Causal Evidence for the Role of Dorsal Premotor Cortex (dPMC) in Musical Rhythm Imagery: A Transcranial Magnetic Stimulation Study

This study investigated the causal involvement of motor planning regions, the right dorsal premotor cortex (dPMC) and supplementary motor area (SMA), in musical rhythm imagery. We used transcranial magnetic stimulation (TMS) to disrupt neural activity in these areas while participants performed a modified Beat Drop Alignment Task (BDAT). Participants listened to musical excerpts, imagined the beat during a silent phase, and judged whether a probe tone was on or off the beat. We examined the effects of TMS stimulation, probe displacement (PD), and additionally, individual differences in musical reward sensitivity, as measured by the extended Barcelona Music Reward Questionnaire (eBMRQ). Linear mixed-effects models revealed robust effects of PD: as probe displacement increased, the likelihood of on-beat responses decreased, and accuracy improved, replicating known perceptual patterns under silent imagery conditions. Crucially, TMS over the right dPMC significantly increased the probability of on-beat responses, independent of the degree of misalignment between the probe and the actual beat. Accuracy analysis demonstrated that TMS selectively impaired accuracy at the smallest PDs (0–20%) as shown by a TMS × PD interaction. These results provide causal evidence that dPMC is necessary for maintaining fine-grained internal beat representations during imagery. In contrast, TMS over SMA did not affect performance, suggesting that SMA may be more involved in higher-order or melodic imagery processes rather than basic beat maintenance. Additionally, higher eBMRQ scores predicted better accuracy at large PDs (31–45%), indicating that musical reward sensitivity enhances rhythmic imagery performance under conditions of salient prediction error. This finding extends previous evidence linking reward sensitivity to rhythm perception, by demonstrating similar effects in imagined musical contexts. Together, these findings underscore the critical role of dPMC in beat-based mental simulation and highlight the interplay between motor processes, temporal precision, and individual reward traits in musical rhythm imagery.

Questo studio ha indagato il coinvolgimento causale delle regioni deputate alla pianificazione motoria—la corteccia premotoria dorsale destra (dPMC) e l’area motoria supplementare (SMA)—nell’immaginazione del ritmo musicale. A tal fine, è stata utilizzata la stimolazione magnetica transcranica (TMS) per interferire con l’attività neurale in queste aree mentre i partecipanti eseguivano il Beat Drop Alignment Task (BDAT), un compito di immaginazione del ritmo. Durante il BDAT, i partecipanti ascoltavano brevi estratti musicali, immaginavano il ritmo durante una fase di silenzio, e giudicavano se un tono probe fosse in tempo oppure no. Abbiamo esaminato gli effetti della TMS, dello spostamento temporale del probe (Probe Displacement, PD), e delle differenze individuali nella sensibilità alla ricompensa musicale, misurata tramite la versione estesa del Barcelona Music Reward Questionnaire (eBMRQ). I modelli lineari misti hanno rivelato effetti robusti del PD: all’aumentare dello spostamento del probe, diminuiva la probabilità di risposte "a tempo", mentre l’accuratezza aumentava, replicando schemi percettivi noti in condizioni di immaginazione silenziosa. La TMS applicata alla dPMC destra ha aumentato significativamente la probabilità di risposte "a tempo", indipendentemente dal grado di disallineamento tra il probe e il battito reale. L’analisi dell’accuratezza ha mostrato che la TMS ha compromesso selettivamente le prestazioni per i PD più piccoli (0–20%), come evidenziato da un’interazione significativa TMS × PD. Questi risultati forniscono una prova causale che la dPMC è cruciale per il mantenimento di rappresentazioni interne del battito con risoluzione temporale fine durante l’immaginazione musicale. Al contrario, la stimolazione della SMA non ha influenzato la prestazione, suggerendo che quest’area possa essere maggiormente coinvolta in aspetti di ordine superiore o in processi legati all’immaginazione melodica, piuttosto che nel mantenimento del battito di base. Inoltre, punteggi più elevati al questionario eBMRQ hanno predetto una maggiore accuratezza nei PD più ampi (31–45%), indicando che una maggiore sensibilità alla ricompensa musicale migliora la performance in condizioni di errore di predizione saliente. Questa evidenza estende risultati precedenti che collegavano la sensibilità alla ricompensa alla percezione del ritmo, dimostrando effetti simili anche in contesti di immaginazione musicale. Complessivamente, questi risultati sottolineano il ruolo fondamentale della dPMC nella simulazione mentale ritmica e mettono in luce l’interazione tra processi motori, precisione temporale e tratti individuali legati alla ricompensa nell’immaginazione del ritmo musicale.