간 상관관계 강도와 공간 분포의 유의미한 차이를 규명하는 데 중점을 두었음.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 정신적 즉흥연주 중 어떤 뇌 영역이 강한 신경 활성화를 보이는가?
• RQ2 즉흥연주(창작) 상태와 청취(수용) 상태에서 알파 및 테타 파형의 상관관계는 어떻게 다를까?
• RQ3 라가 창작과 감상 중에 더 높은 활성도를 보이는 특정 뇌 영역 간 신경 네트워크는 존재하는가?
• RQ4 동일한 뇌 영역이 두 인지 상태 모두에서 일관되게 활성화되는가, 아니면 서로 다른가?

주요 결과

• 라가 제이 제이안티의 정신적 즉흥연주 시 후두엽 및 전측-후두엽 영역에서 강한 뇌 신경 활성화가 관찰되어, 시각적 처리 및 통합적 처리가 음악 창작에 중요한 역할을 한다는 것을 시사함.
• 청취 시 전측-청취엽 및 후두엽-청취엽 영역에서 알파 및 테타 파형의 지속적인 특징이 발견되어 청각적 처리 및 기억 관련 처리에 지속적인 뇌 활성화가 일어남을 나타냄.
• 청취 시 뇌 영역 간 상관관계 강도가 후두엽 및 청취엽에서 가장 높았고, 즉흥연주 시에는 전측-후두엽 네트워크에서 가장 강한 상관관계가 관찰됨.
• 각 조건에 대해 별개의 뇌 네트워크가 확인됨: 창작 시에는 전측-후두엽 지배, 청취 시에는 전측-청취엽 및 후두엽-청취엽 지배.