2006: La respuesta cerebral ante la tensión métrica

Esta semana comentaré el artículo «I don’t mean a thing… keeping the rhythm during polyrhythmic tension activates language areas (BA47)«, publicado por Peter Vuust, Andreas Roepstorff, Mikkel Vallentin, Kim Mouridsen y Leif Ostergaard, en 2006.¹ Haré también referencia al artículo «Polyrhythmic communicational devices appear as language in the brains of musicians«, publicado por Peter Vuust y sus colaboradores con motivo de la conferencia del ICMPC9 de ese mismo año,² y al artículo «Listen up! Polyrhythms in brain and music«, de 2008, donde se describen los resultados de las mismas investigaciones.³ 

Durante la escucha, los oyentes mantienen el ritmo sin darse cuenta. La sensación del pulso establece automáticamente y desde el primer momento el marco rítmico (…) que denominados «metro». (…) Entender la música está relacionado con la interacción entre los eventos auditivos locales y esa capa estructural más profunda que, en parte es inherente a la música como tal, en parte es resultado de estructuras mentales que poseen los oyentes y son inducidas por la música.”

“La mayoría de teóricos de la música consideran las relaciones entre el primer plano y el fondo como uno de los medios principales por los cuales la música transmite significado. Esto permite una creación constante de tensión y relajación a medida que se desarrolla la música.”

Para Vuust y sus colaboradores, por tanto, la tensión musical es el producto de la frustración de las expectativas métricas inducidas. La superficie musical, por una parte invoca un marco de expectativas temporales en el oyente, y por otra, tiende a violar esas mismas expectativas, creando ciclos de tensión y relajación.

Como un caso especial, [algunos estilos musicales] utilizan estructuras polirrítmicas para desafiar el sentido del metro percibido por el oyente. Esto crea tensión entre un metro que podemos situar en primer plano y otro metro principal que siente el oyente de fondo.”

Una estructura polirrítmica, tal y como se define aquí, se caracteriza por la aparición simultánea de dos flujos temporales con base diferente que no permiten una interpretación conjunta. Este tipo de estructura se puede ilustrar tocando tres tiempos igualmente espaciados en una mano y cuatro tiempos igualmente espaciados en la otra, al mismo tiempo:

Fig. 1. Ejemplo de polirritmo (midi) 

Los períodos de ambos patrones se sincronizan cada cuatro golpes de la mano que subdivide de manera cuaternaria, o cada tres tiempos, si tomamos como referencia la mano que subdivide de forma ternaria. Esto hace que podamos percibir este tipo de secuencias de dos maneras: como un ritmo de base binaria o como un ritmo de base ternaria.

Fig. 2. Dos posibles interpretaciones del polirritmo

Si interpretamos que el metro es ternario (fig. 2a), el patrón de cuatro tiempos actuará como un patrón contramétrico. Y si interpretamos que el patrón es de base binaria (fig. 2b), el patrón de tres tiempos será entonces el patrón contramétrico.

El aspecto más característico de la escucha de un polirritmo se encuentra precisamente en la posibilidad de esa doble interpretación. Aunque estemos hablando de una única manifestación acústica, podemos tener una experiencia totalmente distinta dependiendo de cuál de los patrones tomemos para definir el metro.

En relación con este punto, es interesante recordar los hallazgos de las investigaciones de Takako Fujioka y sus colaboradores (2010; ver publicación).⁴ Comparando la respuesta cerebral en músicos mientras creaban ritmos binarios y ternarios, encontraron que el contraste subjetivo entre el upbeat y el downbeat sólo se daba en el ritmo ternario, y por otra parte, que los patrones generales de la actividad cerebral, observados por magnetoencefalografía (MEG), eran considerablemente distintos para cada una de las estructuras métricas. Esto según los autores del estudio podría señalar un tipo de procesamiento distinto para estructura, algo que tiene sentido (siempre según estos autores), pues el ritmo ternario (el ritmo del vals) nos ofrece una experiencia distinta al binario (el ritmo de la marcha).

Aunque los hallazgos de Fujioka y sus colaboradores son el resultado de una actividad de tapping y no se relacionan con la percepción de estructuras polirrítmicas, resulta razonable suponer que el carácter biestable en secuencias polirrítmicas se encuentra relacionado con una diferencia en el procesamiento de la experiencia binaria y ternaria del ritmo, existiendo restricciones a la hora de combinar las señales percibidas.

En cualquier caso, volviendo al fragmento citado de Vuust y sus colaboradores (2006),¹ si bien un patrón polirrítmico como el del ejemplo permite una experiencia que distingue primer plano y fondo, la posibilidad de forzar esa distinción (cambiando figura por fondo, y viceversa) permite a los oyentes obtener una experiencia rítmica alternativa. Dependiendo de dónde se encuentre la atención focalizada podremos experimentar un ritmo binario o un ritmo ternario, alternativamente.

Esa es la razón por la que la percepción de los polirritmos es considerada como un tipo de «percepción biestable».

Los estados biestables, en los que la determinación de la relación figura/fondo es ambigua, constituyen desafíos perceptivos fundamentales para el sistema nervioso central.”

«Las percepciones biestables implican que de dos posibles interpretaciones de un estímulo, una recibe la atención focal.”

Un ejemplo clásico de percepción biestable es la que se da con el jarrón de Rubin (1915), donde podemos percibir dos caras enfrentadas o la figura de un jarrón, dependiendo de dónde coloquemos la atención.

Fig. 2. Ejemplo de percepción biestable

Nuevamente, hay dos posibles interpretaciones que alternan en la percepción. Mientras percibimos el jarrón, no percibimos las dos caras, y mientras percibimos las caras, no percibimos el jarrón.

Ambas interpretaciones compiten, porque nuestro sistema nervioso asume que sólo un objeto puede existir en el mismo lugar al mismo tiempo.

La explicación que ofrece la teoría de la codificación predictiva de este fenómeno parte de que las expectativas de orden superior actúan como prioridades para el procesamiento de nivel inferior. Una vez seleccionada la mejor hipótesis para explicar la causa de la estimulación visual (ora el jarrón, ora las caras), la alternativa es inhibida (Clark, 2013; para una explicación extensa del fenómeno según la teoría de la codificación predictiva, ver publicación).⁵

Para Vuust y sus colaboradores, los polirritmos, siendo fenómenos de naturaleza biestable, proporcionan una oportunidad excelente para estudiar aspectos generales del procesamiento cerebral como los que enuncia la teoría de la codificación predictiva (Friston, 2002; ver publicación).⁶ Los oyentes competentes, durante la escucha de un polirritmo, pueden modular la experiencia (de arriba a abajo) cambiando la percepción de la estructura polimétrica (siguiendo el pulso contrario), lo que altera dramáticamente la interpretación de la música.

Recientemente, el lingüista cognitivo Talmy (2000)⁷ ha sugerido que las relaciones «figura/fondo» son fundamentales para la cognición humana en general y para la semántica en particular. (…) Los procesos cognitivos que sirven al lenguaje podrían ser más generales, y servir para otras formas de comunicación.”

“Las investigaciones de Koelsch y sus colaboradores (2004) (…)⁸ sugieren que la música puede transmitir información semántica y, como se muestra en el presente estudio, puede aprovechar procesos cerebrales hasta ahora asociados con el procesamiento lingüístico.”

“Sin embargo, (…) el paradigma utilizado por Koelsch y sus colaboradores se aplica sólo a los efectos semánticos externos de la música [la transferencia de significado desde la música hacia palabras], pero no abarca la dinámica interna de la estructura musical. Aquí (…), la experiencia depende de patrones de anticipación creados por la tensión y el alivio en diferentes capas de la música (Meyer, 1956).⁹”

Uno de los objetivos de Vuust y sus colaboradores en sus artículos e investigaciones sobre la polirritmia es analizar los aspectos comunicativos de la performance musical y las posibles relaciones entre la música y otras formas de comunicación. Los músicos, según sus propias palabras «se comunican constantemente de forma auditiva cuando tocan juntos. (…) El ritmo es uno de los principales medios de comunicación, tanto para establecer y mantener el contacto entre los músicos como por ser un dispositivo con el que crear patrones anticipados de tensión y alivio» (Vuust et al., 2006; ver publicación).²

La investigación realizada por Koelsch y sus colaboradores (2004),⁸ si bien encuentra un vínculo entre música y lenguaje, no evidencia la clase de vínculo que le interesa aquí a Vuust; pues, tal y como afirma, la experiencia dinámica que caracteriza a la música se relaciona más con el juego con las expectativas del oyente (Meyer, 1956),⁹ que con el tipo de efectos semánticos externos encontrados por Koelsch y sus colaboradores. En sus propias palabras:

Las estructuras anticipadas de tensión y  alivio son consideradas por muchos teóricos de la música como la forma predominante en que la música transmite significado (…). La música crea estructuras significativas en una interacción dinámica de tensión entre los eventos de fondo y primer plano. (…) La narración se describe así como el movimiento en el tiempo entre opuestos, que es altamente compatible con el punto de vista musical y teórico predominante en la música, ya que se basa en oposiciones básicas como «tónica/dominante», «ritmos fuertes/débiles», etc.”

Vuust et al. (2006). Polyrhythmic communicational devices appear as language in the brains of musicians.²

La música es significativa en la medida en que produce una dinámica de tensión/relajación entre la superficie musical y estructuras mentales que generan expectativas, o en casos como la polimetría, entre eventos de fondo y de primer plano de la propia estructura. Aquí, la oposición que describe el párrafo citado la podemos observar entre el metro principal y el patrón contramétrico que se crea en la segunda parte del solo. La pregunta que se hace Vuust al llegar a este punto es: “¿Podría esta noción abstracta de comunicación musical ser comparable a otras formas de comunicación humana como, por ejemplo, el lenguaje?” (Vuust et al., 2006).²

Para responder a esta pregunta, acude al análisis de los correlatos neuroanatómicos de la estructura musical. La idea es observar si hay alguna evidencia de que el procesamiento de música y lenguaje pueden compartir recursos en el cerebro.

Nair et al. (2002)¹⁰ encontraron una activación tanto de BA47 como de BA44 al comparar la percepción del tiempo expresivo en piezas de piano clásico ejecutadas humanamente con una ejecución mecánica y métricamente estable. (…) La investigación de Nair et al. (2002) examina el mismo proceso general: cómo las modulaciones en la estructura anticipatoria permiten la percepción de una serie de eventos auditivos como música significativa. Este proceso ocurre tanto cuando la tensión se crea a través de desviaciones de un metro preciso como en la música clásica, o se produce a través de síncopas o estructuras polirrítmicas que desafían al metro constante como en la música contemporánea. Esto sugiere que también en la música clásica, las formas estilísticamente apropiadas de establecer características significativas y temporalmente desafiantes de la música pueden activar BA47.”

La activación del área 47 de Brodmann (BA47) durante la escucha musical es un hallazgo importante, pues esa región del cerebro se ha asociado tradicionalmente con el procesamiento de la estructura del lenguaje hablado y por signos. La tesis aquí es, por tanto, que la música desafiante (que incluye tensión métrica) es significativa, y que esto puede observarse por la activación del área 47 de Brodmann.

La relación entre la tensión métrica y la activación del área de Brodmann puede deducirse asimismo de las investigaciones realizadas por Daniel J. Levitin y Vinod Menon (2003) con estímulos de música revuelta (Levitin & Menon, 2003; ver publicación).¹¹ Tras analizar los correlatos neuroanatómicos de la estructura musical mediante imágenes por resonancia magnética funcional (IRMf), comparando la respuesta cerebral durante la escucha de fragmentos de música clásica y la escucha de versiones revueltas de esa misma música (‘scrambled music’, en el original) encontraron una activación del área 47 de Brodmann sólo en la música original. Las versiones revueltas (que se generaron por medio de una reordenación aleatoria de fragmentos de entre 250 y 300 milisegundos extraídos de los originales) no provocaron esa activación.

Según Vuust y sus colaboradores (2006),¹ la razón por la que la música revuelta no produce la activación se encuentra en que, al carecer de estructura, no es posible percibir tensión métrica durante su escucha. Expresado en otros términos, la activación del área 47 no se produce porque la música revuelta no es significativa.

Levitin y Menon (2003),¹¹ usando fMRI estudiaron los fundamentos neuronales de la coherencia temporal. Contrastaron escuchar extractos de música clasica con escuchar versiones revueltas, no musicales, de las mismas piezas. Esto produjo la activación en BA47. Interpretaron esto como que BA47 estaría involucrada en el procesamiento de la coherencia temporal en la música. [Sin embargo], la música revuelta puede diferir de la música real en muchos parámetros musicales diferentes a la coherencia temporal, por ejemplo, la ausencia de progresiones armónicas o melodías reconocibles. En los extractos de música real comparados con la música revuelta, los niveles de tensión cambian constantemente y esto puede ser suficiente para la activación de BA47.”

Es decir, la activación podría estar relacionada con la percepción de la tensión, algo que puede darse en más parámetros además de la coherencia temporal.

En este estudio, abordamos directamente la relación putativa entre la coherencia temporal y la actividad en BA47 mediante el establecimiento de niveles de tensión métrica dentro de la misma pieza musical.”

“Elegimos como estímulo un extracto de “The Lazarus Heart”, de Sting (…), un ejemplo ecológicamente válido de una percepcion biestable creada por un polirritmo.”

El extracto utilizado en la investigación es la parte del solo de saxo soprano de “Lazarus Heart”, tal y como aparece en el album Nothing like the Sun, de Sting (1987). En ese solo, el ritmo cambia bruscamente durante seis compases, antes de volver a su forma original.

Haz clic en este enlace para escuchar el MP3 

Lo interesante de este fragmento es que, aunque la superficie musical cambie radicalmente, es posible todavía seguir con el metro original, ya que ambas estruturas se alinean al final de los seis compases del solo. Por tanto, un oyente (siempre que sus habilidades rítmicas estén suficientemente desarrolladas) puede mantener el metro original durante la segunda parte, creando un polirritmo (al patrón que resulta se lo conoce como «4 contra 3»).

La tarea que pidieron Vuust y sus colaboradores (2006) a los sujetos de su estudio consistió en que tocaran el metro principal durante todo el solo, tanto en los tres primeros compases, en los que el pulso marcado por el tapping se sincronizaba («tapM/M»), como en la segunda parte, donde la música marcaba un patrón contramétrico («tapM/C»). Esta tarea, como es de esperar, es más complicada en la segunda parte del solo. Es más, en un estudio de control observaron que aferrarse al metro principal era más difícil que cambiar al patrón inducido por la segunda parte del estímulo.

Tras analizar la precisión de los participantes, Vuust y sus colaboradores no encontraron una correlación entre las habilidades de los sujetos y la desviación del tapping al tocar el metro principal sobre el metro principal («tapM/M»). Sin embargo, hubo una correlación al tocar sobre el patrón contramétrico («tapM/C»). Esto puede indicar que la desviación estándar en el tapping durante la segunda parte del solo podría ser un buen indicador de la competencia rítmica de un sujeto. Sin embargo, los datos también sugieren que la capacidad para imitar ritmos complejos es independiente de la capacidad para imitar metros simples.

La relación entre la capacidad rítmica de los sujetos y el grado de desafío que suponía la tarea polirrítmica se analizó igualmente por medio del análisis de imágenes de resonancia magnética funcional (IRMf), observándose que cuanto más competente era el músico, menos se activaba el área 47 de Brodmann durante la escucha de la segunda parte del solo.

Estudiamos la activación de fMRI para tapM/C en comparación con tapM/M, encontrando una fuerte activación de (…) BA47 (…) y BA40. (…) La activación de BA47 derecha disminuyó en función de la competencia métrica de los sujetos. (…) Consideramos esto como una indicación de que el procesamiento lateralizado a la izquierda en BA47 puede estar vinculado con la competencia métrica.”

“Nuestros resultados confirmaron la hipótesis de que el área 47 de Brodmann se activa bilateralmente cuando los músicos mantienen el ritmo durante la intensa tensión polirrítmica. (…) En el presente estudio, contrastamos diferentes niveles de tensión métrica dentro de una pieza musical. (…) El presente estudio demuestra inequívocamente que BA47 desempeña un papel central en la mediación de la experiencia de la tensión métrica. (…) Este hallazgo es una especificación experimental de la afirmación realizada, pero no probada, por Levitin & Menon (2003),¹¹ quienes encontraron una activación de BA47 al contrastar extractos musicales con extractos no musicales.”

Los estímulos no musicales de Levitin y Menon (2003; ver publicación)¹¹ carecían de compás, por lo que en su caso no fue posible estudiar la vinculación de la tensión métrica con la actividad en BA47.

El extracto musical utilizado en el presente estudio fue elegido para crear una percepción biestable en el oyente. Las percepciones biestables implican que, de dos posibles interpretaciones de un estímulo, una recibe la atención focal.”

Un ejemplo clásico, como dijimos, es el jarrón de Rubin (Figura 2), donde podemos percibir dos caras enfrentadas o la figura de un jarrón, alternativamente. En el caso del jarrón de Rubin, en cualquier caso, no hay un momento en el que el estímulo cambie de golpe y nos veamos obligados a hacer un esfuerzo para continuar con la primera interpretación. El solo de «Lazarus Heart», en cambio, realiza una variación brusca, induciendo en el oyente una estructura radicalmente distinta a mitad del recorrido, obligando al oyente a poner en juego sus habilidades rítmicas, ya sea para adaptar las expectativas al nuevo patrón, o para mantener el pulso siguiendo el patrón inicial, que ahora se ha convertido en contramétrico. Según Vuust y sus colaboradores, una particularidad de la música, que quizás la diferencie del dominio visual, es que en las percepciones biestables es posible mantener una cierta relación figura/fondo que contradiga la estructura sugerida por el estímulo. Realizar ese esfuerzo (el de mantener el metro principal durante la segunda parte del solo), en cualquier caso, implica una tensión considerable.

Los informes obtenidos de los sujetos sugirieron que esta tensión se sentía realmente, un hecho que se confirmó por la clara disminución en la precisión de los sujetos durante la segunda parte del estímulo.”

“TapM/C establece una fuerte tensión en el sujeto, ya que es la menos probable de las dos posibles interpretaciones.”

La naturaleza biestable del estímulo fue respalada tanto las diferencias en el desempeño al hacer tapping como por los datos de IRMf. Por una parte, los sujetos lo hicieron significativamente mejor cambiando a tapC/C que en tapM/C (es decir, fueron más precisos cambiando con la música que manteniendo el pulso original durante la segunda parte del solo). Por otra, los autores del estudio observaron una activación bilateral del área de Brodmann 47 cuando los músicos pulsaban el pulso principal en un contexto polimétrico en el que la música enfatizaba el pulso contrario (es decir, en la fase tapM/C). Esto demostraría, según estos autores, que BA47 desempleña un papel central en la mediación de la experiencia de la tensión métrica (Vuust et al., 2006).¹

Para profundizar un poco más en las investigaciones realizadas con estímulos polirrítmicos, recomiendo continuar con la lectura de «2008: El ritmo como fenómeno comunicativo«, «2011: Polirritmos, tensión y percepción biestable» y «2014: La percepción del ritmo según la teoría de la codificación predictiva«.

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REFERENCIAS:

1. Vuust et al. (2006). I don’t mean a thing… keeping the rhythm during polyrhythmic tension, activates language areas (BA47). [DOI: 10.1016/j.neuroimage.2005.12.037]
2. Vuust et al. (2006). Polyrhythmic communicational devices appear as language in the brains of musicians. [Enlace] [Leer más]
3. Vuust et al. (2008). Listen up! Polyrhythms in brain and music. [DOI: 10.3726/81606_134] [Leer más]
4. Fujioka et al. (2010). Endogenous neuromagnetic activity for mental hierarchy of timing. [10.1523/jneurosci.3086-09.2010] [Leer más]
5. Clark, A. (2013). Whatever next? Predictive brains, situated agents and the future of cognitive science. [DOI: 10.1017/s0140525x12000477] [Leer más]
6. Friston, K. (2002). Functional integration and inference in the brain. [DOI: 10.1016/s0301-0082(02)00076-x] [Leer más]
7. Talmy, L. (2000). Toward a cognitive semantics. [Enlace]
8. Koelsch et al. (2004). Music, language and meaning: brain signatures of semantic processing. [DOI: 10.1038/nn1197]
9. Meyer, L.B. (1956). Emotion and meaning in music. [DOI: 10.7208/9780226521374.001.0001]
10. Nair et al. (2002). Perceiving emotion in expressive piano performance: a functional fMRI study. [Enlace]
11. Levitin & Menon (2003). Musical structure is processed in “language” areas of the brain: a possible role for Brodmann Area 47 in temporal coherence. [DOI: 10.1016/j.neuroimage.2003.08.016] [Leer más]