Publicação
Listen to your brain: exploring music as an interface for real-time fMRI neurofeedback intervention
| Resumo: | A música interage com a mente humana de diversas formas - emocionais, cognitivas, sensoriais e intuitivas - cruzando as fronteiras entre a lógica e o sentimento, e entre a perceção e a memória. A sua natureza integrativa torna-a não só um poderoso meio de expressão, mas também um cenário particularmente rico para a investigação neurocientífica. Sendo um dos estímulos mais poderosos para evocar emoções, os neurocientistas têm estudado os correlatos neuronais e os efeitos de ouvir, criar e experienciar música, verificando consistentemente que a música, nas suas várias formas, tem a capacidade de ativar e integrar vários circuitos no cérebro humano. Isto tem levado a um crescente interesse na integração da música na tecnologia de neuroreabilitação: a implementação de sistemas que leem e processam informação neuronal com o objetivo de ajudar os humanos a restaurar funções cognitivas, motoras ou sensoriais. Um destes sistemas é o neurofeedback, uma interface cérebro-computador (BCI, do inglês brain-computer interface) em ciclo fechado, que tem como objetivo permitir o autocontrolo/modulação da atividade cerebral com base em feedback neuronal em tempo real. As intervenções baseadas em neurofeedback utilizam interfaces de feedback emocionalmente neutras e sofrem frequentemente de uma baixa taxa de sucesso, o que limita o seu impacto, particularmente em contextos clínicos. Esta tese oferece uma nova forma de conceptualizar o papel de estados afetivos/emocionais na auto-regulação, examinando a hipótese de que a integração da música como interface num sistema de neurofeedback baseado em dados neuronais de ressonância magnética funcional (IRMf), cria um sinal de feedback mais dinâmico e emocionalmente relevante, capaz de melhorar o envolvimento do participante e potenciar a modulação neuronal. O trabalho desenvolvido começou com uma revisão sistemática da literatura existente sobre o uso da música em BCIs focados em neuroreabilitação, questionando por que motivo e como a música foi usada, e quais foram os resultados dessas intervenções. Em seguida, foram exploradas técnicas avançadas de imagiologia por ressonância magnética funcional com sequências multiband para aumentar a resolução temporal, permitindo uma leitura mais frequente das rápidas dinâmicas neuronais subjacentes à perceção visual. A hipótese de que esta leitura mais frequente pudesse contribuir para uma detecção mais rápida e eficaz de transições entre diferentes estados mentais verificou-se, o que pode permitir uma melhor estimativa do feedback neuronal em aplicações como a aqui apresentada, particularmente quando baseadas em conectividade funcional, mas implica vários compromissos. De seguida, analisou-se como é que as emoções musicais são representadas no cérebro usando algoritmos de classificação (multivoxel pattern analysis), reconhecendo a importância desta compreensão para o desenvolvimento da interface musical. A nossa investigação demonstrou que a atividade cerebral é distribuída e permite descodificar de forma fiável a valência e o arousal transmitidos pela música, e que a música que nos é familiar se relaciona com padrões distintos nas redes de memória, recompensa e emoção. Por fim, foi desenvolvida uma nova interface de neurofeedback integrando os achados dos passos anteriores, a partir da qual os participantes aprenderam a modular padrões de conectividade cerebral guiados por feedback musical em tempo real. No estudo de validação, a interface demonstrou ser intuitiva, simples de entender e de explicar aos participantes (independentemente da sua formação musical), e também recompensante para os mesmos ao longo de toda a sessão de teste. Os resultados sugerem que integrar música no ciclo de neurofeedback pode aumentar o envolvimento emocional e potencialmente melhorar a eficácia do treino por neurofeedback, oferecendo uma alternativa convincente às modalidades de feedback existentes e emocionalmente neutras. As contribuições desta tese abordam objetivos científicos, biomédicos e técnicos, inovando para criar novos caminhos para intervenções não-farmacológicas em patologias onde o envolvimento e o processamento afetivo são cruciais. Para fomentar a reprodutibilidade e o futuro desenvolvimento de soluções nesta área, todos os dados e código produzidos durante esta investigação foram disponibilizados publicamente, apoiando a futura investigação na interseção da música e da emoção com as interfaces cérebro-computador. |
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| Autores principais: | Campos, Alexandre Nuno de Morais Sayal Abreu |
| Assunto: | Music-evoked emotions Neurofeedback Brain decoding Brain connectivity Music therapy Emoções evocadas pela música Neurofeedback Descodificação Conectividade cerebral Musicoterapia |
| Ano: | 2026 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade de Coimbra |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | Estudo Geral - Universidade de Coimbra |
| Resumo: | A música interage com a mente humana de diversas formas - emocionais, cognitivas, sensoriais e intuitivas - cruzando as fronteiras entre a lógica e o sentimento, e entre a perceção e a memória. A sua natureza integrativa torna-a não só um poderoso meio de expressão, mas também um cenário particularmente rico para a investigação neurocientífica. Sendo um dos estímulos mais poderosos para evocar emoções, os neurocientistas têm estudado os correlatos neuronais e os efeitos de ouvir, criar e experienciar música, verificando consistentemente que a música, nas suas várias formas, tem a capacidade de ativar e integrar vários circuitos no cérebro humano. Isto tem levado a um crescente interesse na integração da música na tecnologia de neuroreabilitação: a implementação de sistemas que leem e processam informação neuronal com o objetivo de ajudar os humanos a restaurar funções cognitivas, motoras ou sensoriais. Um destes sistemas é o neurofeedback, uma interface cérebro-computador (BCI, do inglês brain-computer interface) em ciclo fechado, que tem como objetivo permitir o autocontrolo/modulação da atividade cerebral com base em feedback neuronal em tempo real. As intervenções baseadas em neurofeedback utilizam interfaces de feedback emocionalmente neutras e sofrem frequentemente de uma baixa taxa de sucesso, o que limita o seu impacto, particularmente em contextos clínicos. Esta tese oferece uma nova forma de conceptualizar o papel de estados afetivos/emocionais na auto-regulação, examinando a hipótese de que a integração da música como interface num sistema de neurofeedback baseado em dados neuronais de ressonância magnética funcional (IRMf), cria um sinal de feedback mais dinâmico e emocionalmente relevante, capaz de melhorar o envolvimento do participante e potenciar a modulação neuronal. O trabalho desenvolvido começou com uma revisão sistemática da literatura existente sobre o uso da música em BCIs focados em neuroreabilitação, questionando por que motivo e como a música foi usada, e quais foram os resultados dessas intervenções. Em seguida, foram exploradas técnicas avançadas de imagiologia por ressonância magnética funcional com sequências multiband para aumentar a resolução temporal, permitindo uma leitura mais frequente das rápidas dinâmicas neuronais subjacentes à perceção visual. A hipótese de que esta leitura mais frequente pudesse contribuir para uma detecção mais rápida e eficaz de transições entre diferentes estados mentais verificou-se, o que pode permitir uma melhor estimativa do feedback neuronal em aplicações como a aqui apresentada, particularmente quando baseadas em conectividade funcional, mas implica vários compromissos. De seguida, analisou-se como é que as emoções musicais são representadas no cérebro usando algoritmos de classificação (multivoxel pattern analysis), reconhecendo a importância desta compreensão para o desenvolvimento da interface musical. A nossa investigação demonstrou que a atividade cerebral é distribuída e permite descodificar de forma fiável a valência e o arousal transmitidos pela música, e que a música que nos é familiar se relaciona com padrões distintos nas redes de memória, recompensa e emoção. Por fim, foi desenvolvida uma nova interface de neurofeedback integrando os achados dos passos anteriores, a partir da qual os participantes aprenderam a modular padrões de conectividade cerebral guiados por feedback musical em tempo real. No estudo de validação, a interface demonstrou ser intuitiva, simples de entender e de explicar aos participantes (independentemente da sua formação musical), e também recompensante para os mesmos ao longo de toda a sessão de teste. Os resultados sugerem que integrar música no ciclo de neurofeedback pode aumentar o envolvimento emocional e potencialmente melhorar a eficácia do treino por neurofeedback, oferecendo uma alternativa convincente às modalidades de feedback existentes e emocionalmente neutras. As contribuições desta tese abordam objetivos científicos, biomédicos e técnicos, inovando para criar novos caminhos para intervenções não-farmacológicas em patologias onde o envolvimento e o processamento afetivo são cruciais. Para fomentar a reprodutibilidade e o futuro desenvolvimento de soluções nesta área, todos os dados e código produzidos durante esta investigação foram disponibilizados publicamente, apoiando a futura investigação na interseção da música e da emoção com as interfaces cérebro-computador. |
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Atividades financiadas
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