Frontiers in Psychology

The Effects of Background Music on Cognitive Task Performance

Taustamusiikin vaikutukset kognitiiviseen tehtäväsuorituskykyyn

Kaupalliset sovellukset, jotka lupaavat parantaa käyttäjiensä keskittymiskykyä ja tarkkaavaisuutta soittamalla taustalle erityisesti suunniteltua musiikkia, ovat lisääntyneet. Perusajatus on yksinkertainen: taustamusiikin soittaminen aktivoi aivoja ja johtaa parempaan suorituskykyyn kognitiivisissa tehtävissä. Tähän ajatukseen liittyy kuitenkin useita ongelmia. Vaikka musiikki on suunniteltu erityisesti vapauttamaan kognitiivisia resursseja, on esimerkiksi epätodennäköistä, että kaikki ihmiset hyötyvät kognitiivisista tehtävistä samalla tavalla. Musiikilla, joka vaikuttaa suotuisasti kognitiivisten tehtävien suorittamiseen yhdelle yksilölle, ei välttämättä ole lainkaan vaikutusta tai sillä voi olla jopa haitallisia vaikutuksia toiselle yksilölle. Onko kognitiivisten tehtävien suorittamista parantavan taustamusiikin etsiminen siis harhaanjohtavaa? Ei välttämättä, jos – ensimmäisenä askeleena – pystymme tunnistamaan ja ymmärtämään paremmin ne hermostolliset taustatekijät, jotka parantavat kognitiivisten tehtävien suorittamista yleensä. Toisena askeleena voimme alkaa kysyä, mitkä ovat ne musiikin ominaisuudet, joita tarvitaan muuttamaan yksilön neuraalista aktivaatiota tietyllä tavalla. Koska yksilöiden välisillä eroilla on tärkeä rooli tässä pyrkimyksessä, käydään läpi Eysenckin persoonallisuusteorian puolesta ja sitä vastaan puhuvat todisteet, ennen kuin esitetään uusi näkökulma.

Vaikka psykologit ja kasvatustieteilijät ovat tutkineet taustamusiikin vaikutuksia kognitiiviseen tehtäväsuorituskykyyn jo yli seitsemänkymmenen vuoden ajan (Fendrick, 1937), mitään selkeää tuloskuviota ei ole toistaiseksi syntynyt. Yhtäältä taustamusiikista on hiljaisuuteen verrattuna todettu olevan hyötyä luetun ymmärtämisessä (Kiger, 1989), vieraan sanaston oppimisessa (de Groot, 2006; Kang ja Williamson, 2014), avaruudellisessa ja kielellisessä prosessoinnissa (Angel ym., 2010), älykkyysosamäärää mittaavissa testeissä (Cockerton ym., 1997), avaruudellisessa ja numeerisessa päättelyssä (Miller ja Schyb, 1989), visuaalisissa etsintätehtävissä (Crust ym., 2004) ja opiskelijoiden suoriutumisessa psykologian kurssin suorituksessa (Schreiber, 1988). Toisaalta taustamusiikin on todettu hiljaisuuteen verrattuna heikentävän kognitiivista suorituskykyä, ja sillä on havaittu olevan haitallisia vaikutuksia luetun ymmärtämiseen (Fendrick, 1937; Henderson ym., 1945; Etaugh ja Ptasnik, 1982; Furnham ja Bradley, 1997; Avila ym., 2012; Thompson ym, 2012), verbaalisessa muistissa (Iwanaga ja Ito, 2002; Woo ja Kanachi, 2005; Cassidy ja MacDonald, 2007), visuaalisessa muistissa (Furnham ja Bradley, 1997), numeroiden sarjamuistamisessa (Nittono, 1997; Alley ja Greene, 2008), Stroopin tehtävissä (Parente, 1976; Cassidy ja MacDonald, 2007), kirjoittamisen sujuvuudessa (Ransdell ja Gilroy, 2001) sekä loogisessa päättelyssä ja assosiatiivisessa oppimisessa (Crawford ja Strapp, 1994). Toiset tutkimukset kuitenkin osoittivat, että taustamusiikilla ei ollut lainkaan merkittävää vaikutusta kognitiivisten tehtävien suorittamiseen (Henderson ym., 1945; Freeburne ja Fleischer, 1952; Furnham ja Allass, 1999; Pool ym., 2003; Alley ja Greene, 2008; Schlittmeier ja Hellbrück, 2009; Thompson ym., 2012). Tuore meta-analyysi taustamusiikin vaikutuksista aikuisten kognitiivisiin, affektiivisiin ja käyttäytymisreaktioihin näyttää tukevan suuntausta kohti yleistä nollavaikutusta (Kämpfe et al., 2011).

Ei teorialähtöistä tutkimusta, jossa keskitytään yksilöiden välisiin eroihin, nämä ristiriitaiset havainnot eivät ole yllättäviä. Tämän ongelman ratkaisemiseksi monet tutkijat ovat käyttäneet Eysenckin persoonallisuusteoriaa (Eysenck, 1967) tutkimustensa teoreettisena kehyksenä. Vaikka on olemassa useita yksilöiden välisiä eroja, jotka vaikuttavat taustamusiikin vaikutuksiin kognitiivisten tehtävien suorittamiseen – aina persoonallisuuspiirteistä musiikkimakuun ja ikään – yksi yksilöiden välinen ero, jota on tutkittu laajasti, on ekstraversio.

Eysenckin persoonallisuusteorian tietyn näkökohdan mukaan ekstraversio voidaan kuvata ja selittää sen taustalla olevan kortikaalisen herätteen avulla. Ekstroverttien kerrotaan omaavan alhaisemman kortikaalisen arousalin tason verrattuna introvertteihin. Eysenckin teoria siis ennustaa, että introvertit tarvitsevat vain vähän tai ei lainkaan ulkoista stimulaatiota saavuttaakseen optimaalisen kognitiivisen suorituskyvyn tason, kun taas ekstrovertit tarvitsevat suhteellisesti enemmän ulkoista stimulaatiota. Optimaalisen kynnysarvon ylittävän ulkoisen stimulaation pitäisi johtaa kognitiivisen suorituskyvyn heikkenemiseen Yerkesin ja Dodsonin lain mukaisesti (Yerkes ja Dodson, 1908). Näin ollen kohtalaisen tai korkean ulkoisen stimulaation esittämisen pitäisi johtaa introverttien mutta ei ekstroverttien kognitiivisen suorituskyvyn heikkenemiseen.

Taustamusiikin käyttäminen ulkoisen stimulaation lähteenä – jonka on osoitettu lisäävän osallistujien kiihtymystä useissa tutkimuksissa (Thompson et al., 2001; Jones et al., 2006; Schellenberg et al., 2007)- tutkijat ovat empiirisesti testanneet Eysenckin teoriaa tutkimalla intro- ja ekstroverttien suoriutumista erilaisissa kognitiivisissa tehtävissä.

Introverttien ja ekstroverttien suoriutuminen kognitiivisissa tehtävissä taustamusiikilla ja hiljaisuudella

Eysenckin persoonallisuusteorian puolesta puhuu huomattava määrä näyttöä, kuten seuraavat tutkimukset osoittavat. Furnham ja Allass (1999) raportoivat selvästä ekstroverttiuden ja taustatilanteen (joko hiljaisuus, yksinkertainen musiikki tai monimutkainen musiikki) välisestä ristikkäisestä vuorovaikutuksesta ja osoittivat, että introverttien suorituskyky kahdessa muistitestissä – visuaalisten objektien välitön ja viivästetty muistaminen – oli paras hiljaisuuden aikana ja heikoin monimutkaisella musiikilla, kun taas ekstrovertit suoriutuivat parhaiten monimutkaisella musiikilla ja heikoimmin hiljaisuuden aikana. Suurin osa Eysenckin persoonallisuusteoriaa tukevista todisteista osoittaa kuitenkin, että musiikilla on pikemminkin haitallinen vaikutus introverttien suorituskykyyn kuin suotuisa vaikutus ekstroverttien suorituskykyyn verrattuna hiljaisuuteen. Esimerkiksi Furnham ja Bradley (1997) havaitsivat testatessaan introvertteja ja ekstrovertteja hiljaisuudessa tai popmusiikin soidessa taustalla, että introvertit, jotka suorittivat muistitestin hiljaisuudessa, suoriutuivat paremmin kuin introvertit, joille esitettiin popmusiikkia. Samat kirjoittajat osoittivat myös, että introvertit, jotka suorittivat luetun ymmärtämistehtävän, suoriutuivat huonommin musiikin läsnä ollessa kuin hiljaisuudessa, kun taas ekstrovertit eivät osoittaneet eroa. Muissa tutkimuksissa on saatu samankaltaisia tuloksia luetun ymmärtämistehtävien osalta: Daoussis ja McKelvie (1986) raportoivat, että introvertit suoriutuivat heikommin, kun taustalla soi rock’n’roll-musiikki verrattuna hiljaisuuteen, kun taas ekstrovertit eivät eronneet toisistaan näissä kahdessa tilanteessa. Furnham ja Strbac (2002) osoittivat, että introvertit suoriutuivat huonommin, kun taustalla oli musiikkia tai toimistohälyä kuin hiljaisuus, kun taas ekstrovertit eivät eronneet näiden kolmen olosuhteen välillä. Muissa kognitiivisissa tehtävissä on saatu vastaavia tuloksia. Introverttien suoritus heikkeni lineaarisesti hiljaisuudesta yksinkertaiseen ja sitten monimutkaiseen musiikkiin avaruudellisessa päättelytehtävässä (Furnham ja Allass, 1999), ja Cassidy ja MacDonald (2007) osoittivat, että hiljaisuuteen verrattuna erittäin kiihottava musiikki, johon liittyi negatiivisia vaikutteita, sekä taustamelu johtivat siihen, että introvertit suoriutuivat huonommin kuin ekstrovertit Stroop-tehtävässä. Toinen tutkimus (Dobbs ym., 2011) osoitti, että ekstraversio ennusti merkittävästi suoritusta abstraktissa päättelytehtävässä ja yleistä kognitiivista kykyä mittaavassa testissä, kun taustalla oli musiikkia tai melua. Mitä introvertimpi osallistuja oli, sitä huonommin hän suoriutui näissä olosuhteissa – erityisesti melun aikana – kun taas tehtävän suorittaminen hiljaisuudessa ei paljastanut mitään tai vain hyvin heikkoja eroavia vaikutuksia. Lisää epäsuoria todisteita antoivat Crawford ja Strapp (1994), jotka testasivat otoksen opiskelijoita, jotka ilmoittivat opiskelevansa yleensä joko taustamusiikin kanssa tai ilman. Ilman taustamusiikkia opiskelevien suoritus assosiatiivisessa muistitehtävässä heikkeni lineaarisesti hiljaisuudesta instrumentaalimusiikkiin ja sitten vokaalimusiikkiin, kun taas taustamusiikin kanssa opiskelevien suoritus ei osoittanut selkeää mallia. Eysenckin persoonallisuusteorian mukaisesti jälkimmäinen ryhmä sai huomattavasti korkeammat pisteet ekstraversioasteikolla kuin ne, jotka opiskelivat ilman taustamusiikkia.

Vaikka nämä tutkimukset muodostavat huomattavan todistusaineiston Eysenckin persoonallisuusteorian puolesta, on myös useita tutkimuksia, jotka eivät ole tukeneet hänen teoriaansa. Intro- ja ekstrovertteja testatessaan Furnham ym. (1999) ja Avila ym. (2012) eivät havainneet merkittävää vuorovaikutusta ekstroversion ja taustatilanteen – joko vokaalimusiikin, instrumentaalimusiikin tai hiljaisuuden – välillä missään seuraavista testeistä: luetun ymmärtämistehtävät, looginen päättely, koodaustehtävä, numerotesti tai kaaviotesti (ks. myös Furnham ja Allass, 1999; Kou ym., 2017). Myöskään Chamorro-Premuzic ym. (2009) eivät havainneet tällaista vuorovaikutusvaikutusta loogisessa päättelyssä tai sanallisissa tehtävissä. Extraversion ja taustatilan välisen vuorovaikutuksen puuttuminen dokumentoitiin lisäksi aritmeettisissa tehtävissä ja proosan muistamisessa (Furnham ja Strbac, 2002), ja oletettu vuorovaikutus puuttui myös erilaisissa muistitehtävissä: sanallisten kohteiden välittömässä, viivästetyssä ja vapaassa muistamisessa (Cassidy ja MacDonald, 2007) sekä visuaalisten kohteiden välittömässä muistamisessa (Furnham ja Bradley, 1997).

Vaikka yksilöiden välisten erojen huomioon ottaminen on elintärkeää tutkittaessa taustamusiikin vaikutuksia kognitiivisten tehtävien suorittamiseen, ristiriitaiset havainnot näyttävät viittaavan siihen, että pelkillä tavanomaisilla kyselylomakkeilla mitattu ekstraversio ei johda vakuuttaviin tuloksiin (ks. yhteenveto taulukossa 1). Yrittäessään ryhtyä purkamaan näitä ristiriitaisia tuloksia tutkijat ovat harkinneet objektiivisempaa tapaa arvioida yksilöiden välisiä eroja eli tutkimalla sitä, mitä Eysenck piti ekstraversion erojen perimmäisenä syynä: kortikaalista kiihottumista (ks. katsaus Matthews ja Gilliland, 1999).

Extroverttius ja aivokuoren kiihtyvyys EEG:n alfa- ja beeta-alueilla

Eysenck itse (Hagemann ym., 1999) esitti (Hagemann ym., 1999), että ekstroverttiuserot heijastuvat aivokuoren kiihtyvyystason perustasoon, ja hän esitti hypoteesin, että ekstrovertteilla on matalampi perustaso introvertteihin verrattuna. Perinteisesti aivokuoren kiihottumista mitataan elektroenkefalogrammissa alfatehona. Tutkijat ovat jo pitkään olleet sitä mieltä, että matala alfavirta (8-13 Hz) liittyy korkeaan henkiseen aktiivisuuteen (Ray ja Cole, 1985; Schmidtke ja Heller, 2004). Toisin sanoen, suurempi alfateho on indikaattori toimettomasta hermostollisesta tilasta. Vaikka Ray ja Cole (1985) ovat väittäneet, että tämä herätemalli yksinkertaistaa todellisia mekanismeja tarjoamalla todisteita siitä, että alfateho liittyy tarkkaavaisuusprosesseihin, kun taas beetateho (14-35 Hz) – joka normaalisti liittyy valveillaoloon ja valppauteen – heijastaa emotionaalisia tai kognitiivisia prosesseja, alfatehoa käytetään edelleen usein kortikaalisen herätteen mittarina, mahdollisesti siksi, että Eysenck itse (1994, s. 167, siteerattu Matthews ja Gilliland, 1999) piti EEG:tä ja erityisesti alfatehoa ”kortikaalisen arousalin standardimittarina.”

Eysenckin väitteille on empiiristä tukea. Esimerkiksi tutkimuksessa, jossa mitattiin samojen osallistujien basaalista kortikaalista arousalia kolme kertaa useiden viikkojen aikana sen varmistamiseksi, että ulkoisten tekijöiden, kuten kellonajan tai emotionaalisten tapahtumien, tuoma varianssi minimoidaan, Hagemann ja kollegat (Hagemann et al., 2009) paljastivat, että ekstrovertit osoittavat enemmän alfatehoa (eli vähemmän kortikaalista arousalia) kuin introvertit. Vastaavasti Gale et al. (1969) raportoivat enemmän aktiivisuutta alemmalla alfa-alueella (7,5-10,5 Hz) ekstrovertteilla verrattuna introvertteihin kortikaalisen kiihottumisen perusmittauksen aikana silmät suljettuina sekä enemmän alfavoimaa käyttämällä karkeasuodatinta (8-13 Hz) kohtuullisen ulkoisen visuaalisen stimulaation aikana. Gale et al. (2001) pyysivät osallistujia suhtautumaan empaattisesti positiivisiin ja negatiivisiin kasvonilmeisiin samalla, kun he nauhoittivat EEG-tietoja, ja Gale et al. (2001) osoittivat jälleen enemmän alfatehoa alemmalla (8-10 Hz) mutta ei korkeammalla alfakaistalla (10-12 Hz) ekstrovertteilla verrattuna introvertteihin. Lisää tukea Eysenckin persoonallisuusteorialle saadaan Smith et al. (1995), jotka raportoivat, että introvertit osoittavat vähemmän aktiivisuutta alfakaistalla (eli enemmän kortikaalista kiihtyvyyttä) kuin ekstrovertit positiivisten, negatiivisten tai neutraalien ei-verbaalisten ääniärsykkeiden esittämisen aikana.

Toisaalta vain heikkoja todisteita Eysenckin teorian puolesta antoivat Beauducel et al. (2006), jotka eivät havainneet ekstroverttien kohdalla mitään merkitseviä vaikutuksia 40-minuuttisen yksitoikkoisen tarkkaavaisuustehtävän aikana. Lisäksi Hagemann et al. (1999) sekä Schmidtke ja Heller (2004) eivät pystyneet löytämään alfavoiman ja ekstraversion välistä suhdetta käyttämällä kortikaalisen arousalin perustason mittauksia. Matthews ja Amelang (1993) eivät myöskään havainneet yhteyttä alfatehon ja ekstraversion välillä missään kolmesta koeolosuhteesta erikseen – hiljaisuus silmät suljettuina, visuaalinen fiksaatio ja mentaalinen aritmeettinen laskutoimitus silmät suljettuina – eivätkä myöskään keskiarvoistettuna.

Kokonaisuutena nämä havainnot viittaavat siihen, että alfateho ei ehkä ole soveltuvin taajuusalue kortikaalisen kiihtymyksen indikaattoriksi, varsinkaan kiihtymyksen lähtötason aikana. Mahdollisesti parempi vaihtoehtoinen, mutta vähemmän tunnettu kortikaalisen arousalin mittari on Rayn ja Colen (1985) ehdottama beetateho. Useissa tutkimuksissa on käytetty beetatehoa kortikaalisen arousalin tai vireystilan indikaattorina (Gale ym., 1969; Matthews ja Amelang, 1993; Cardenas ym., 1997; Rangaswamy ym., 2002; Gram ym., 2005). Aivokuoren kiihottumisen ja ekstraversion osalta kolme tutkimusta on tässä yhteydessä merkityksellisiä. Gale ja muut (1969) raportoivat, että ekstraverteilla oli enemmän beetatehoa kuin introverteilla kortikaalisen aktiivisuuden perusmittauksen aikana silmät kiinni. Vastaavasti Matthews ja Amelang (1993) havaitsivat positiivisen korrelaation ekstraversion ja beetatehon välillä kohtalaisen ulkoisen stimulaation aikana. On tärkeää, että nämä kaksi havaintoa ovat päinvastaisia kuin mitä voisi odottaa Eysenckin persoonallisuusteorian perusteella. Koska korkean beetatehon oletetaan liittyvän korkeaan aivokuoren kiihtyvyyteen, ekstroverttien odotettaisiin osoittavan vähemmän beetatehoa kuin introverttien. Matthews ja Amelang esittävät, että tämä oletus – korkea beeta liittyy korkeaan kortikaaliseen kiihottumiseen – voisi olla väärä, ja arvelevat, että korkea kortikaalinen kiihottuminen voisi yhtä hyvin näkyä alhaisena beetatehona. On kuitenkin ainakin yksi tutkimus, joka osoittaa ennustetun suhteen. Gram et al. (2005) testasivat intro- ja ekstrovertteja 2 minuutin perustilanteen aikana silmät auki. Eysenckin persoonallisuusteorian mukaisesti kirjoittajat osoittivat, että ekstraverteilla on enemmän alfavoimaa ja vähemmän beetavoimaa kuin introverteilla. Ero näiden kahden ryhmän välillä oli selvästi läsnä korkeammilla beeta-kaistanleveyksillä (26-39 Hz), mutta vähemmän selvä matalilla beeta-alueilla (13-25 Hz), mikä viittaa siihen, että tarvitaan ehkä hienompia beetasuodattimia, jotta löydetään oletettu yhteys beeta-aktiivisuuden ja ekstroverttiuden välille.

Yhteenvetona olisi pitänyt tulla selväksi, että ekstroverttiuden ja kortikaalisen kiihtyvyyden välille ei tällä hetkellä ole olemassa mitään selkeää yhteyttä. Vaikka alfa-tehoa on perinteisesti käytetty kortikaalisen arousalin indikaattorina introverttien ja ekstraverttien erottamiseksi toisistaan, se ei ehkä ole sopivin kortikaalisen arousalin neuraalinen korrelaatti. Kun otetaan huomioon ristiriitainen kirjallisuus taustamusiikin vaikutuksista kognitiivisten tehtävien suorittamiseen, ekstraversion, alfavirran ja tehtävien suorittamisen välinen suhde on epäselvä. Tilannetta saattaisi selventää beetateho kortikaalisen kiihottumisen indikaattorina, vaikka beetatehon merkitys kognitiivisten tehtävien suorittamiseen, saati sen suhde taustamusiikkiin, tunnetaan edelleen huonosti.

Uusi näkökulma: Musiikki, beetateho ja kognitiivisten tehtävien suorittaminen

On näyttöä siitä, että beetateho lisääntyy kognitiivisten tehtävien aikana, esimerkiksi jatkuvan tarkkaavaisuuden testissä (Molteni ym., 2007) tai luku- ja vähennystehtävien aikana (Fitzgibbon ym., 2004). Lisäksi hiljattain tehdyssä tutkimuksessa saatiin näyttöä siitä, että suurempi beetateho liittyy parantuneeseen kognitiiviseen suorituskykyyn. Küssner et al. (2016) osoittivat, että beetateho ennustaa oikein muistettujen sanojen määrää vieraan sanaston oppimistehtävässä. EEG mitattiin hiljaisuudessa ennen oppimistehtävää, mikä viittaa aivokuoren herätystason merkitykseen ennen oppimistehtävää. Kirjoittajat käyttivät myös taustamusiikkia aivokuoren kiihottumisen aikaansaamiseksi ekstra- ja introverteilla, mutta eivät löytäneet todisteita Eysenckin persoonallisuusteorian puolesta.

Beta-tehon vaikutus kognitiivisten tehtävien suorittamiseen avaa uusia kysymyksiä. Ensinnäkin tarvitsemme parempaa ymmärrystä beetatehon roolista kognitiivisten tehtävien suorittamisessa. Koska Eysenck on keskittynyt alfatehoon, monet tutkijat ovat käyttäneet kortikaalisen herätteen arvioinnissa pikemminkin alfa- kuin beetatehoa ja laiminlyöneet EEG-signaalin korkeammat taajuuskaistat. Jotta voitaisiin tutkia empiirisesti, ennustaako beetateho suorituskykyä, voitaisiin mitata beetatehoa ennustajana regressiomallissa, jossa kognitiivisen tehtävän suorituskyky on tulosmuuttuja. Toiseksi, jos beetateho osoittautuu merkittäväksi suorituskyvyn ennustajaksi – ehkä jopa erityyppisissä kognitiivisissa tehtävissä – looginen jatkokysymys on: miten voimme parantaa beetatehoa ennen näitä tehtäviä? Sen sijaan, että kuuntelisimme musiikkia taustalla kognitiivisen tehtävän aikana, mikä voi parantaa tai olla parantamatta suoritusta, kannattaisi ehkä tutkia, voisiko lyhyt jakso keskittynyttä musiikin kuuntelua stimuloida aivojamme mahdollisesti lisääntyneen beetatehon kautta niin, että suorituksemme myöhemmässä kognitiivisessa tehtävässä paranee. On jopa todisteita siitä, että (keskittynyt) musiikin kuuntelu voi lisätä beetatehoa (Nakamura ym., 1999), jota voitaisiin seurata koejärjestelyissä EEG:n biopalautemenetelmillä (Egner ja Gruzelier, 2004). Tarvitaan kuitenkin lisätutkimuksia sen selvittämiseksi, missä olosuhteissa musiikin kuuntelu vaikuttaa beetatehoon, mukaan lukien musiikin tyyppi, kuuntelijan senhetkinen mieliala ja mahdollisesti myös sosiaaliset tekijät. Samoin vakaat ja ohimenevät yksilöiden väliset erot, kontekstuaaliset piirteet ja tehtävän tyyppi ovat jatkossakin tärkeitä tekijöitä ennustettaessa suorituskykyä kognitiivisissa tehtävissä. Mutta ehkäpä keskittyneellä musiikin kuuntelulla on voima saada meidät ”vyöhykkeelle” tavalla, johon taustamusiikki ei kykene.

Tekijän panos

Tekijä vahvistaa olevansa tämän työn ainoa tekijä ja hyväksyneensä sen julkaistavaksi.

Conflict of Interest Statement

Tekijä vakuuttaa, että tutkimus tehtiin ilman kaupallisia tai taloudellisia suhteita, jotka voitaisiin tulkita mahdolliseksi eturistiriidaksi.