RUDN Journal of Psychology and PedagogicsRUDN Journal of Psychology and PedagogicsВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Психология и педагогика2313-16832313-1705Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)2280610.22363/2313-1683-2019-16-4-495-516PSYCHOPHYSIOLOGY AND CLINICAL PSYCHOLOGYПСИХОФИЗИОЛОГИЯ И КЛИНИЧЕСКАЯ ПСИХОЛОГИЯResearch ArticleProspects for Using Adaptive Biofeedback to Train MusiciansПерспективы использования биологической обратной связи для обучения музыкантов-исполнителей4376-9550PetrenkoTatiana I.ПетренкоТатьяна Ивановна

Professor, Department of Special Piano Schnitke

профессор кафедры фортепианного искусства

petrenkoti@yandex.ru9237-2027BazanovaOlga M.БазановаОльга Михайловна

Doctor of Biological Sciences, is chief researcher of the Laboratory of Affective, Cognitive and Translational Neuroscience

доктор биологических наук, главный научный сотрудник лаборатории аффективной, когнитивной и трансляционной нейронауки

bazanovaom@physiol.ruKabardovMuhamed K.КабардовМухамед Каншобиевич

Doctor of Psychology, Professor, is head of the Laboratory of Differential Psychology and Psychophysiology

kabardov@mail.ruMoscow Schnitke State Institute of MusicМосковский государственный институт музыки имени А.Г. ШниткеScientific Research Institute of Physiology & Basic MedicineИнститут физиологии и фундаментальной медициныPsychological Institute of Russian Academy of EducationПсихологический институт Российской академии образования15122019164VOL 16, NO4 (2019)ТОМ 16, №4 (2019)49551604022020Copyright ©; 2019, Petrenko T.I., Bazanova O.M., Kabardov M.K.Copyright ©; 2019, Петренко Т.И., Базанова О.М., Кабардов М.К.2019Petrenko T.I., Bazanova O.M., Kabardov M.K.Петренко Т.И., Базанова О.М., Кабардов М.К.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/psychology-pedagogics/article/view/22806

The use of biofeedback (BFB) technology becomes relevant for professional training of musicians to achieve success in psychomotor function control. We compared two training approaches: 20-22 sessions of alpha-EEG/EMG biofeedback implication to increase the аlpha-2 power while reducing the tension of the forehead muscles and sham biofeedback training. Fifty student musicians (18-28 years old) were divided randomly by age, gender, performing specialty, and individual EEG alpha-peak frequency (IAPF) into two groups. Music performance, state anxiety, self-actualization, nonverbal creativity, coefficient of finger movement optimality (Ko) and the efficiency of the single training session (E1) were evaluated before and after for both types of courses. We calculated the change of the EEG power in the individually adjusted alpha-2 range in the Pz and the integrated EMG power of the surface muscles of the forehead in response to finger movement. Training with biofeedback improved music performance score, increased self-actualization, Ko, and E1 while reducing pre-stage anxiety. The students who received the sham biofeedback did not achieve such improvements. When using biofeedback, students with baseline low alpha-peak frequency (LF) showed a more significant increase in scores for music performance, Ko, and E1 than students with high alpha-peak frequency (HF). In LF students, the sessions without biofeedback did not change the studied parameters. In this pilot placebo-controlled study, we demonstrated that achieving success in the optimal musical performance training depends on the baseline genetically determined IAPF and feedback implication from the EEG alpha-2 power and forehead muscle tone.

Использование биологической обратной связи (БОС) для тренинга контроля психологических и физиологических функций, необходимых для достижения успеха в психомоторной деятельности, становится актуальным для профессионального обучения музыкантов-исполнителей. С целью изучения перспектив использования биоуправления для повышения эффективности обучения музыкантов сравнивались два способа преподавания: с привлечением БОС для повышения альфа-мощности электроэнцефалограммы (ЭЭГ) с одновременным снижением напряжения мышц лба (альфа-ЭЭГ/ЭМГ) и без БОС (ложное биоуправление). Для этого 50 студентов-музыкантов (18-28 лет) были разделены рандомизированно по возрасту, полу, исполнительской специальности и уровню частоты альфа-пика ЭЭГ на две группы. Первая проходила курс обучения (20-22 занятия) с БОС, вторая - с ложным БОС. До и после обоих видов преподавания оценивались исполнение музыки, ситуативная тревожность, самоактуализация, коэффициент оптимальности исполнительского движения (Ко) и эффективность единичной сессии биоуправления (Э1), рассчитанные по динамике мощности ЭЭГ в отведении Pz в индивидуально-установленном альфа-2 диапазоне и интегральной мощности ЭМГ поверхностных мышц лба при движении пальцев. Преподавание с помощью биоуправления привело к улучшению исполнения музыки, увеличению самоактуализации, Ко и Э1 при снижении сценической тревожности. В группе ложного биоуправления студенты не достигли таких улучшений. При использовании БОС у студентов с исходно низкой частотой альфа-пика (НЧ) отмечался больший прирост Ко и Э1 оценок за исполнение музыки, чем у студентов с исходно высокой частотой альфа-пика (ВЧ), которые уже на первом занятии демонстрировали Э1 больше, чем студенты НЧ. У студентов НЧ занятия без помощи биоуправления не изменили изучаемые показатели. В настоящем пилотном плацебо-контролируемом исследовании было продемонстрировано, что результативность обучения музыкантов повышается при использовании в преподавании биоуправления, а эффективность обучения зависит от исходного значения частоты генерации альфа-волн мозга.

trainingneurofeedbackmusic performancealpha-activity of EEGEMG of forehead musclesindividual alpha peak frequency (IAPF)обучениебиоуправлениеисполнение музыкиэлектроэнцефалограмма (ЭЭГ)электромиограмма (ЭМГ) мышц лбаиндивидуальная частота альфа-пикаAnokhin P.K. (1973). Printsipial’nye voprosy obshchei teorii funktsional’nykh sistem. In P.K. Anohin (Ed.), Printsipy Sistemnoi Organizatsii Funktsii (pp. 5–61) Moscow: Nauka Publ. (In Russ.)Анохин П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем // Принципы системной организации функций / под ред. П.К. Анохина. М.: Наука, 1973. С. 5-61.Bazanova, O.M., & Aftanas, L.I. (2006). Uspeshnost’ obucheniya i individual’nye chastotnodinamicheskie kharakteristiki al’fa-aktivnosti EEG. Vestnik RAMN, (6), 30–43. (In Russ.)Базанова О.М., Алексеева М.В., Балиоз Н.В., Муравлева К.Б., Сапина Е.В. Исследование тренинга произвольного увеличения альфа-мощности ЭЭГ для улучшения когнитивной деятельности // Физиология человека. 2012. Т. 38. № 1. С. 51-60.Bazanova, O.M., & Aftanas, L.I. (2008). Individual measures of electroencephalogram alpha activity and non-verbal creativity. Neuroscience and Behavioral Physiology, 38(3), 227–235. https://doi.org/10.1007/s11055-008-0034-yБазанова О.М., Афтанас Л.И. Индивидуальные показатели альфа-активности электроэнцефалограммы и невербальная креативность // Российский физиологический журнал имени И.М. Сеченова. 2007. Т. 93. № 1. С. 14-26. https://doi.org/10.1007/ s11055-008-0034-yBazanova, O.M., Alekseeva, M.V., Balioz, N.V., Muravleva, K.B., & Sapina, E.V. (2012). Issledovanie treninga proizvol’nogo uvelicheniya al’fa-moshchnosti EEG dlya uluchsheniya kognitivnoi dejatel’nosti. Fiziologiya Cheloveka, 38(1), 51–60. (In Russ.)Базанова О.М., Афтанас Л.И. Успешность обучения и индивидуальные частотнодинамические характеристики альфа-активности ЭЭГ // Вестник РАМН. 2006. № 6. С. 30-43Bazanova, O.M., Nikolenko, E.D., & Barry, R.J. (2017). Reactivity of alpha rhythms to eyes opening (the Berger effect) during menstrual cycle phases. Journal of Psychophysiology, 122, 56–64. https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2017.05.001Бернштейн Н.А. О построении движений. М.: Медгиз, 1947. 254 с.Bazanova, O.M., & Vernon, D. (2014). Interpreting EEG alpha activity. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 44, 94–110. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2013.05.007Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности. М.: Медицина, 1966. 387 с.Bernshtejn, N.A. (1947). O Postroenii Dvizhenij. Moscow: Medgiz Publ. (In Russ.)Голубева Э.А. Способности, личность, индивидуальность. Дубна: Феникс, 2005. 512 с.Bernshtejn, N.A. (1966). Ocherki po Fiziologii Dvizhenij i Fiziologii Aktivnosti. Moscow: Medicina Publ. (In Russ.)Григорьев В.Ю. Исполнитель и эстрада. М.: Мос. гос. конс.; Магнитог. гос. конс., 2006. 153 с.Cacioppo, J.T., & Martzke, J.S., Petty, R.E., & Tassinary, L.G. (1988). By Specific forms of facial EMG response index emotions during an interview: From Darwin to the continuous flow hypothesis of affect-laden information processing. Journal of Personality and Social Psychology, 54(4), 592–604. https://doi.org/10.1037/0022-3514.54.4.592Дружинин В.Н. Психология общих способностей. СПб.: Питер, 2007. 368 с.Csikszentmihalyi, M., & Larson, R. (2014). Validity and Reliability of the Experience-Sampling Method. In Flow and the Foundations of Positive Psycholog (pp. 79–90). Dordrecht: Springer. https://doi.org/10.1007/978-94-017-9088-8_3Кабардов М.К., Базанова О.М., Лебедев А.Н., Кондратенко А.В. Зависимость электрофизиологических признаков музыкально-исполнительских способностей от возраста, пола и нейрогуморального статуса // Современное состояние дифференциальной психологии и дифференциальной психофизиологии: к 115-летию со дня рождения Б.М. Теплова. М.: ПИ РАО, 2011. С. 57-59.Druzhinin, V.N. (2007). Psikhologiya Obshchikh Sposobnostei. Saint Petersburg: Piter Publ. (In Russ.)Кабардов М.К., Симакова И.Н., Торопова А.В., Василевская К.Н. Психофизиологические индикаторы музыкальности // Вестник ЮНЕСКО: музыкальное искусство и образование. 2013. № 3. С. 116-121.Ebie, B. D. (2004). The effects of verbal, vocally modeled, kinesthetic, and audio-visual treatment conditions on male and female middle-school vocal music students’ abilities to expressively sing melodies. Journal of Psychology of Music, (32), 405–417.Малисова Д.В., Петренко Т.И., Кондратенко А.В., Базанова О.М. Альфа ЭЭГ и ЭМГ признаки оптимальности музыкально-исполнительского движения и постуральный контроль // Сборник материалов XXIII Съезда Российского физиологического общества имени И.П. Павлова. Воронеж: Воронежский государственный медицинский университет имени Н.Н. Бурденко, 2017. С. 967-968.Golubeva, E.A. (2005). Sposobnosti, Lichnost’, Individual’nost’. Dubna: Feniks Publ. (In Russ.)Малых С.Б. Исследования генетической детерминации ЭЭГ человека // Вопросы психологии. 1997. № 6. С. 109-128.Grigorev, V.Yu. (2006). Ispolnitel’ i Estrada. Moscow: Mos. gos. kons. Publ., Magnitog. gos. kons. Publ. (In Russ.)Осницкий А.К. Психологические механизмы самостоятельности. М. - Обнинск: ИГ-СОЦИН, 2010. 232 с.Gruzelier, J. (2014). EEG-neurofeedback for optimising performance. II: creativity, the performing arts and ecological validity. Journal of Psychophysiology, 93(1), 96–104. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2013.11.004Стуколкина С. Путь к совершенству. Диалоги, статьи и материалы о фортепианной технике. СПб.: Композитор, 2007. 392 с.Hale, M. (1993). EMG Biofeedback of the Abductor Pollicis Bravis in Piano Performance. Journal of Biofeedback and Self Regulation, 18(2), 67–77.Талалай Б.Н. Формирование исполнительских (двигательно-технических) навыков при обучении игре на музыкальных инструментах: автореф. дис. ... канд. пед. наук. М., 1982.Kabardov, M.K., Bazanova, O.M., Lebedev, A.N., & Kondratenko, A.V. (2011). Zavisimost’ elektrofiziologicheskikh priznakov muzykal’no-ispolnitel’skikh sposobnostei ot vozrasta, pola i neirogumoral’nogo statusa. In Sovremennoe Sostoyanie Differencial’noj Psikhologii i Differencial’noj Psihofiziologii: Proceedings of the Conference to the 115th Anniversary of B. Teplov (pp. 57–59). Moscow: Psychological Institute of RAE Publ. (In Russ.)Теплов Б.М. Психология и психофизиология индивидуальных различий: избранные психологические труды / под ред. М.Г. Ярошевского. М.: Московский психолого-социальный институт; Воронеж: НПО «МОДЭК», 2009. 638 с.Kabardov, M.K., Simakova, I.N., Toropova, A.V., & Vasilevskaya, K.N. (2013). Psihofiziologicheskie indikatory muzykal’nosti. Vestnik YUNESKO: Muzykal’noe Iskusstvo i Obrazovanie, (3), 116–121. (In Russ.)Ханин Ю.Л. Краткое руководство к шкале реактивной и личностной тревожности Ч.Д. Спилбергера. Л.: ЛНИИФК, 1976. 18 с.Khanin, Yu.L. (1976). Kratkoe rukovodstvo k shkale reaktivnoi i lichnostnoi trevozhnosti Ch.D. Spilbergera. Leningrad: LNIIFK Publ. (In Russ.)Цыпин Г.М. Психология творческой деятельности. Музыка и другие искусства: монография / под ред. Г.М. Цыпина. М.: Юрайт, 2018. 203 с.Klimesch, W., Sauseng, P., & Hanslmayr, S. (2007). EEG alpha oscillations: The inhibitiontiming hypothesis. Journal of Brain Research, (53), 63–88.Bazanova O.M., Nikolenko E.D., Barry R.J. Reactivity of alpha rhythms to eyes opening (the Berger effect) during menstrual cycle phases // Journal of Psychophysiology. 2008. No. 122. Pp. 56-64. https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2017.05.001Kraus, E. (1982–1983). Studying Music in the Federal Republic of Germany: Study Guide. Mainz, London, New York, Tokyo: Schott.Bazanova O.M., Vernon D. Interpreting EEG alpha activity // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2014. No. 44. Pp. 94-110. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2013.05.007Lazareva, O.Y., Muravleva, K.B., Skoraya, M.V., Verevkin, E.G., & Bazanova, O.M. (2012). The influence of self-regulation technique on the efficiency of voluntary increasing alpha power training. International Journal of Psychophysiology, 85(3), 344. doi: 10.1016/j. ijpsycho.2012.06.146Cacioppo J.T., Martzke J.S., Petty R.E., Tassinary L.G. By specific forms of facial EMG response index emotions during an interview: from Darwin to the continuous flow hypothesis of affectladen information processing // Journal of Personality and Social Psychology. Vol. 54. No. 4. Pp. 592-604. https://doi.org/10.1037/0022-3514.54.4.592Lehmann A.C. (1997). Acquired mental representations in music performance: anecdotal and preliminary empirical evidence (pp. 141–163). Oslo: Norwegian State Academy of Music. Lehmann, A.C., Platz, F., Kopiez, R., & Wolf, A. (2014). The influence of deliberate practice on musical achievement: A meta-analysis. Journal Frontiers in Psychology, 5, 646. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2014.00646Csikszentmihalyi M., Larson R. Validity and Reliability of the Experience-Sampling Method // Handbook of Flow and the Foundations of Positive Psychology. Dordrecht: Springer, First, 2014. Pp. 79-90. https://doi.org/10.1007/978-94-017-9088-8_3Malisova, D.V., Petrenko, T.I., Kondratenko, A.V., & Bazanova, O.M. (2017). Al’fa EEG i EMG priznaki optimal’nosti muzykal’no-ispolnitel’skogo dvizheniya i postural’nyi kontrol’. Materialy XXIII S”ezda Rossijskogo Fiziologicheskogo Obshchestva imeni I.P. Pavlova (pp. 967–968). Voronezh: Voronezh State Medical University named after N.N. Burdenko. (In Russ.)Ebie B.D. The effects of verbal, vocally modeled, kinesthetic, and audio-visual treatment conditions on male and female middle-school vocal music students’ abilities to expressively sing melodies // Journal of Psychology of Music. 2004. No. 32. Pp. 405-417.Malmo, R.B., & Malmo, H.P. (2000). On electromyographic (EMG) gradients and movementrelated brain activity: significance for motor control, cognitive functions, and certain psychopathologies. International Journal of Psychophysiology, 38, 143–207. https://doi. org/10.1016/S0167-8760(00)00113-6Gruzelier J. EEG-neurofeedback for optimising performance. II: creativity, the performing arts and ecological validity // Journal of Psychophysiology. 2014. Vol. 93. No. 1. Pp. 96-104. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2013.11.004Malyh, S.B. (1997). Issledovaniya geneticheskoi determinatsii EEG cheloveka. Voprosy Psihologii, (6), 109–128. (In Russ.)Hale M. EMG Biofeedback of the Abductor Pollicis Bravis in Piano Performance // Journal of Biofeedback and Self Regulation. 1993. Vol. 18. No. 2. Pp. 67-77.Merletti, R. (1999). Standards for Reporting EMG data. Journal of Electromyography and Kinesiology, (9), III–IV.Klimesch W., Sauseng P., Hanslmayr S. EEG alpha oscillations: the inhibition-timing hypothesis // Journal of Brain Research Review. 2007. No. 53. Pp. 63-88.Mierau, A., Klimesch, W., & Lefebvre, J. (2017). State-dependent alpha peak frequency shifts: Experimental evidence, potential mechanisms and functional implications. Journal of Neuroscience, 360, 146–154. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2017.07.037Kraus E. Studying Music in the Federal Republic of Germany: Study Guide. Mainz - London - New York - Tokyo: Schott, 1982-1983. 65 p.Nagel, T., (1986). The View From Nowhere. Oxford: University Press. https://doi.org/10.2307/2220404 Naito, A., Sun, Y.J., Yajima, M., Fukamachi, H., & Ushikoshi, K. (1998). Electromyographic study of the elbow flexors and extensors in a motion of forearm pronation/supinationLazareva O.Y., Muravleva K.B., Skoraya M.V., Verevkin E.G., Bazanova O.M. The Influence of self-regulation technique on the efficiency of voluntary increasing alpha power training // International Journal of Psychophysiology. Vol. 85. No. 3. P. 344. https://doi.org/10.1016/j. ijpsycho.2012.06.146while maintaining elbow flexion in humans. The Tohoku Journal of Experimental Medicine, 186(4), 267–777. https://doi.org/10.1620/tjem.186.267Lehmann A.C. Acquired mental representations in music performance: anecdotal and preliminary empirical evidence. Oslo: Norwegian State Academy of Music, 1997. Pp. 141-163Osnitskii, A.K. (2010). Psihologicheskie Mekhanizmy Samostoyatel’nosti. Obninsk: IG-SOTSIN Publ. (In Russ.)Lehmann A.C., Platz F., Kopiez R., Wolf A. The influence of deliberate practice on musical achievement: a meta-analysis // Journal Frontiers in Psychology. 2014. No. 5. P. 646. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2014.00646Rheinberg, F., Vollmeyer, R., & Engeser, S. (2003). Die Erfassung des Flow-Erlebens. In J. Stiensmeier-Pelster & F. Rheinberg (Eds.). Handbook of Diagnostik von Motivation und Selbstkonzept (Tests und Trends N.F. Bd.2) (pp. 261–279). Göttingen: Hogrefe.Malmo R.B., Malmo H.P. On electromyographic (EMG) gradients and movement-related brain activity: significance for motor control, cognitive functions, and certain psychopathologies // International Journal of Psychophysiology. 2000. No. 38. Pp. 143-207. https:// doi.org/10.1016/S0167-8760(00)00113-6Sterman, M.B. (1996). Physiological origins and functional correlates of EEG rhythmic activities: implications for self-regulation. Journal of Biofeedback and Self Regulation, 21(1), 3–33. https://doi.org/10.1007/bf02214147Merletti R. Standards for Reporting EMG data // Journal of Electromyography and Kinesiology. 1999. Vol. 9. No. 1. Pp. III-IVStukolkina, S. (2007). Put’ k Sovershenstvu. Dialogi, stat’i i materialy o fortepiannoi tekhnike. Saint Petersburg: Kompozitor Publ. (In Russ.)Mierau A., Klimesch W., Lefebvre J. State-dependent alpha peak frequency shifts: experimental evidence, potential mechanisms and functional implications // Journal of Neuroscience. No. 360. Pp. 146-154. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2017.07.037Talalai, B.N. (1982). Formirovanie Ispolnitel’skih (Dvigatel’no-Tekhnicheskih) Navykov pri Obuchenii Igre na Muzykal’nyh Instrumentakh. PhD in Education Thesis Abstract. Moscow. (In Russ.)Nagel T. The View From Nowhere. Oxford University Press, 1986. 256 p. https://doi. org/10.2307/2220404Teplov, B.M. (2009). Psikhologiya i Psikhofiziologiya Individual’nykh Razlichii: Selected Psychological Works. Moscow: Moskovskii psikhologo-sotsial’nyi institute Publ.; Voronezh: NPO “MODEK” Publ. (In Russ.)Naito A., Sun Y.J., Yajima M., Fukamachi H., Ushikoshi K. Electromyographic study of the elbow flexors and extensors in a motion of forearm pronation/supination while maintaining elbow flexion in humans // The Tohoku Journal of Experimental Medicine. 1998. Vol. 186. No. 4. Pp. 267-777Tsypin, G.M. (2018). Psikhologiya Tvorcheskoi Deyatel’nosti. Muzyka i Drugie Iskusstva. Moscow: Yurait Publ. (In Russ.)Rheinberg F., Vollmeyer R., Engeser S. Die Erfassung des Flow-Erlebens // Handbook of Diagnostik von Motivation und Selbstkonzept (Tests und Trends N.F. Bd. 2) / ed. by J. Stiensmeier-Pelster, F. Rheinberg. Göttingen: Hogrefe, 2003. Pp. 261-279Sterman M.B. Physiological origins and functional correlates of EEG rhythmic activities: implications for self-regulation // Journal of Biofeedback and Self Regulation. 1996. No. 21 (1). Рp. 3-33. https://doi.org/0.1007/bf02214147