A Neuromusic Study for Understanding Individual Differences in Rhythm Perception and Production

• Project/Area Number: 16K16483
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Developmental mechanisms and the body works
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: FUJII Shinya 慶應義塾大学, 環境情報学部(藤沢), 准教授 (40773817)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2016: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
• Keywords: 音楽神経科学 / 音楽 / リズム / 個人差 / 知覚 / 生成 / HBAT / iOS / ハーバードビート評価テスト / NIRS / 統合失調症 / 神経科学 / VBM / 脳 / 運動 / 時間 / MRI

Outline of Final Research Achievements

We conducted a neuromusic study for understanding individual differences in rhythm perception and production. We developed the iOS version of the Harvard Beat Assessment Test (HBAT) which can be run on iPhone and iPad. The iOS version of HBAT provides a simple objective method for investigating individual differences in rhythm perception and production. Furthermore, we conducted structural and functional brain imaging studies using the HBAT combined with magnetic resonance imaging (MRI) and near-infrared spectroscopy (NIRS). We found that individual differences in rhythm perception related to the cerebellar gray matter volumes (Paquette, Li, Fujii, Schlaug, 2017), and that the brain activities in the premotor and supplementary motor areas related to the perception of beat interval changes. In addition, we conducted a cross-cultural comparison study to investigate "the integer ratio priors on musical rhythm" in Japanese traditional and western musicians and non-musicians.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

音のリズムを聴き取る能力や身体をリズミカルに動かしリズム音を生成する能力(リズム知覚生成能力)には大きな個人差がある。本研究の学術的・社会的意義は、客観的かつ簡便に音楽リズムの知覚生成能力を評価できる方法を開発した点である。本研究で開発したiOS版HBATを用いれば、いわゆる「リズム感」をスマホやタブレットを用いて客観的・定量的に評価でき、教育や臨床など様々な場に応用できると考えられる。リズム知覚生成能力の個人差に関わる脳機能構造・文化差を明らかにした本研究の成果は、ヒトの脳内における時間情報処理の基礎的メカニズムや、ヒトの音楽性の脳内起源の一端を解き明かした点で、学術的的意義があると考える。

Research Products

• [Int'l Joint Research] オハイオ州立大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ブラジリア大学(ブラジル)
• [Int'l Joint Research] Harvard Medical School/Beth Israel Deaconess Medical Center/University of Chicago(米国)
• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Harvard Medical School/Beth Israel Deaconess Medical Center(米国)
• [Int'l Joint Research] Harvard Medical School/Beth Israel Deaconess Medical Center(米国)
• [Int'l Joint Research] The University of Toronto/Sunnybrook Research Institute(Canada)
• [Int'l Joint Research] Harvard Medical School/Beth Israel Deaconess Medical Center(米国)
• [Journal Article] 精神疾患と音楽機能の関連性：精神医学分野における音楽神経科学の発展可能性 (2021)
  • Author(s): 本多 栞, 野田 賀大, 中島 振一郎, 藤井 進也
  • Journal Title: KEIO SFC JOURNAL Volume: 20 (2) Pages: 70-82
  • NAID: 120007053307
• [Journal Article] 平成時代：音楽と神経科学の邂逅 (2018)
  • Author(s): 藤井 進也
  • Journal Title: KEIO SFC JOURNAL Volume: 18 Pages: 186-201
  • NAID: 120007118694
• [Journal Article] 平成が生んだもの、残したもの (2018)
  • Author(s): 小熊 英二, 琴坂 将広, 内藤 泰宏, 藤井進也, 水野 大二郎, 清水 唯一朗
  • Journal Title: KEIO SFC JOURNAL Volume: 18 Pages: 6-35
  • NAID: 120007118688
• [Journal Article] 楽器奏者の「力まない科学」: ドラマーの身体運動制御の視点から (2018)
  • Author(s): 藤井 進也
  • Journal Title: バイオメカニクス研究 Volume: 22 Pages: 39-45
• [Journal Article] The cerebellum's contribution to beat interval discrimination (2017)
  • Author(s): Paquette S.、Fujii S.、Li H.C.、Schlaug G.
  • Journal Title: NeuroImage Volume: 163 Pages: 177-182
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2017.09.017
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 統合失調症患者におけるリズム感とミスマッチ陰性電位（mismatch negativity）の関係性の検討 (2020)
  • Author(s): 高橋 雄一, 星野 大, 刑部 有祐, 吉田 久美, 松本 貴智, 青田 美穂, 今野 嶺, 藤井 進也, 青木俊太郎, 菅野 和子, 各務 竹康, 森 湧平, 和田 知紘, 志賀 哲也, 疋田 雅之, 板垣俊太郎, 大井 直往, 福島 哲仁, 三浦 至, 矢部 博興
  • Organizer: 第50回日本臨床神経生理学会学術大会
• [Presentation] Glutamate Levels in the Caudate Correlate Beat Perception in Patients with Schizophrenia (2019)
  • Author(s): Honda S., Tarumi R., Noda Y., Matsushita K., Nomiyama N., Ochi R., Tsugawa S., Savage PE., Nakajima S., Mimura M., Fujii S.
  • Organizer: The 17th Rhythm Perception and Production Workshop (RPPW)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Does Passive Action Improve Rhythm Perception? Use of Electrical Muscle Stimulation for Beat Interval Perception Task (2019)
  • Author(s): Konno R., Anzai R., Honda K., Savage PE., Lopes P., Fujii S.
  • Organizer: The 17th Rhythm Perception and Production Workshop (RPPW)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Individual Differences in Rhythm Perception, Production and Synchronization: From Infants to Drummers (2019)
  • Author(s): Fujii S.
  • Organizer: Lorentz Center Workshop: Synchrony and Rhythmic Interaction: From Neurons to Ecology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evaluating Effects of Electrical Muscle Stimulation in Time Duration Reproduction (2019)
  • Author(s): Konno R., Anzai R., Honda K., Savage PE., Lopes P., Fujii S.
  • Organizer: The 2019 Biennial Meeting of the Society for Music Perception and Cognition (SMPC2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Beat Processing Abnormality in Patients with Treatment-resistant Schizophrenia (2019)
  • Author(s): Honda S, Tarumi R, Noda Y, Matsushita K, Nomiyama N, Ochi R, Tsugawa S, Savage PE, Nakajima S, Mimura M, Fujii S.
  • Organizer: The 2019 Biennial Meeting of the Society for Music Perception and Cognition (SMPC2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Reliability of iOS Application of the Harvard Beat Assessment Test: Consistency between Different Versions of iPad Devices (2019)
  • Author(s): Konno R., Schlaug G., Savage PE., Fujii S.
  • Organizer: The 2019 Biennial Meeting of the Society for Music Perception and Cognition (SMPC2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cortical Thickness and Beat Processing Ability in Patients with Schizophrenia (2019)
  • Author(s): Matsushita K., Tarumi R., Noda Y., Honda S., Ochi R., Nomiyama N., Tsugawa S., Savage PE., Nakajima S., Mimura M., Fujii S.
  • Organizer: The 2019 Biennial Meeting of the Society for Music Perception and Cognition (SMPC2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Universal Constraints on Rhythm Revealed by Large-scale Cross-cultural Comparisons of Rhythm Priors (2019)
  • Author(s): Jacoby N., Polak R., Grahn J., Cameron D., Fujii S., Savage PE., Lee KM., Jakubowski K., Clayton M., Margulis E., Wong P., Undurraga E., Godoy R., Huanca T., Thalwitzer T., Mungan E., Kaya E., Jure L., Rocamora M., Goldberg D., Holzapfel A., McDermott J.
  • Organizer: The 2019 Biennial Meeting of the Society for Music Perception and Cognition (SMPC2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Comparison between Auditory and Electrical Muscle Stimulation in Tempo-changing Beat Perception (2019)
  • Author(s): Konno R., Savage PE., Lopes P., Fujii S.
  • Organizer: NEUROSCIENCE 2019: Society for Neuroscience (SfN) Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 音楽リズムの知覚生成とヒトの音楽性の起源 (2019)
  • Author(s): 藤井 進也
  • Organizer: 日本赤ちゃん学会第19回学術集会大会企画シンポジウム①「リズムの同期・同調と音楽」
  • Invited
• [Presentation] リズムを処理する脳―ヒトの音楽性の起源 (2019)
  • Author(s): 藤井 進也
  • Organizer: 聴覚研究会
  • Invited
• [Presentation] 統合失調症患者におけるリズム情報処理能力異常 (2019)
  • Author(s): 本多 栞，垂水 良介，野田 賀大，松下 佳鈴，野見山 菜摘，越智 涼，津川 幸子，中島 振一郎，三村 將，藤井 進也
  • Organizer: 聴覚研究会
• [Presentation] fNIRSを用いたビート知覚課題中の脳活動の検討 (2019)
  • Author(s): 松木 友理恵, 土元 翔平, 新藤 恵一郎, 新藤 悠子, 丸山 祥, 吉岡 純希, 本多 栞, 菊池 優大, 豊田 愛莉, 今井 瑛子, サベジ パトリック, 藤井 進也
  • Organizer: 第13回 Motor Control 研究会
• [Presentation] ミスマッチ陰性電位とリズム能力の関連性についての検討 (2019)
  • Author(s): 星野 大, 高橋 雄一, 藤井 進也, 今野 嶺, 刑部 有祐, 野崎 途也, 菅野 和子, 疋田 雅之, 和田 知紘, 森 湧平, 大西 真央, 志賀 哲也, 板垣 俊太郎, 松岡 貴志, 矢部 博興
  • Organizer: 第49回日本臨床神経生理学会学術大会
• [Presentation] 統合失調症に対するリズム改善プログラムがミスマッチ陰性電位に及ぼす影響 (2019)
  • Author(s): 高橋 雄一, 星野 大, 刑部 有祐, 吉田 久美, 松本 貴智, 青田 美穂, 今野 嶺, 藤井 進也, 青木 俊太郎, 菅野 和子, 各務 竹康, 森 湧平, 和田 知紘, 志賀 哲也, 疋田 雅之, 板垣 俊太郎, 三浦 至, 大井 直往, 福島 哲仁, 矢部 博興
  • Organizer: 第49回日本臨床神経生理学会学術大会
• [Presentation] Beat Synchronization Predicts Language Disturbance in Patients with Schizophrenia (2018)
  • Author(s): Fujii S, Kato A, Noda Y, Tarumi R, Honda S, Ochi R, Tsugawa S, Nakajima S, and Mimura M
  • Organizer: International Conference on Music Perception and Cognition (ICMPC) and 10th triennial conference of the European Society for the Cognitive Sciences of Music (ESCOM)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Receiver Operating Characteristic Analysis to Classify Treatment-Resistant Schizophrenia (TRS) from Non-TRS Using the Harvard Beat Assessment Test (2018)
  • Author(s): Ochi R, Nakajima S, Honda S, Kato A, Tarumi R, Tsugawa S, Noda Y, Mimura M, and Fujii S
  • Organizer: International Conference on Music Perception and Cognition (ICMPC) and 10th triennial conference of the European Society for the Cognitive Sciences of Music (ESCOM)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Sound Mind in a Rhythmic Body: Severity of Clinical Symptoms Correlates with Meter Production Ability in Patients with Schizophrenia (2018)
  • Author(s): Honda S, Tarumi R, Kato A, Ochi R, Tsugawa S, Noda Y, Nakajima S, Mimura M, and Fujii S
  • Organizer: International Conference on Music Perception and Cognition (ICMPC) and 10th triennial conference of the European Society for the Cognitive Sciences of Music (ESCOM)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development and Reliability of the Harvard Beat Assessment Test iOS App (2018)
  • Author(s): Konno R, Savage PE, Schlaug G, and Fujii S
  • Organizer: International Society for Music Information Retrieval Conference (ISMIR 2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 統合失調症患者における言語能力と音楽リズム生成能力の関係性 (2018)
  • Author(s): 松下 佳鈴, 野田 賀大, 垂水 良介, 本多 栞, 越智 涼, 津川 幸子, 中島 振一郎, 三村 將, 藤井 進也
  • Organizer: 第12回 Motor Control 研究会
• [Presentation] 統合失調症におけるグルタミン酸濃度異常と音楽知覚・生成能力異常の関係性の検討 (2018)
  • Author(s): 本多 栞, 垂水 良介, 越智 涼, 松下 佳鈴, 加藤 彩, 津川 幸子, 野田 賀大, 中島 振一郎, 三村 將, 藤井 進也
  • Organizer: 第40回日本生物学的精神医学会・第61回日本神経化学会大会 合同年会
• [Presentation] 統合失調症患者の言語的認知機能と音楽リズム生成能力の関連性 (2018)
  • Author(s): 松下 佳鈴, 野田 賀大,垂水 良介, 本多 栞, 越智 涼, 津川 幸子, 中島 振一郎, 三村 將, 藤井 進也
  • Organizer: 第40回日本生物学的精神医学会・第61回日本神経化学会大会 合同年会
• [Presentation] 音楽リズムの知覚生成と多感覚脳情報処理 (2018)
  • Author(s): 藤井 進也
  • Organizer: 第10回多感覚研究会
  • Invited
• [Presentation] 統合失調症の症状重症度と音楽リズムの知覚・生成能力の関係性についての検討 (2018)
  • Author(s): 本多 栞、垂水 良介、加藤 彩、越智 涼、津川 幸子、野田 賀大、中島 振一郎、三村 將、藤井 進也
  • Organizer: 第13回日本統合失調症学会
• [Presentation] 統合失調症患者の言語的認知機能と音楽リズム同期能力の関連性 (2018)
  • Author(s): 加藤 彩、中島 振一郎、垂水 良介、本多 栞、越智 涼、津川 幸子、 野田 賀大、三村 將、藤井 進也
  • Organizer: 第13回日本統合失調症学会
• [Presentation] 音楽の知覚・生成能力検査(ハーバードビート評価テスト)による治療抵抗性統合失調症と寛解統合失調症の判別 (2018)
  • Author(s): 越智 涼、野田 賀大、垂水 良介、本多 栞、加藤 彩、津川 幸子、中島 振一郎、三村 將、藤井 進也
  • Organizer: 第13回日本統合失調症学会
• [Presentation] ハーバードビート評価テストiOS 版の開発と信頼性の検証 (2018)
  • Author(s): 今野 嶺、藤井 進也
  • Organizer: 情報処理学会 第80回全国大会
• [Presentation] Beat-deaf syndrome: a case series with the Harvard Beat Assessment Test (H-BAT) (2017)
  • Author(s): Schlaug G., DiBiase M., & Fujii S.
  • Organizer: The Neuroscience and Music VI: Music, Sound and Health. Martin Conference Center at Harvard Medical School, Boston, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Accelerando or ritardando - when the cerebellum can't keep the beat (2017)
  • Author(s): Paquette S., Li HC., Fujii S., & Schlaug G.
  • Organizer: The Neuroscience and Music VI: Music, Sound and Health. Martin Conference Center at Harvard Medical School, Boston, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Does listening to music help you learn new movements? (2017)
  • Author(s): Fujii S., Lam T., Marks M., Alter DA., & Chen JL
  • Organizer: The Neuroscience and Music VI: Music, Sound and Health. Martin Conference Center at Harvard Medical School, Boston, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 音楽の身体科学・神経科学でミュージシャンの超絶技巧に迫る (2017)
  • Author(s): 藤井進也
  • Organizer: 日本体育学会第68回大会バイオメカニクス研究領域シンポジウム『達人技』を科学する
  • Invited
• [Presentation] 音楽家の身体運動制御研究が切り拓く未来 (2016)
  • Author(s): 藤井進也
  • Organizer: 第５回日本音楽家医学研究会
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス、東京都目黒区
  • Year and Date: 2016-11-03
  • Invited
• [Presentation] 乳児にみられる歌と踊りの前兆―ヒトの音楽性の起源 (2016)
  • Author(s): 藤井進也
  • Organizer: 日本音楽教育学会第47回大会ラウンドテーブル
  • Place of Presentation: 横浜国立大学、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2016-10-19
  • Invited
• [Presentation] Breaking New Ground: Music, Motor Control, and Rehabilitation (2016)
  • Author(s): 藤井進也
  • Organizer: 第10回 Motor Control 研究会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2016-09-03
  • Invited
• [Presentation] 音楽を感じる脳 (2016)
  • Author(s): 藤井進也
  • Organizer: 上智大学音楽医科学研究センター主催特別シンポジウム
  • Place of Presentation: 上智大学四谷キャンパス、東京都千代田区
  • Year and Date: 2016-08-23
  • Invited
• [Presentation] スポーツサイエンスから音楽の神経科学・発達脳科学研究へ：身体運動科学研究が切り拓く未来 (2016)
  • Author(s): 藤井進也
  • Organizer: 第157回スポーツサイエンス研究会
  • Place of Presentation: 早稲田大学所沢キャンパス、埼玉県所沢市
  • Year and Date: 2016-06-30
  • Invited
• [Presentation] リズムを処理する脳―ヒトの音楽性の起源 (2016)
  • Author(s): 藤井進也
  • Organizer: 日本赤ちゃん学会第16回学術集会ラウンドテーブル
  • Place of Presentation: 同志社大学今出川キャンパス、京都市上京区
  • Year and Date: 2016-05-21
  • Invited