Temporal and Motor Representation of Rhythm in Fronto-Parietal Cortical Areas: An fMRI Study

Abstract

When sounds occur with temporally structured patterns, we can feel a rhythm. To memorize a rhythm, perception of its temporal patterns and organization of them into a hierarchically structured sequence are necessary. On the other hand, rhythm perception can often cause unintentional body movements. Thus, we hypothesized that rhythm information can be manifested in two different ways; temporal and motor representations. The motor representation depends on effectors, such as the finger or foot, whereas the temporal representation is effector-independent. We tested our hypothesis with a working memory paradigm to elucidate neuronal correlates of temporal or motor representation of rhythm and to reveal the neural networks associated with these representations. We measured brain activity by fMRI while participants memorized rhythms and reproduced them by tapping with the right finger, left finger, or foot, or by articulation. The right inferior frontal gyrus and the inferior parietal lobule exhibited significant effector-independent activations during encoding and retrieval of rhythm information, whereas the left inferior parietal lobule and supplementary motor area (SMA) showed effector-dependent activations during retrieval. These results suggest that temporal sequences of rhythm are probably represented in the right fronto-parietal network, whereas motor sequences of rhythm can be represented in the SMA-parietal network.

The neural basis for understanding imitation-induced musical meaning: The role of the human mirror system

“…Previous fMRI data have indicated that the HMS is implicated in the processing of action-related information, such as executing actions [22], perceiving actions [e.g., 23,28,35], and imagining actions [e.g., 22,25]. Some evidence also suggests that a mirror-like system is implicated in producing musical stimuli [43][44][45].…”

“…Previous studies have shown that the HMS can be recruited by musical activities such as watching piano performances [39,40], tapping to rhythms [41], and making emotional judgments of songs [42]. Furthermore, prior studies have also shown the engagement of a network of activity resembling the HMS during reproducing melodies [43] and rhythmic patterns [44,45].…”

Disorders of audio-motor synchronization in patients with cerebellar tumors

“…Что же касается группы контро-ля, то очевидно, что для этих детей удержание более быстрых ритмов (90 и 120 уд/мин) было легким зада-нием, так как стандартное отклонение от заданного ритма и дисперсия воспроизводимых интервалов при этом оказались ниже, чем при воспроизведении рит-ма в 60 уд/мин. Известно, что мозжечок участвует не только в про-дуцировании ритмичных движений, но и в их вос-приятии (перцепции) [9,12,37]. По-видимому, дети с поражением области мозжечка вследствие опухоли ЗЧЯ хуже различают ритмы, что может объяснить одинаковую вариативность в воспроизведении рит-мов с разными частотами этими детьми.…”

“…Восприятие и воспроизведение ритмических пат-тернов является комплексным согласованным про-цессом одновременной работы слуховых, моторных и префронтальных областей коры больших полуша-рий [7][8][9]. Слухо-моторная синхронизация предпо-лагает как тщательность слуховой обработки для бо-лее точного оценивания временных интервалов, так и строгий моторный контроль над совершаемым дви-жением, а также тонкую координацию между ними [6].…”

“…Методами позитронно-эмиссионной и функ-циональной магнитно-резонансной томографии была показана активация различных областей моз-жечка при выполнении ритмических серийных уда-ров (тэппинга) под ритм метронома [9,10]. В 2009 г. в работе M.H.…”