Auditory perceptual learning in musicians and non-musicians : Event-related potential studies on rapid plasticity

Music training shapes functional and structural constructs in the brain particularly in the areas related to sound processing. The enhanced brain responses to sounds in musicians when compared to non-musicians might be explained by the intensive auditory perceptual learning that occurs during music training. Yet the relationship between musical expertise and rapid plastic changes in brain potentials during auditory perceptual learning has not been systematically studied. This was the topic of the current thesis, in conditions where participants either actively attended to the sounds or did not. The electroencephalography (EEG) and behavioral sound discrimination task results showed that the perceptual learning of complex sound patterns required active attention to the sounds even from musicians, and that the different practice styles of musicians modulated the perceptual learning of sound features. When using simple sounds, musical expertise was found to enhance the rapid plastic changes (i.e., neural learning) even when attention was directed away from listening. The rapid plasticity in musicians was found particularly in temporal lobe areas which have specialized in processing sounds. However, right frontal lobe activation, which is related to involuntary attention shifts to sound changes, did not differ between musicians and non-musicians. Behavioral discrimination accuracy for sounds was found to be at the maximum level initially in musicians, while non-musicians improved their accuracy in discerning behavioral discrimination between active conditions. Yet, the performances in standardized attention and memory tests did not differ between musicians and non-musicians. Taken together, musical expertise seems to enhance the preattentive brain responses during auditory perceptual learning.Muusikoiden aivotutkimus on osoittanut useita pitkäkestoiseen musiikin harjoitteluun ja musiikille altistumiseen liittyviä aivojen rakenteellisia ja toiminnallisia muutoksia. Aiemmat tutkimukset ovat keskittyneet pitkälti selvittämään pitkäkestoisen harjoittelun seurauksia aivoissa kun taas muusikoiden kykyä oppia lyhyen ajan sisällä ei ole juurikaan tutkittu. Tässä väitöskirjassa tutkitiiin äänten erottelun oppimista rekisteröimällä sähköisten aivovasteiden (EEG) muutoksia muusikoilla ja ei-muusikoilla. Tutkimuksessa kävi ilmi, ettei muusikoiden tarvitse keskittyä äänten kuunteluun oppiakseen erottelemaan niitä. Muusikoiden ja ei-muusikoiden aivovasteiden muuttumista havainto-oppimisen aikana tutkittiin esittämällä heille samana pysyviä ääniä, joiden seassa oli satunnaisesti poikkeavia ääniä. Osassa tilanteista osallistujat keskittyivät poikkeavien äänten erotteluun ja osassa heidän tarkkaavaisuutensa oli suunnattu muuhun tehtävään kuin äänten kuunteluun. Jo 15 30 minuutin sisällä alkoi muusikoiden aivokuorella vasteet äänille laskea vaikka he eivät keskittyneetkään kuuntelemiseen. Aktivaatio laski erityisesti kuulonkäsittelyyn erikoistuneilla ohimolohkon alueilla. Aktivaation pieneneminen aivokuorella liittyy yhteen havainto-oppimisen mekanismeista, eli hermostolliseen tottumiseen, jonka seurauksena hermostollista kapasiteettia ei tarvita yhtä paljon kuin täysin uutta opittaessa. Muusikoiden aivokuorella tapahtui siis nopeampaa tottumista ääniin kuin ei-muusikoilla. Kun tehtävänä oli keskittyä erottelemaan poikkeavia ääniä, muusikoiden tehtäväsuoriutuminen oli alun alkaen parempi kuin ei-muusikoilla ja vain ei-muusikoilla erottelu parani. Ei-muusikoillakin siis tapahtuu äänten erottelun oppimista yhden mittauksen aikana mutta se voi vaatia ääniin keskittymistä. Normitetuissa tarkkaavaisuus- ja muistitesteissä muusikot eivät eronneet ei-muusikoista. Muusikoiden kyky oppia erottelemaan ääniä nopeasti ilman keskittymistä liittyneekin erityisesti esitietoiseen äänten käsittelyyn aivoissa