Frontières en Psychologie

Les effets de la musique de fond sur la performance des tâches cognitives

On assiste à une recrudescence des applications commerciales promettant d’améliorer la concentration et la focalisation de leurs utilisateurs en diffusant une musique de fond spécialement conçue. L’idée de base est simple : jouer de la musique de fond active le cerveau et conduit à une meilleure performance dans les tâches cognitives. Toutefois, cette idée soulève plusieurs problèmes. Par exemple, même si la musique est spécifiquement conçue pour libérer des ressources cognitives, il n’est pas plausible que chaque personne en bénéficie de la même manière dans une tâche cognitive. Un morceau de musique qui a des effets bénéfiques sur la performance d’une tâche cognitive pour un individu peut très bien n’avoir aucun effet, voire des effets néfastes, pour un autre. La recherche d’une musique de fond qui améliore la performance d’une tâche cognitive est-elle donc un leurre ? Pas nécessairement, si, dans un premier temps, nous sommes en mesure d’identifier et de mieux comprendre les fondements neuronaux qui améliorent la performance des tâches cognitives en général. Dans un deuxième temps, nous pouvons commencer à nous demander quelles sont les caractéristiques de la musique nécessaires pour modifier l’activation neuronale d’un individu d’une manière spécifique. Puisque les différences interindividuelles jouent un rôle important dans cette entreprise, les preuves en faveur, et contre, la théorie de la personnalité d’Eysenck seront examinées avant de fournir une nouvelle perspective.

Bien que les effets de la musique de fond sur la performance des tâches cognitives aient été étudiés par des psychologues et des éducateurs depuis plus de soixante-dix ans (Fendrick, 1937), aucun modèle clair de résultats n’a émergé jusqu’à présent. D’une part, la musique de fond, comparée au silence, s’est avérée bénéfique pour la compréhension de la lecture (Kiger, 1989), l’apprentissage du vocabulaire étranger (de Groot, 2006 ; Kang et Williamson, 2014), le traitement spatial et linguistique (Angel et al., 2010), les tests de QI (Cockerton et al., 1997), le raisonnement spatial et numérique (Miller et Schyb, 1989), les tâches de recherche visuelle (Crust et al., 2004) et les résultats des étudiants dans un cours de psychologie (Schreiber, 1988). D’autre part, il a été constaté que la musique de fond, comparée au silence, altère les performances cognitives, montrant des effets néfastes pour la compréhension de la lecture (Fendrick, 1937 ; Henderson et al., 1945 ; Etaugh et Ptasnik, 1982 ; Furnham et Bradley, 1997 ; Avila et al., 2012 ; Thompson et al, 2012), la mémoire verbale (Iwanaga et Ito, 2002 ; Woo et Kanachi, 2005 ; Cassidy et MacDonald, 2007), la mémoire visuelle (Furnham et Bradley, 1997), le rappel en série de chiffres (Nittono, 1997 ; Alley et Greene, 2008), les tâches de Stroop (Parente, 1976 ; Cassidy et MacDonald, 2007), la fluidité de l’écriture (Ransdell et Gilroy, 2001), ainsi que le raisonnement logique et l’apprentissage associatif (Crawford et Strapp, 1994). Pourtant, d’autres études ont révélé que la musique de fond n’avait aucun impact significatif sur la performance des tâches cognitives (Henderson et al., 1945 ; Freeburne et Fleischer, 1952 ; Furnham et Allass, 1999 ; Pool et al., 2003 ; Alley et Greene, 2008 ; Schlittmeier et Hellbrück, 2009 ; Thompson et al., 2012). Une méta-analyse récente sur les effets de la musique de fond sur les réponses cognitives, affectives et comportementales des adultes semble soutenir la tendance à un effet global nul (Kämpfe et al., 2011).

En l’absence de recherches fondées sur la théorie et axées sur les différences interindividuelles, ces résultats contradictoires ne sont pas surprenants. Pour aborder cette question, de nombreux chercheurs ont utilisé la théorie de la personnalité d’Eysenck (Eysenck, 1967) comme cadre théorique pour leurs études. Bien qu’il existe plusieurs différences interindividuelles qui influencent les effets de la musique de fond sur la performance des tâches cognitives – allant des traits de personnalité aux goûts musicaux et à l’âge – une différence interindividuelle qui a été largement étudiée est l’extraversion.

Selon un aspect particulier de la théorie de la personnalité d’Eysenck, l’extraversion peut être décrite et expliquée par l’excitation corticale sous-jacente. Les extravertis auraient un niveau d’éveil cortical plus faible que les introvertis. La théorie d’Eysenck prédit donc que les introvertis ont besoin de peu ou pas de stimulation externe pour atteindre un niveau optimal de performance cognitive, alors que les extravertis ont besoin d’une stimulation externe comparativement plus importante. Une stimulation externe dépassant le seuil optimal devrait entraîner un déclin des performances cognitives, conformément à la loi de Yerkes-Dodson (Yerkes et Dodson, 1908). Ainsi, la présentation de niveaux modérés à élevés de stimulation externe devrait conduire à un déclin des performances cognitives des introvertis, mais pas des extravertis.

Utilisant la musique de fond comme source de stimulation externe – dont il a été démontré qu’elle augmentait l’éveil des participants dans plusieurs études (Thompson et al., 2001 ; Jones et al., 2006 ; Schellenberg et al, 2007)-les chercheurs ont testé empiriquement la théorie d’Eysenck en étudiant la performance des introvertis et des extravertis dans différentes tâches cognitives.

Performance des introvertis et des extravertis dans des tâches cognitives avec musique de fond et silence

Il existe une quantité substantielle de preuves en faveur de la théorie de la personnalité d’Eysenck, comme le montrent les études suivantes. En rapportant une interaction croisée claire entre l’extraversion et la condition de fond (soit le silence, la musique simple ou la musique complexe), Furnham et Allass (1999) ont montré que les performances des introvertis dans deux tests de mémoire – rappel immédiat et différé d’objets visuels – étaient meilleures pendant le silence et plus faibles avec la musique complexe, tandis que les extravertis avaient les meilleures performances avec la musique complexe et les plus faibles pendant le silence. Cependant, la plupart des preuves soutenant la théorie de la personnalité d’Eysenck révèlent l’effet néfaste de la musique sur les performances des introvertis plutôt que l’effet bénéfique de la musique sur les performances des extravertis par rapport au silence. Par exemple, en testant des introvertis et des extravertis dans le silence ou avec de la musique pop en fond sonore, Furnham et Bradley (1997) ont constaté que les introvertis qui ont effectué un test de mémoire dans le silence ont obtenu de meilleures performances que les introvertis présentés avec de la musique pop. Les mêmes auteurs ont également montré que les introvertis effectuant une tâche de compréhension de la lecture obtenaient de moins bons résultats en présence de musique par rapport au silence, alors que les extravertis ne montraient aucune différence. D’autres études ont fourni des résultats similaires pour les tâches de compréhension de la lecture : Daoussis et McKelvie (1986) ont rapporté que les introvertis avaient de moins bonnes performances en présence de musique rock’n’roll en arrière-plan qu’en présence de silence, alors que les extravertis ne présentaient aucune différence dans ces deux conditions. Furnham et Strbac (2002) ont montré que les introvertis avaient de moins bonnes performances avec de la musique ou un bruit de fond de bureau par rapport au silence, alors qu’aucune différence entre ces trois conditions n’a été trouvée chez les extravertis. D’autres tâches cognitives ont donné des résultats comparables. Les introvertis ont montré un déclin linéaire de leur performance en passant du silence à une musique simple, puis complexe, dans une tâche de raisonnement spatial (Furnham et Allass, 1999), et Cassidy et MacDonald (2007) ont révélé que, par rapport au silence, la présence d’une musique très excitante avec un affect négatif – ainsi que la présence d’un bruit de fond – entraînait une moins bonne performance des introvertis par rapport aux extravertis dans une tâche de Stroop. Une autre étude (Dobbs et al., 2011) a montré que l’extraversion était un prédicteur significatif de la performance dans une tâche de raisonnement abstrait et dans un test de capacité cognitive générale lorsque de la musique ou du bruit était présent en arrière-plan. Plus un participant était introverti, plus sa performance était faible dans ces conditions – en particulier dans le bruit – alors que la réalisation de la tâche dans le silence n’a révélé aucun effet différentiel, ou seulement un effet très faible. D’autres preuves indirectes ont été fournies par Crawford et Strapp (1994) qui ont testé un échantillon d’étudiants déclarant étudier habituellement avec ou sans musique de fond. Ceux qui étudiaient sans musique de fond ont montré un déclin linéaire de la performance dans une tâche de mémoire associative, du silence à la musique instrumentale, puis vocale, tandis que ceux qui étudiaient avec de la musique de fond n’ont montré aucun schéma clair. Conformément à la théorie de la personnalité d’Eysenck, ce dernier groupe a obtenu des résultats significativement plus élevés sur une échelle d’extraversion que ceux qui étudiaient sans musique de fond.

Même si ces études forment un ensemble substantiel de preuves en faveur de la théorie de la personnalité d’Eysenck, il existe également plusieurs études qui n’ont pas réussi à soutenir sa théorie. En testant des introvertis et des extravertis, ni Furnham et al. (1999) ni Avila et al. (2012) n’ont trouvé d’interaction significative entre l’extraversion et la condition de fond – soit la musique vocale, la musique instrumentale ou le silence – dans aucune des épreuves suivantes : tâches de compréhension de lecture, raisonnement logique, une tâche de codage, un test numérique ou un test diagrammatique (voir aussi Furnham et Allass, 1999 ; Kou et al., 2017). Chamorro-Premuzic et al. (2009) n’ont pas non plus trouvé un tel effet d’interaction dans les tâches de raisonnement logique ou les tâches verbales. L’absence de l’interaction entre l’extraversion et la condition de fond a également été documentée dans les tâches arithmétiques et le rappel de prose (Furnham et Strbac, 2002), et l’interaction hypothétique était également absente dans diverses tâches de mémoire : rappel immédiat, différé et libre d’éléments verbaux (Cassidy et MacDonald, 2007), ainsi que le rappel immédiat d’objets visuels (Furnham et Bradley, 1997).

Bien que la prise en compte des différences interindividuelles soit vitale lors de l’étude des effets de la musique de fond sur la performance des tâches cognitives, les résultats contradictoires semblent suggérer que l’extraversion, mesurée uniquement à l’aide de questionnaires standard, ne conduit pas à des résultats concluants (voir aperçu dans le tableau 1). Pour tenter de commencer à démêler ces résultats mitigés, les chercheurs ont envisagé une manière plus objective d’évaluer les différences interindividuelles, c’est-à-dire d’étudier ce qu’Eysenck considérait comme la cause sous-jacente des différences d’extraversion : l’éveil cortical (pour une revue, voir Matthews et Gilliland, 1999).

Extraversion et éveil cortical dans les bandes Alpha et Bêta de l’EEG

Eysenck lui-même (Hagemann et al., 1999) a suggéré que les différences d’extraversion se reflètent dans le niveau basal de l’éveil cortical, faisant l’hypothèse que les extravertis possèdent un niveau basal plus bas par rapport aux introvertis. Traditionnellement, l’éveil cortical est mesuré par la puissance alpha dans l’électroencéphalogramme. Les chercheurs pensent depuis longtemps qu’une faible puissance alpha (8-13 Hz) est associée à une forte activité mentale (Ray et Cole, 1985 ; Schmidtke et Heller, 2004). En d’autres termes, une puissance alpha plus élevée est un indicateur d’un état neuronal inactif. Bien que Ray et Cole (1985) aient soutenu que ce modèle d’éveil simplifie les mécanismes réels en fournissant des preuves que la puissance alpha est liée aux processus attentionnels, tandis que la puissance bêta (14-35 Hz) – normalement associée à l’éveil et à la vigilance – reflète les processus émotionnels ou cognitifs, la puissance alpha est encore souvent utilisée comme mesure de l’éveil cortical, peut-être parce qu’Eysenck lui-même (1994, p. 167, cité dans Matthews et Gilliland, 1999) considérait l’EEG, et en particulier la puissance alpha, comme la « mesure standard de l’éveil cortical ».

Les affirmations d’Eysenck bénéficient d’un soutien empirique. Par exemple, dans une étude mesurant l’éveil cortical basal des mêmes participants trois fois au cours de plusieurs semaines afin de minimiser la variance introduite par des facteurs externes tels que l’heure de la journée ou les événements émotionnels, Hagemann et ses collègues (Hagemann et al., 2009) ont révélé que les extravertis montrent plus de puissance alpha (c’est-à-dire moins d’éveil cortical) que les introvertis. De même, Gale et ses collaborateurs (1969) ont signalé une plus grande activité dans la gamme alpha inférieure (7,5-10,5 Hz) chez les extravertis par rapport aux introvertis pendant une mesure de base de l’éveil cortical avec les yeux fermés, ainsi qu’une plus grande puissance alpha en utilisant un filtre grossier (8-13 Hz) pendant des niveaux modérés de stimulation visuelle externe. En demandant aux participants d’éprouver de l’empathie pour des expressions faciales positives et négatives tout en enregistrant des données EEG, Gale et al. (2001) ont montré à nouveau une puissance alpha plus importante dans la bande alpha inférieure (8-10 Hz) mais pas dans la bande alpha supérieure (10-12 Hz) chez les extravertis par rapport aux introvertis. Un soutien supplémentaire pour la théorie de la personnalité d’Eysenck vient de Smith et al. (1995) qui ont rapporté que les introvertis montrent moins d’activité dans la bande alpha (c’est-à-dire plus d’éveil cortical) que les extravertis pendant la présentation de stimuli auditifs non verbaux positifs, négatifs ou neutres.

En revanche, seule une faible preuve en faveur de la théorie d’Eysenck a été fournie par Beauducel et al. (2006) qui n’ont trouvé aucun effet significatif chez les extravertis pendant une tâche de vigilance monotone de 40 minutes. De plus, en utilisant des mesures de base de l’éveil cortical, ni Hagemann et al. (1999) ni Schmidtke et Heller (2004) n’ont pu trouver une relation entre la puissance alpha et l’extraversion. De plus, Matthews et Amelang (1993) n’ont trouvé aucune association entre la puissance alpha et l’extraversion, ni dans aucune des trois conditions expérimentales séparément – silence avec les yeux fermés, fixation visuelle et calcul mental avec les yeux fermés – ni en moyenne entre elles.

Au total, ces résultats suggèrent que la puissance alpha pourrait ne pas être la gamme de fréquences la plus appropriée comme indicateur de l’éveil cortical, en particulier pendant les niveaux de base de l’éveil. Une mesure alternative de l’éveil cortical, peut-être meilleure mais moins bien comprise, est la puissance bêta, comme l’ont suggéré Ray et Cole (1985). Plusieurs études ont utilisé la puissance bêta comme indicateur de l’éveil ou de la vigilance corticale (Gale et al., 1969 ; Matthews et Amelang, 1993 ; Cardenas et al., 1997 ; Rangaswamy et al., 2002 ; Gram et al., 2005). En ce qui concerne l’éveil cortical et l’extraversion, trois études sont pertinentes ici. Gale et al. (1969) ont rapporté une puissance bêta plus importante chez les extravertis que chez les introvertis pendant une mesure de base de l’activité corticale avec les yeux fermés. De même, Matthews et Amelang (1993) ont trouvé une corrélation positive entre l’extraversion et la puissance bêta pendant une condition de stimulation externe modérée. Il est important de noter que ces deux résultats sont opposés à ce que l’on pourrait attendre sur la base de la théorie de la personnalité d’Eysenck. Puisqu’une puissance bêta élevée est censée être liée à une forte excitation corticale, on s’attendrait à ce que les extravertis montrent moins de puissance bêta que les introvertis. Matthews et Amelang suggèrent que cette hypothèse – un bêta élevé associé à une forte excitation corticale – pourrait être erronée et avancent l’hypothèse qu’une forte excitation corticale pourrait aussi bien être indiquée par une faible puissance bêta. Cependant, il existe au moins une étude qui montre la relation prédite. Gram et al. (2005) ont testé des introvertis et des extravertis pendant une condition de base de 2 minutes avec les yeux ouverts. Conformément à la théorie de la personnalité d’Eysenck, les auteurs ont montré que les extravertis présentent plus de puissance alpha et moins de puissance bêta que les introvertis. La distinction entre les deux groupes était clairement présente dans les largeurs de bande bêta plus élevées (26-39 Hz), mais moins claire dans les bêta faibles (13-25 Hz), ce qui suggère que des filtres bêta plus fins pourraient être nécessaires pour trouver la relation hypothétique entre l’activité bêta et l’extraversion.

En résumé, il devrait être devenu évident qu’aucun lien clair entre l’extraversion et l’éveil cortical n’existe actuellement. Bien que la puissance alpha ait traditionnellement été utilisée comme indicateur de l’éveil cortical pour distinguer les introvertis des extravertis, il se pourrait que ce ne soit pas le corrélat neuronal le plus approprié de l’éveil cortical. Compte tenu de la littérature contradictoire sur les effets de la musique de fond sur la performance des tâches cognitives, la relation entre l’extraversion, la puissance alpha et la performance des tâches est obscure. Ce qui pourrait élucider cette situation est la puissance bêta comme indicateur de l’éveil cortical, même si le rôle de la puissance bêta pour la performance des tâches cognitives, sans parler de sa relation avec la musique de fond, est encore mal compris.

Une nouvelle perspective : Musique, puissance bêta et performance dans les tâches cognitives

Il est prouvé que la puissance bêta augmente pendant les tâches cognitives, par exemple dans un test d’attention soutenue (Molteni et al., 2007) ou pendant des tâches de lecture et de soustraction (Fitzgibbon et al., 2004). Qui plus est, une étude récente a fourni des preuves qu’une puissance bêta plus importante est associée à une meilleure performance cognitive. Küssner et al. (2016) ont montré que la puissance bêta prédit le nombre de mots correctement rappelés dans une tâche d’apprentissage de vocabulaire étranger. L’EEG a été mesuré en silence avant la tâche d’apprentissage, laissant ainsi entrevoir l’importance du niveau d’éveil cortical avant une tâche d’apprentissage. Les auteurs ont également utilisé une musique de fond pour induire l’éveil cortical chez les extra- et introvertis, mais n’ont trouvé aucune preuve en faveur de la théorie de la personnalité d’Eysenck.

L’effet de la puissance bêta sur la performance des tâches cognitives ouvre de nouvelles questions. Tout d’abord, nous devons mieux comprendre le rôle de la puissance bêta dans la performance des tâches cognitives. En raison de l’accent mis par Eysenck sur la puissance alpha, de nombreux chercheurs ont utilisé la puissance alpha plutôt que la puissance bêta pour évaluer l’éveil cortical, négligeant les bandes de fréquences plus élevées dans le signal EEG. Pour étudier empiriquement si la puissance bêta prédit les performances, on pourrait mesurer la puissance bêta en tant que prédicteur dans un modèle de régression avec les performances des tâches cognitives comme variable de résultat. Ensuite, si la puissance bêta s’avère être un prédicteur significatif de la performance – peut-être même dans différents types de tâches cognitives – une question complémentaire logique se pose : comment pouvons-nous améliorer la puissance bêta avant ces tâches ? Plutôt que d’écouter de la musique en arrière-plan pendant une tâche cognitive, ce qui peut ou non améliorer les performances, il pourrait être intéressant d’examiner si une courte période d’écoute ciblée de musique peut stimuler notre cerveau, éventuellement par le biais d’une puissance bêta accrue, de sorte que nos performances dans une tâche cognitive ultérieure soient améliorées. Il existe même des preuves que l’écoute (ciblée) de la musique peut améliorer la puissance bêta (Nakamura et al., 1999), ce qui pourrait être contrôlé dans des montages expérimentaux avec des méthodes de biofeedback EEG (Egner et Gruzelier, 2004). Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour établir les conditions dans lesquelles l’écoute de la musique affecte la puissance bêta, y compris le type de musique, l’humeur actuelle de l’auditeur et peut-être aussi des facteurs sociaux. Dans le même ordre d’idées, les différences interindividuelles stables et transitoires, les caractéristiques contextuelles et le type d’affectation resteront des facteurs importants pour prédire les performances dans les tâches cognitives. Mais peut-être que l’écoute ciblée de musique a le pouvoir de nous mettre « dans la zone » d’une manière dont la musique de fond est incapable.

Contributions de l’auteur

L’auteur confirme être le seul contributeur de ce travail et l’a approuvé pour publication.

Déclaration de conflit d’intérêts

L’auteur déclare que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.