Musical Expertise and Brain Structure: A Study with Musicians and ‘Musical Sleepers’

• Type: Thesis
• Date: 2024-11-05

Authors

Manuel Tomás Martins Gomes (Author) FMUP

Thesis

Musical Expertise and Brain Structure: A Study with Musicians and ‘Musical Sleepers’

Master's Degree

Dissertation

Scientific classification

FOS: Natural sciences > Other natural sciences

Other information

Resumo (PT): A pratica musical tem sido estudada como sendo uma parte importante do desenvolvimento humano e assume-se frequentemente que altera a estrutura cerebral. No entanto, esta suposição baseia-se principalmente em comparações transversais entre músicos e indivíduos sem treino musical (não-músicos). Embora o treino musical possa explicar algumas diferenças observadas nessas comparações, a causalidade pode ser inversa: diferenças pré-existentes na estrutura cerebral podem influenciar a capacidade musical e a probabilidade de se ter aulas de música. Estudar ‘musical sleepers’, ou seja, não-músicos que possuem capacidades musicais naturalmente elevadas, pode ajudar a clarificar esta questão. Se os musical sleepers e os músicos possuirem estruturas cerebrais semelhantes, isto sugeriria que o treino não é necessário para explicar as diferenças observadas nos músicos – diferenças pré-existentes poderiam ser uma explicação mais parcimoniosa. Analisámos associações entre a expertise musical e a estrutura cerebral, considerando o treino musical e a musicalidade natural nos musical sleepers. Os participantes eram 93 adultos (Midade = 28,85, DP = 6.70), incluindo 29 músicos (>5 anos de treino) e 64 não-músicos. Os não-músicos foram divididos em musical sleepers (n = 32) e não musical sleepers (n = 32) com base no seu desempenho num conjunto de testes de habilidade de perceção musical. Todos os participantes realizaram um scan cerebral estrutural de alta resolução num scanner de ressonância magnética de 3T. Com base em análises de morfometria baseada em voxel, implementadas no SPM12 e usando o CAT12, estudámos diferenças no volume de matéria cinzenta através de análises de todo o cérebro e de regiões de interesse. Obtivemos quatro conclusões principais: (1) foram encontradas diferenças significativas no volume de matéria cinzenta entre musical sleepers e não musical sleepers em seis regiões que abrangem áreas auditivas, somatossensoriais, sensoriomotoras, interoceptivas e límbicas, enquanto os musical sleepers não diferiram dos músicos, exceto nos giros cingulado médio direito e no paracingulado; (2) músicos obtiveram melhores resultados que não-músicos, e os musical sleepers melhores resultados que os não musical sleepers em tarefas de processamento auditivo; (3) não foram observadas diferenças entre grupos em capacidades cognitivas, especificamente em tarefas de raciocínio abstrato; (4) não conseguimos replicar totalmente os resultados da meta-análise de Criscuolo et al. (2022), que documentou maior volume de matéria cinzenta no giro temporal superior e no giro pós-central direito em músicos. No entanto, confirmámos um menor volume de matéria cinzenta no giro pré-central direito em comparação com não-músicos. Em suma, os nossos resultados indicam que (a) as associações entre o treino musical e a estrutura cerebral podem ser menos consistentes do que se pensava anteriormente, e (b) as diferenças estruturais cerebrais parecem estar mais fortemente relacionadas com a capacidade musical.

Abstract (EN): Music training has been studied as an important part of human development and is often presumed to change brain structure. Nevertheless, this assumption is primarily based on cross-sectional comparisons between musicians and musically untrained individuals (non-musicians). While music training could explain differences in such comparisons, causality could be reversed: preexisting differences in brain structure could influence musical ability and the likelihood of taking music lessons. Studying ‘musical sleepers’, that is, musically untrained individuals with naturally high musical abilities, can help to clarify this question. If musical sleepers and trained musicians are similar in brain structure, this would suggest that training is not necessary to explain the differences observed in musicians – preexisting differences could be a parsimonious explanation. We examined associations between musical expertise and brain structure, considering music training and natural musicality in musical sleepers. Participants were 93 adults (Mage = 28.85, SD = 6.70), including 29 musicians (>5 years of training) and 64 nonmusicians. Nonmusicians were divided into musical sleepers (n = 32) and non-musical sleepers (n = 32) based on their performance on a battery of tests of musical abilities. All participants completed a high-resolution structural brain scan on a 3T MRI scanner. Based on voxel-based morphometry, implemented in SPM12 and using the CAT toolbox, we studied differences in grey matter volume in whole-brain and region-of-interest analyses. Four key findings emerged: (1) significant differences in grey matter volume were found between musical sleepers and non-musical sleepers in six regions encompassing auditory, somatosensory, sensorimotor, interoceptive and limbic areas, while musical sleepers did not differ from musicians, except in the right middle cingulate and paracingulate gyri; (2) musicians outperformed non-musicians, and musical sleepers outperformed non-musical sleepers in auditory processing tasks; (3) no group differences were observed in cognitive abilities, specifically abstract reasoning tasks; (4) we could not fully replicate the findings of the previous meta-analysis by Criscuolo et al. (2022), which documented increased grey matter volumes in the superior temporal gyrus and right postcentral gyrus in musicians, but we did confirm a decrease in grey matter volume in the right precentral gyrus when compared to non-musicians. Altogether, our findings indicate that (a) associations between music training and brain structure may be less consistent than previously believed, and (b) structural brain differences appear to be more strongly related to musical ability.

Language: English

No. of pages: 106