Décoder les émotions à travers la musique et la voix

L’objectif de cette thèse est de comparer les mécanismes fondamentaux liés à la perception émotionnelle vocale et musicale. Cet objectif est sustenté par de nombreux rapports et théories appuyant l'idée de substrats neuronaux communs pour le traitement des émotions vocales et musicales. Il est proposé que la musique, afin de nous faire percevoir des émotions, recrute/recycle les circuits émotionnels qui ont évolué principalement pour le traitement des vocalisations biologiquement importantes (p.ex. cris pleurs). Bien que certaines études ont relevé de grandes similarités entre ces deux timbres (voix, musique) du point de vue cérébral (traitement émotionnel) et acoustique (expressions émotionnelles), certaines différences acoustiques et neuronales spécifique à chaque timbre ont également été observées. Il est possible que les différences rapportées ne soient pas spécifiques au timbre, mais observées en raison de facteurs spécifiques aux stimuli utilisés tels que leur complexité et leur longueur. Ici, il est proposé de contourner les problèmes de comparabilité de stimulus, par l’utilisation des expressions émotionnelles les plus simples dans les deux domaines. Pour atteindre l’objectif global de la thèse, les travaux ont été réalisés en deux temps. Premièrement, une batterie de stimuli émotionnels musicaux comparables aux stimuli vocaux déjà disponibles (Voix Affectives Montréalaises) a été développée. Des stimuli (Éclats Émotionnels Musicaux) exprimant 4 émotions (joie, peur, tristesse, neutralité) performés au violon et à la clarinette ont été enregistrés et validés. Ces Éclats Émotionnels Musicaux ont obtenu un haut taux de reconnaissance (M=80.4%) et reçu des jugements d’arousal (éveil/stimulation) et de valence correspondant à l’émotion qu’il représentait. Nous avons donc pu, dans un deuxième temps, utiliser ces stimuli nouvellement validés et les Voix Affectives Montréalaises pour réaliser deux études de comparaison expérimentales. D’abord, nous avons effectué à l’aide de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle une comparaison des circuits neuronaux utilisés pour le traitement de ces deux types d’expressions émotionnelles. Indépendamment de leur nature vocale ou musicale, une activité cérébrale spécifique à l'émotion a été observée dans le cortex auditif (centrée sur le gyrus temporal supérieur) et dans les régions limbiques (gyrus parahippocampique/amygdale), alors qu'aucune activité spécifique aux stimuli vocaux ou musicaux n'a été observée. Par la suite, nous avons comparé la perception des émotions vocales et musicales sous simulation d’implant cochléaire. Cette simulation affectant grandement la perception des indices acoustiques liés aux hauteurs tonales (important pour la discrimination émotionnelle), nous a permis de déterminer quels indices acoustiques secondaires à ceux-ci sont importants pour la perception émotionnelle chez les utilisateurs d’implant cochléaire. L’examen des caractéristiques acoustiques et des jugements émotionnels a permis de déterminer que certaines caractéristiques timbrales (clarté, énergie et rugosité) communes à la voix et la musique sont utilisées pour réaliser des jugements émotionnels sous simulations d’implant cochléaire, dans les deux domaines. L’attention que nous avons portée au choix des stimuli nous a permis de mettre de l’avant les grandes similarités (acoustique, neuronales) impliquées dans la perception des émotions vocales et musicales. Cette convergence d’évidence donne un appui important à l’hypothèse de circuits neuronaux fondamentaux commun pour le traitement des émotions vocales et musicales. The aim of this thesis is to compare the fundamental mechanisms related to vocal and musical emotion perception. This objective is supported by many reports and theories bringing forward the idea of common neural substrates for the treatment of vocal and musical emotions. It is proposed that music, in order to make us perceive emotions, recruits/recycles the emotional circuits that evolved mainly for the treatment of biologically important vocalisations (e.g. cries, screams). Although some studies have found great similarities between these two timbres (voice, music) from the cerebral (emotional treatment) and acoustic (emotional expressions) point of view, some acoustic and neural differences specific to each timbre have also been reported. It is possible that the differences described are not specific to the timbre but are observed due to factors specific to the stimuli used such as their complexity and length. Here, it is proposed to circumvent the problems of stimulus comparability by using the simplest emotional expressions in both domains. To achieve the overall objective of the thesis, the work was carried out in two stages. First, a battery of musical emotional stimuli comparable to the vocal stimuli already available (Montreal Affective Voices) was developed. Stimuli (Musical Emotional Bursts) expressing 4 emotions (happiness, fear, sadness, neutrality) performed on the violin and clarinet were recorded and validated. These Musical Emotional Bursts obtained a high recognition rate (M = 80.4%) and received arousal and valence judgments corresponding to the emotion they represented. Secondly, we were able to use these newly validated stimuli and the Montreal Affective Voices to perform two experimental comparison studies. First, functional magnetic resonance imaging was used to compare the neural circuits used to process these two types of emotional expressions. Independently of their vocal or musical nature, emotion-specific activity was observed in the auditory cortex (centered on the superior temporal gyrus) and in the limbic regions (amygdala/parahippocampal gyrus), whereas no activity specific to vocal or musical stimuli was observed. Subsequently, we compared the perception of vocal and musical emotions under cochlear implant simulation. This simulation greatly affects the perception of acoustic indices related to pitch (important for emotional discrimination), allowing us to determine which acoustic indices secondary to these are important for emotional perception in cochlear implant users. Examination of acoustic characteristics and emotional judgments determined that certain timbral characteristics (brightness, energy, and roughness) common to voice and music are used to make emotional judgments in both domains, under cochlear implant simulations.  The specific attention to our stimuli selection has allowed us to put forward the similarities (acoustic, neuronal) involved in the perception of vocal and musical emotions. This convergence of evidence provides important support to the hypothesis of a fundamental common neural circuit for the processing of vocal and musical emotions.

Keyphrases: Musique, Voix, Émotions, Comparaisons Inter-domaines, Caractéristiques Acoustiques, Timbre, Implant Cochléaire, Music, Timbre, Timbre, IRMf, Music, Voice, Emotions, Cross-domain Comparison, Acoustic Features, Timbre, fMRI, Cochlear Implant