Frontiers in Psychology

The Effects of Background Music on Cognitive Task Performance

C’è stata un’impennata di applicazioni commerciali che promettono di migliorare la concentrazione e l’attenzione dei loro utenti suonando musica specificamente progettata in background. L’idea di base è semplice: la riproduzione di musica di sottofondo attiva il cervello e porta a migliori prestazioni nei compiti cognitivi. Tuttavia, questa idea viene con diversi problemi. Per esempio, anche se la musica è specificamente progettata per liberare le risorse cognitive, non è plausibile che ogni persona benefici allo stesso modo in un compito cognitivo. Un pezzo di musica che ha effetti benefici sulle prestazioni di un compito cognitivo per un individuo può benissimo non avere alcun effetto, o addirittura effetti dannosi, per un altro. La ricerca di una musica di sottofondo che migliori le prestazioni di un compito cognitivo è quindi una falsa pista? Non necessariamente, se – come primo passo – siamo in grado di identificare e comprendere meglio le basi neurali che migliorano le prestazioni dei compiti cognitivi in generale. Come secondo passo, possiamo cominciare a chiedere quali sono le caratteristiche della musica necessarie per cambiare l’attivazione neurale di un individuo in un modo specifico. Poiché le differenze interindividuali giocano un ruolo importante in questo sforzo, le prove a favore e contro la teoria della personalità di Eysenck saranno esaminate prima di fornire una nuova prospettiva.

Anche se gli effetti della musica di sottofondo sulle prestazioni dei compiti cognitivi sono stati studiati da psicologi ed educatori per più di settant’anni (Fendrick, 1937), nessun chiaro modello di risultati è emerso finora. Da un lato, la musica di sottofondo, rispetto al silenzio, è stata trovata benefica per la comprensione della lettura (Kiger, 1989), l’apprendimento del vocabolario straniero (de Groot, 2006; Kang e Williamson, 2014), l’elaborazione spaziale e linguistica (Angel et al., 2010), i test del QI (Cockerton et al., 1997), il ragionamento spaziale e numerico (Miller e Schyb, 1989), i compiti di ricerca visiva (Crust et al., 2004) e i risultati degli studenti in una classe di psicologia (Schreiber, 1988). D’altra parte, la musica di sottofondo, rispetto al silenzio, è stata trovata per compromettere le prestazioni cognitive, mostrando effetti dannosi per la comprensione della lettura (Fendrick, 1937; Henderson et al., 1945; Etaugh e Ptasnik, 1982; Furnham e Bradley, 1997; Avila et al., 2012; Thompson et al, 2012), memoria verbale (Iwanaga e Ito, 2002; Woo e Kanachi, 2005; Cassidy e MacDonald, 2007), memoria visiva (Furnham e Bradley, 1997), richiamo seriale di cifre (Nittono, 1997; Alley e Greene, 2008), compiti di Stroop (Parente, 1976; Cassidy e MacDonald, 2007), fluidità di scrittura (Ransdell e Gilroy, 2001) e ragionamento logico e apprendimento associativo (Crawford e Strapp, 1994). Tuttavia, altre indagini hanno rivelato che la musica di sottofondo non ha alcun impatto significativo sulle prestazioni dei compiti cognitivi (Henderson et al., 1945; Freeburne e Fleischer, 1952; Furnham e Allass, 1999; Pool et al., 2003; Alley e Greene, 2008; Schlittmeier e Hellbrück, 2009; Thompson et al., 2012). Una recente meta-analisi sugli effetti della musica di sottofondo sulle risposte cognitive, affettive e comportamentali degli adulti sembra sostenere la tendenza verso un effetto complessivo nullo (Kämpfe et al., 2011).

Senza una ricerca teorica focalizzata sulle differenze inter-individuali, questi risultati contraddittori non sono sorprendenti. Per affrontare questo problema, molti studiosi hanno usato la teoria della personalità di Eysenck (Eysenck, 1967) come quadro teorico per i loro studi. Mentre ci sono diverse differenze interindividuali che influenzano gli effetti della musica di sottofondo sulle prestazioni dei compiti cognitivi – che vanno dai tratti di personalità ai gusti musicali e all’età – una differenza interindividuale che è stata ampiamente studiata è l’estroversione.

Secondo un particolare aspetto della teoria della personalità di Eysenck, l’estroversione può essere descritto e spiegato dall’eccitazione corticale sottostante. Si dice che gli estroversi abbiano un livello inferiore di eccitazione corticale rispetto agli introversi. La teoria di Eysenck prevede quindi che gli introversi richiedono poca o nessuna stimolazione esterna per raggiungere un livello ottimale di prestazioni cognitive, mentre gli estroversi richiedono relativamente più stimoli esterni. La stimolazione esterna che supera la soglia ottimale dovrebbe portare a un declino delle prestazioni cognitive, secondo la legge di Yerkes-Dodson (Yerkes e Dodson, 1908). Così, presentato con livelli moderati o alti di stimolazione esterna dovrebbe portare a un declino delle prestazioni cognitive degli introversi, ma non degli estroversi.

Utilizzando la musica di sottofondo come fonte di stimolazione esterna – che ha dimostrato di aumentare l’eccitazione nei partecipanti in diversi studi (Thompson et al., 2001; Jones et al., 2006; Schellenberg et al, 2007)- i ricercatori hanno testato empiricamente la teoria di Eysenck studiando le prestazioni degli introversi e degli estroversi in diversi compiti cognitivi.

Prestazioni degli introversi e degli estroversi in compiti cognitivi con musica di sottofondo e silenzio

C’è una notevole quantità di prove a favore della teoria della personalità di Eysenck, come mostrano i seguenti studi. Riportando una chiara interazione cross-over tra l’estroversione e la condizione di sottofondo (silenzio, musica semplice o musica complessa), Furnham e Allass (1999) hanno dimostrato che le prestazioni degli introversi in due test di memoria – richiamo immediato e ritardato di oggetti visivi – erano migliori durante il silenzio e più scarse con la musica complessa, mentre gli estroversi si comportavano meglio con la musica complessa e più male durante il silenzio. Tuttavia, la maggior parte delle prove a sostegno della teoria della personalità di Eysenck rivela l’effetto negativo della musica sulle prestazioni degli introversi piuttosto che l’effetto benefico della musica sulle prestazioni degli estroversi rispetto al silenzio. Per esempio, testando introversi ed estroversi durante il silenzio o con musica pop in sottofondo, Furnham e Bradley (1997) hanno trovato che gli introversi che eseguivano un test di memoria in silenzio eseguivano meglio degli introversi presentati con musica pop. Gli stessi autori hanno anche mostrato che gli introversi che completavano un compito di comprensione della lettura si comportavano peggio in presenza di musica rispetto al silenzio, mentre gli estroversi non mostravano alcuna differenza. Altri studi hanno fornito risultati simili per compiti di comprensione della lettura: Daoussis e McKelvie (1986) hanno riferito che gli introversi hanno mostrato una performance più scarsa con musica rock’n’roll in sottofondo rispetto al silenzio, mentre gli extraverte non hanno mostrato differenze in queste due condizioni. Furnham e Strbac (2002) hanno mostrato che gli introversi hanno avuto prestazioni più scarse con la musica o il rumore dell’ufficio in sottofondo rispetto al silenzio, mentre nessuna differenza tra queste tre condizioni è stata trovata negli estroversi. Altri compiti cognitivi hanno prodotto risultati comparabili. Gli introversi hanno mostrato un declino lineare nelle prestazioni dal silenzio alla musica semplice e poi complessa in un compito di ragionamento spaziale (Furnham e Allass, 1999), e Cassidy e MacDonald (2007) hanno rivelato che, rispetto al silenzio, la presenza di una musica altamente eccitante con effetti negativi – così come la presenza di rumore di fondo – ha portato a una prestazione più scarsa degli introversi rispetto agli estroversi in un compito Stroop. Un altro studio (Dobbs et al., 2011) ha mostrato che l’estroversione era un predittore significativo delle prestazioni in un compito di ragionamento astratto e in un test di abilità cognitiva generale quando la musica o il rumore erano presenti in sottofondo. Più introverso era un partecipante, più scarsa era la sua performance in queste condizioni, soprattutto durante il rumore, mentre il completamento del compito in silenzio non ha rivelato alcun effetto differenziale, o solo molto debole. Ulteriori prove indirette sono state fornite da Crawford e Strapp (1994) che hanno testato un campione di studenti che riferivano di studiare solitamente con o senza musica di sottofondo. Quelli che studiavano senza musica di sottofondo hanno mostrato un declino lineare nelle prestazioni in un compito di memoria associativa dal silenzio alla musica strumentale e poi vocale, mentre quelli che studiavano con musica di sottofondo non hanno mostrato un modello chiaro. In accordo con la teoria della personalità di Eysenck, quest’ultimo gruppo ottenne un punteggio significativamente più alto su una scala di estroversione rispetto a quelli che studiavano senza musica di sottofondo.

Anche se questi studi formano un corpo sostanziale di prove a favore della teoria della personalità di Eysenck, ci sono anche diversi studi che non hanno sostenuto la sua teoria. Testando introversi ed estroversi, né Furnham et al. (1999) né Avila et al. (2012) hanno trovato un’interazione significativa tra l’estroversione e la condizione di fondo – musica vocale, musica strumentale o silenzio – in nessuno dei seguenti test: compiti di comprensione della lettura, ragionamento logico, un compito di codifica, un test numerico o un test diagrammatico (vedi anche Furnham e Allass, 1999; Kou et al., 2017). Nemmeno Chamorro-Premuzic et al. (2009) hanno trovato tale effetto di interazione nei compiti di ragionamento logico o verbale. L’assenza dell’interazione tra l’estroversione e la condizione di fondo è stata ulteriormente documentata nei compiti aritmetici e nel richiamo della prosa (Furnham e Strbac, 2002), e l’interazione ipotizzata è stata assente anche in vari compiti di memoria: richiamo immediato, ritardato e libero di elementi verbali (Cassidy e MacDonald, 2007), così come il richiamo immediato di oggetti visivi (Furnham e Bradley, 1997).

Anche se tenere conto delle differenze interindividuali è vitale quando si studiano gli effetti della musica di sottofondo sulle prestazioni dei compiti cognitivi, i risultati contrastanti sembrano suggerire che l’estroversione, misurata solo con questionari standard, non porta a risultati conclusivi (vedi panoramica nella tabella 1). Nel tentativo di iniziare a separare questi risultati contrastanti, i ricercatori hanno preso in considerazione un modo più oggettivo di valutare le differenze interindividuali, vale a dire, indagando ciò che Eysenck considerava come la causa sottostante alle differenze nell’estroversione: l’eccitazione corticale (per una revisione si veda Matthews e Gilliland, 1999).

Extraversione e arousal corticale nelle bande Alfa e Beta dell’EEG

Eysenck stesso (Hagemann et al., 1999) suggerì che le differenze nell’estroversione si riflettono nel livello basale di arousal corticale, ipotizzando che gli estroversi possiedano un livello basale più basso rispetto agli introversi. Tradizionalmente, l’eccitazione corticale è misurata come potenza alfa nell’elettroencefalogramma. I ricercatori hanno a lungo sostenuto che una bassa potenza alfa (8-13 Hz) è associata a un’elevata attività mentale (Ray e Cole, 1985; Schmidtke e Heller, 2004). In altre parole, più potenza alfa è un indicatore di uno stato neurale inattivo. Anche se Ray e Cole (1985) hanno sostenuto che questo modello di eccitazione semplifica i meccanismi reali, fornendo la prova che la potenza alfa è legata ai processi attenzionali, mentre la potenza beta (14-35 Hz) -normalmente associata alla veglia e all’allerta- riflette i processi emotivi o cognitivi, la potenza alfa è ancora spesso usata come misura dell’eccitazione corticale, forse perché Eysenck stesso (1994, p. 167, citato in Matthews e Gilliland, 1999) considerava l’EEG, e in particolare la potenza alfa, come la “misura standard dell’eccitazione corticale”

C’è un sostegno empirico alle affermazioni di Eysenck. Per esempio, in uno studio che ha misurato l’eccitazione corticale basale degli stessi partecipanti tre volte nel corso di diverse settimane per garantire che la varianza introdotta da fattori esterni come l’ora del giorno o gli eventi emotivi sia ridotta al minimo, Hagemann e colleghi (Hagemann et al., 2009) hanno rivelato che gli estroversi mostrano più potenza alfa (cioè, meno eccitazione corticale) degli introversi. Allo stesso modo, Gale et al. (1969) hanno riportato una maggiore attività nella gamma alfa inferiore (7,5-10,5 Hz) negli estroversi rispetto agli introversi durante una misura di base dell’eccitazione corticale ad occhi chiusi, così come una maggiore potenza alfa utilizzando un filtro grossolano (8-13 Hz) durante livelli moderati di stimolazione visiva esterna. Chiedendo ai partecipanti di entrare in empatia con espressioni facciali positive e negative durante la registrazione dei dati EEG, Gale et al. (2001) hanno mostrato di nuovo più potenza alfa nella banda inferiore (8-10 Hz), ma non l’alfa superiore (10-12 Hz) negli estroversi rispetto agli introversi. Un maggiore sostegno alla teoria della personalità di Eysenck viene da Smith et al. (1995) che hanno riferito che gli introversi mostrano meno attività nella banda alfa (cioè, più eccitazione corticale) rispetto agli estroversi durante la presentazione di stimoli uditivi non verbali positivi, negativi o neutri.

D’altra parte, solo deboli prove a favore della teoria di Eysenck sono state fornite da Beauducel et al. (2006) che non hanno trovato alcun effetto significativo negli estroversi durante un compito di vigilanza monotono di 40 minuti. Inoltre, utilizzando misure di base dell’eccitazione corticale, né Hagemann et al. (1999) né Schmidtke e Heller (2004) sono riusciti a trovare una relazione tra potenza alfa ed estroversione. Inoltre, Matthews e Amelang (1993) non hanno trovato alcuna associazione tra potenza alfa ed estroversione, né in nessuna delle tre condizioni sperimentali separatamente – silenzio ad occhi chiusi, fissazione visiva e aritmetica mentale ad occhi chiusi – né in media tra di loro.

Insieme, questi risultati suggeriscono che la potenza alfa potrebbe non essere la gamma di frequenza più appropriata come indicatore di eccitazione corticale, specialmente durante i livelli basali di eccitazione. Una misura alternativa forse migliore, ma meno compresa, dell’eccitazione corticale è la potenza beta, come suggerito da Ray e Cole (1985). Diversi studi hanno utilizzato la potenza beta come indicatore dell’eccitazione corticale o della vigilanza (Gale et al., 1969; Matthews e Amelang, 1993; Cardenas et al., 1997; Rangaswamy et al., 2002; Gram et al., 2005). Per quanto riguarda l’eccitazione corticale e l’estroversione, tre studi sono rilevanti qui. Gale et al. (1969) hanno riportato più potenza beta negli estroversi che negli introversi durante una misura di base dell’attività corticale ad occhi chiusi. Allo stesso modo, Matthews e Amelang (1993) hanno trovato una correlazione positiva tra estroversione e potenza beta durante una condizione di moderata stimolazione esterna. È importante notare che questi due risultati sono opposti a ciò che ci si potrebbe aspettare sulla base della teoria della personalità di Eysenck. Poiché si suppone che un’alta beta sia correlata ad un alto eccitamento corticale, ci si aspetterebbe che gli estroversi mostrassero meno potenza beta degli introversi. Matthews e Amelang suggeriscono che questo presupposto – alto beta associato ad alto eccitamento corticale – potrebbe essere sbagliato e ipotizzano che un alto eccitamento corticale potrebbe anche essere indicato da un basso potere beta. Tuttavia, c’è almeno uno studio che mostra la relazione prevista. Gram et al. (2005) hanno testato introversi ed extraversi durante una condizione di base di 2 minuti con gli occhi aperti. In linea con la teoria della personalità di Eysenck, gli autori hanno mostrato che gli estroversi mostrano più potenza alfa e meno potenza beta rispetto agli introversi. La distinzione tra i due gruppi era chiaramente presente nelle larghezze di banda beta più alte (26-39 Hz), ma meno chiare nelle beta basse (13-25 Hz), suggerendo che potrebbero essere necessari filtri beta più fini per trovare la relazione ipotizzata tra attività beta ed estroversione.

Per riassumere, dovrebbe essere diventato ovvio che attualmente non esiste un chiaro legame tra estroversione ed eccitazione corticale. Anche se la potenza alfa è stata tradizionalmente utilizzata come indicatore dell’eccitazione corticale per distinguere tra introversi ed estroversi, questo potrebbe non essere il correlato neurale più adatto dell’eccitazione corticale. Data la letteratura contraddittoria sugli effetti della musica di sottofondo sulle prestazioni dei compiti cognitivi, la relazione tra estroversione, potenza alfa e prestazioni dei compiti è oscura. Ciò che potrebbe chiarire questa situazione è la potenza beta come indicatore dell’eccitazione corticale, anche se il ruolo della potenza beta per la performance cognitiva, per non parlare della sua relazione con la musica di sottofondo, è ancora poco compreso.

Una nuova prospettiva: Music, Beta Power and Cognitive Task Performance

C’è la prova che la potenza beta aumenta durante i compiti cognitivi, ad esempio, in un test di attenzione sostenuta (Molteni et al., 2007) o durante i compiti di lettura e sottrazione (Fitzgibbon et al., 2004). Inoltre, uno studio recente ha fornito la prova che una maggiore potenza beta è associata a una migliore performance cognitiva. Küssner et al. (2016) hanno dimostrato che la potenza beta predice il numero di parole ricordate correttamente in un compito di apprendimento del vocabolario straniero. L’EEG è stato misurato in silenzio prima del compito di apprendimento, suggerendo così l’importanza del livello di eccitazione corticale prima di un compito di apprendimento. Gli autori hanno anche usato la musica di sottofondo per indurre l’eccitazione corticale in extra- e introversi, ma non hanno trovato alcuna prova a favore della teoria della personalità di Eysenck.

L’effetto della potenza beta sulle prestazioni dei compiti cognitivi apre nuove domande. In primo luogo, abbiamo bisogno di una migliore comprensione del ruolo della potenza beta nella prestazione del compito cognitivo. A causa dell’attenzione di Eysenck sulla potenza alfa, molti studiosi hanno usato la potenza alfa piuttosto che quella beta per valutare l’eccitazione corticale, trascurando le bande di frequenza più alte nel segnale EEG. Per indagare empiricamente se la potenza beta predice le prestazioni si potrebbe misurare la potenza beta come un predittore in un modello di regressione con le prestazioni del compito cognitivo come variabile di risultato. In secondo luogo, se la potenza beta risulta essere un predittore significativo della performance – forse anche in diversi tipi di compiti cognitivi – una domanda logica è: come possiamo migliorare la potenza beta prima di questi compiti? Piuttosto che ascoltare musica in sottofondo durante un compito cognitivo, che può o non può migliorare le prestazioni, potrebbe valere la pena di indagare se un breve periodo di ascolto focalizzato della musica può stimolare il nostro cervello, forse attraverso una maggiore potenza beta, in modo che le nostre prestazioni in un compito cognitivo successivo è migliorata. Ci sono anche alcune prove che l’ascolto (focalizzato) della musica può aumentare la potenza beta (Nakamura et al., 1999), che potrebbe essere monitorata in setup sperimentali con metodi di biofeedback EEG (Egner e Gruzelier, 2004). Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche per stabilire le condizioni in cui l’ascolto della musica influisce sulla potenza beta, compresi il tipo di musica, l’umore attuale dell’ascoltatore e forse anche i fattori sociali. In modo simile, le differenze interindividuali stabili e transitorie, le caratteristiche contestuali e il tipo di assegnazione continueranno ad essere fattori importanti per predire la performance in compiti cognitivi. Ma forse l’ascolto concentrato della musica ha il potere di farci “entrare nella zona” in un modo di cui la musica di sottofondo è incapace.

Contributi dell’autore

L’autore conferma di essere l’unico contributore di questo lavoro e lo ha approvato per la pubblicazione.

Dichiarazione di conflitto di interessi

L’autore dichiara che la ricerca è stata condotta in assenza di relazioni commerciali o finanziarie che potrebbero essere interpretate come un potenziale conflitto di interessi.