Apprendre un art ensemble : étude longitudinale d’enregistrements simultanés en électroencéphalographie lors de performances musicales.

The aim of our research is to understand the neural bases of social interaction in a musical performance context using tools from neuroscience (electroencephalography: EEG) and signal processing. This manuscript first presents a state of the art of recent studies in the field of hyperscanning. Then, we introduce our recommendations on the prerequisites and methodology to design experiments facilitating the emergence of neuronal synchronization. We argue that musical performance is particularly suited to study social interactions. Subsequently we present several methods to calculate brain coupling on data collected during experiments in hyperscanning. We describe in particular the methods of joint Blind Source Separation (jBSS) whose advantages are to approach anatomical and physiological reality, as well as taking into account inter-subject information when estimating sources. Finally, we detail our contribution to the field of social neuroscience with a longitudinal experience in hyperscanning-EEG. We studied social interaction from musicians playing four-hands piano over a two-month period. We highlight a correlation between increased musical performance over time, cerebral synchronization and quality of the relationship between the pianists.L’objectif de notre recherche est de comprendre les bases cérébrales de l’interaction sociale dans un contexte de performance musicale grâce à des outils issus des neurosciences (électroencéphalographie : EEG) et du traitement du signal. Ce manuscrit présente tout d’abord un état de l’art des études récentes dans le domaine de l’hyperscanning. A sa suite, nous offrons une réflexion sur les prérequis et la méthodologie à adopter pour concevoir une expérience prédisposant à l’émergence d’une synchronisation neuronale. Nous décrivons ensuite la performance musicale comme activité particulièrement adaptée à l’étude de l’interaction sociale. Par la suite nous présentons plusieurs méthodes permettant de calculer des indices de couplage cérébral sur les données récoltées lors d’expériences en hyperscanning. Nous y décrivons en particulier les méthodes de séparation de source conjointe (joint Blind Source Separation - jBSS) dont l’avantage est de se rapprocher d’une réalité anatomique et physiologique, ainsi que de prendre en compte l’information inter-sujets lors de l’estimation des sources. Enfin, nous détaillons notre contribution au champ des neurosciences sociales sous la forme d’une expérience longitudinale en hyperscanning-EEG. Elle étudie l’interaction sociale de pianistes à quatre mains lors de l’apprentissage d’un morceau de musique sur une période de deux mois. Nous mettons en évidence qu’il existe une corrélation entre l’augmentation de la performance musicale au cours du temps, la synchronisation cérébrale et la qualité de la relation entre les musiciens

Learning and practising music together : a longitudinal EEG-hyperscanning study

L’objectif de notre recherche est de comprendre les bases cérébrales de l’interaction sociale dans un contexte de performance musicale grâce à des outils issus des neurosciences (électroencéphalographie : EEG) et du traitement du signal. Ce manuscrit présente tout d’abord un état de l’art des études récentes dans le domaine de l’hyperscanning. Nous offrons une réflexion sur les prérequis et la méthodologie à adopter pour concevoir une expérience prédisposant à l’émergence d’une synchronisation neuronale. Nous explorons ensuite les processus cérébraux mis en jeu lors de la pratique de la musique au travers d’études réalisées en neurosciences. Par la suite nous présentons plusieurs méthodes permettant de calculer des indices de couplage cérébral sur les données récoltées lors d’expériences en hyperscanning. Nous y décrivons en particulier les méthodes de séparation de source conjointe (jBSS) dont l’avantage est de se rapprocher d’une réalité anatomique et physiologique, ainsi que de prendre en compte l’information inter-sujets lors de l’estimation des sources. Enfin, nous détaillons notre contribution au champ des neurosciences sociales sous la forme d’une expérience longitudinale en hyperscanning-EEG. Elle étudie l’interaction sociale de pianistes à quatre mains lors de l’apprentissage d’un morceau de musique sur une période de deux mois. Nous mettons en évidence qu’il existe une corrélation entre l’augmentation de la performance musicale au cours du temps, la synchronisation cérébrale et la qualité de la relation entre les musiciens.The aim of our research is to understand the neural bases of social interaction in a musical performance context with tools from neuroscience (electroencephalography: EEG) and signal processing. This manuscript first presents a state of the art of recent studies in the field of hyperscanning. We introduce our recommendations on the prerequisites and methodology to design experiments facilitating the emergence of neuronal synchronization. We then explore the cerebral processes involved in the practice of music through studies in neuroscience of music. Subsequently we present several methods to calculate brain coupling on data collected during experiments in hyperscanning. We describe in particular the methods of joint blind source separation (jBSS) whose advantages are to approach anatomical and physiological reality, as well as taking into account inter-subject information when estimating sources. Finally, we detail our contribution to the field of social neuroscience with a longitudinal experience in hyperscanning-EEG. We studied social interaction from musicians playing four hands piano over a two-month period. We highlight a correlation between increased musical performance over time, cerebral synchronization and quality of the relationship between the pianists

"Brain Invaders": a prototype of an open-source P300- based video game working with the OpenViBE platform

International audienceWe have developed the prototype of a pure-BCI video game based on the well known vintage video game "Space Invaders". In our "Brain Invaders" a number of aliens are displayed in a grid and the player has to destroy a particular alien, the target, only by concentrating on it. The game makes use of a stateof- the art P300 oddball paradigm to select the alien to be destroyed at a regular pace, based on current probabilities assigned to each alien by a learning machine continuously analyzing and classifying the user's electroencephalographic stream (the Open-ViBE platform). As compared to the standard P300- speller paradigm our game may optionally use: 1) flashing items in random groups and no longer by rows and columns; 2) variable inter-stimulus intervals drawn from an exponential distribution; 3) magnification of flashed target items. Preliminary tests show an excellent transfer rate, since starting with 36 aliens on the screen, one to three repetitions typically suffice to destroy the target alien. Our development is completely open-source and will continue to improve further the signal processing and classification algorithms, besides the paradigm itself, the gameplay and the BCI ergonomy, in order to achieve a "Plug & Play" video game suitable for the large public of gamers