Sensory auditory processing and intuitive sound detection : an investigation of musical experts and nonexperts

The auditory system can detect occasional changes (deviants) in acoustic regularities without the need for subjects to focus their attention on the sound material. Deviant detection is reflected in the elicitation of the mismatch negativity component (MMN) of the event-related potentials. In the studies presented in this thesis, the MMN is used to investigate the auditory abilities for detecting similarities and regularities in sound streams. To investigate the limits of these processes, professional musicians have been tested in some of the studies. The results show that auditory grouping is already more advanced in musicians than in nonmusicians and that the auditory system of musicians can, unlike that of nonmusicians, detect a numerical regularity of always four tones in a series. These results suggest that sensory auditory processing in musicians is not only a fine tuning of universal abilities, but is also qualitatively more advanced than in nonmusicians. In addition, the relationship between the auditory change-detection function and perception is examined. It is shown that, contrary to the generally accepted view, MMN elicitation does not necessarily correlate with perception. The outcome of the auditory change-detection function can be implicit and the implicit knowledge of the sound structure can, after training, be utilized for behaviorally correct intuitive sound detection. These results illustrate the automatic character of the sensory change detection function.

Kuulojärjestelmä analysoi akustisia tapahtumia jäsentääkseen meitä ympäröiviä ääniä. Kuulohavaintoon liittyvät kyvyt eivät ole staattisia, vaan niitä voidaan muokata harjoittelulla. Esimerkiksi viulisti pystyy erottamaan paljon pienempiä sävelkorkeuseroja kuin joku, jonka korva ei ole samalla tavalla kehittynyt harjoittelussa. Tästä syystä muusikot ovat mielenkiintoinen kohderyhmä kuulohavaintoon liittyvien kykyjen tutkimuksessa. Osa kuuloprosesseista tapahtuu automaattisesti, vaikka emme ole edes aina tietoisia meitä ympäröivistä äänistä. Joskus emme tarkkaile ääntä kuinnes se yhtäkkiä muuttuu. Toisinaan taas emme ole täysin tietoisia äänen muutostakaan, mutta tarkoittaako tämä sitä, että se ei voi vaikuttaa toimintaamme? Tämän väitöskirjan tutkimuksissa aivosähkökäyrää eli EEG:tä mitattiin pään pinnalle kiinnitetyistä elektrodeista. EEG:llä mitatuista sähkökentistä voidaan päätellä, milloin kuulojärjestelmä on löytänyt satunnaisen muutoksen äänisarjassa, joka on muuten säännöllinen. Tämä ilmenee negatiivisena heilahduksena, jota kutsutaan MMN-vasteeksi (engl. mismatch negativity). MMN-vaste syntyy, vaikka koehenkilöt eivät tarkkailisi ääniärsykkeitä, ja tästä syystä sitä voidaan käyttää kuulojärjestelmässä automaattisesti tapahtuvan äänten käsittelyn tutkimiseen. Havaitsemme merkitystä yhdistämällä samankaltaisia ääniä ja erottamalla niitä erilaisista äänistä. Tätä kutsutaan ryhmittelyksi. Tämän väitöskirjan tulosten mukaan kuuloaineiston ryhmittelytoiminto on kehittyneempi muusikoilla kuin muilla. Väitöskirjassa myös näytetään, että muusikoiden löytää neljän äänen säännönmukaisu uden muille merkityksettöm ästä äänisarjasta. Tämä viittaa siihen, että osa kuuloprosesseista, joita käytetään musiikin jäsentämiseen, on automatisoitunut muusikoilla. Tämä on hyödyllistä prosessointiresurssien kannalta, sillä näin niitä jää korkeampien toimintojen käyttöön. Tämän väitöskirjan viimeisessä tutkimuksessa tarkasteltiin automaattisen poikkeavuuden käsittelyn ja tietoisen havaitsemisen suhdetta. Tutkimus osoitti, että MMN-vasteen syntyminen ei välttämättä satu yhteen tietoisen havainnon kanssa. Vaikka aivot löysivät satunnaiset muutokset ääniärsykkeissä, koehenkilöt eivät tietoisesti havainneet muutoksia. Ero sen välillä, mitä aivot käsittelivät ja mitä ihmiset tietoisella tasolla havaitsivat, osoittaa, että koehenkilöillä oli implisiittistä tietoa äänten rakenteesta. Kun koehenkilöitä sitten harjoitettiin kuulemaan muutoksia esittämällä yhtäaikaisesti visuaalinen vihje, puolet heistä oppi löytämään satunnaiset muutokset, pystymättä kuitenkaan kertomaan, miten ne erosivat muista äänistä. Toisin sanoen, he pystyivät löytämään poikkeamat intuitiivisesti. Tulokset osoittavat, että implisiittistä tietoa voidaan hyödyntää oikeiden intuitiivisten päätösten tekemisessä.