Il tema delle emozioni è sempre stato considerato marginale rispetto allo studio della cognizione umana, nonostante la ricerca sull’argomento sia sempre stata circondata da grande interesse. Tuttavia negli ultimi 30 anni si è affacciata una nuova prospettiva che descrive le emozioni come cause, mediatori o conseguenze di altri processi psicologici, ma soprattutto delle relazioni interpersonali. Il primo studio della presente Tesi di Dottorato è stato concepito come un paradigma di induzione emotiva allo scopo di individuare alcuni marcatori biologici legati all’esperienza soggettiva, all’interno di una prospettiva multimetodologica. In seguito, nel tentativo di considerare anche una dimensione sociale della condivisione emotiva, è stato condotto il secondo studio proponendo stimoli che rappresentassero interazioni reali tra due soggetti interagenti. Questi potevano variare anche in base alla vicinanza filogenetica, ipotizzando che, grazie a meccanismi di mirroring e simulazione, la percezione delle emozioni altrui possa essere più immediata quando l’altro soggetto viene percepito come simile. Infine, l’idea che alcune variabili legate all’interlocutore sociale siano in grado di modulare la capacità di entrare in risonanza con le emozioni altrui è stata approfondita con il terzo studio: un compito sociale reale con pradigma hyperscanning. L’obiettivo era quello di esplorare la presenza di pattern di sincronizzazione durante il compito eseguito in modo cooperativo. In conclusione, i tre studi sono stati condotti seguendo un livello di complessità crescente, da una prospettiva su singolo soggetto ad un approccio diadico, tramite l’utilizzo di stimoli emotivi standard, interattivi e dinamici applicati a contesti semplici, complessi e iper-complessi. / Despite the great interest addressed to the topic of emotions, it has always been treated as a marginal issue if compared to cognition. Nonetheless in the last 30 years a new perspective suggested that emotions are effectively the causes, mediators, or consequences of other psychological processes, and, above all, of interpersonal relations. The first study of the present Doctoral Thesis was conceived as an emotion induction paradigm in the attempt to identify some biological markers of the subjective emotional experience within a multi-method perspective. Then, in the attempt to move a step forward in describing the social dimension of the emotional sharing, the second study was designed by creating emotional stimuli that represented real interactions between two inter-agents. They could also vary for phylogenetic closeness following the hypothesis that, thanks to mirroring and simulation processes, emotion perception is easier when the other agent is perceived as similar. Finally, the idea that some variables related to the social encounter are able to modulate the capacity to resonate with others’ emotions was better explored in the last study: a real social cooperative task in the form of a hyperscanning paradigm. The aim was to explore the presence of synchronized patterns during the joint action. To conclude, the three studies have been designed according to an increased level of complexity, from a single-subject perspective towards a two-person approach, with simple, interactive, and dynamic emotional cues during simple, complex, and hyper-complex emotional contexts.

L’objectif de notre recherche est de comprendre les bases cérébrales de l’interaction sociale dans un contexte de performance musicale grâce à des outils issus des neurosciences (électroencéphalographie : EEG) et du traitement du signal. Ce manuscrit présente tout d’abord un état de l’art des études récentes dans le domaine de l’hyperscanning. Nous offrons une réflexion sur les prérequis et la méthodologie à adopter pour concevoir une expérience prédisposant à l’émergence d’une synchronisation neuronale. Nous explorons ensuite les processus cérébraux mis en jeu lors de la pratique de la musique au travers d’études réalisées en neurosciences. Par la suite nous présentons plusieurs méthodes permettant de calculer des indices de couplage cérébral sur les données récoltées lors d’expériences en hyperscanning. Nous y décrivons en particulier les méthodes de séparation de source conjointe (jBSS) dont l’avantage est de se rapprocher d’une réalité anatomique et physiologique, ainsi que de prendre en compte l’information inter-sujets lors de l’estimation des sources. Enfin, nous détaillons notre contribution au champ des neurosciences sociales sous la forme d’une expérience longitudinale en hyperscanning-EEG. Elle étudie l’interaction sociale de pianistes à quatre mains lors de l’apprentissage d’un morceau de musique sur une période de deux mois. Nous mettons en évidence qu’il existe une corrélation entre l’augmentation de la performance musicale au cours du temps, la synchronisation cérébrale et la qualité de la relation entre les musiciens. / The aim of our research is to understand the neural bases of social interaction in a musical performance context with tools from neuroscience (electroencephalography: EEG) and signal processing. This manuscript first presents a state of the art of recent studies in the field of hyperscanning. We introduce our recommendations on the prerequisites and methodology to design experiments facilitating the emergence of neuronal synchronization. We then explore the cerebral processes involved in the practice of music through studies in neuroscience of music. Subsequently we present several methods to calculate brain coupling on data collected during experiments in hyperscanning. We describe in particular the methods of joint blind source separation (jBSS) whose advantages are to approach anatomical and physiological reality, as well as taking into account inter-subject information when estimating sources. Finally, we detail our contribution to the field of social neuroscience with a longitudinal experience in hyperscanning-EEG. We studied social interaction from musicians playing four hands piano over a two-month period. We highlight a correlation between increased musical performance over time, cerebral synchronization and quality of the relationship between the pianists.

Notre recherche vise à explorer les bases cérébrales de l'interaction sociale, par le biais notamment de l'électro-encéphalographie synchrone de plusieurs individus (hyperscanning-EEG). Cette thèse s'articule autour de trois volets théoriques, méthodologiques et expérimentaux complémentaires dans leur fonction. En premier lieu, nous proposons deux cadres conceptuels éclairant l'analyse des synchronies interindividuelles (couplage) chez l'humain. Le premier cadre s'intéresse aux conditions d'apparition du couplage, que l'on présente en considérant les principes fondamentaux qui semblent prédisposer à son émergence. Le second cadre théorique a pour but d'appréhender les rôles fonctionnels possibles du couplage. On y propose une taxonomie des processus de cognition sociale explorés au cours d'expériences sur le couplage entre sujets en interaction. En second lieu, des travaux en traitement du signal visent à développer des méthodes d'analyse adéquates pour les données produites au cours d'expérimentations en hyperscanning. On s'intéresse en particulier aux approches de séparation de source conjointe (JBSS) permettant de prendre en compte l'information inter-sujet dans la séparation. L'avantage de ces développements récents sur les méthodes classiques est démontré par une étude comparative de leurs performances sur données réelles acquises en hyperscanning-EEG. En dernier lieu, on contribue au champ des neurosciences sociales à travers une étude hyperscanning-EEG qui porte sur les effets du toucher affectif sur le couplage des activités cérébrales et physiologiques entre individus en interaction. Nous montrons que, chez des partenaires en couple, le toucher peut accroitre la dépendance des activités physiologiques, un résultat qui appuie son rôle particulier pour la communication et le support affectif au sein des relations intimes. / This research aims at exploring the neural bases of social interaction with use ofelectroencephalography acquired simultaneously from multiple individuals (hyperscanning-EEG). Wedo so by contributing on three complementary aspects at a theoretical, methodological andexperimental level. First, we provide two theoretical frameworks that can guide and inform theanalysis of interpersonal synchronies. Our first frame focuses on the necessary conditions for brain-tobraincoupling to occur. Our second frame provides a taxonomy for social cognition and situatesexisting studies in the neuroscience of social interaction. Second, we advance on the methodologicalaspects by extending the analysis framework, thereby considering and benefiting from hyperscanning-EEG data. Specifically, we focus on Joint Blind Source Separation (JBSS), a novel signal processing toolthat can take into account brain-to-brain coupling in the estimation of cortical activity. We provide acomparative study of such algorithms on real-world hyperscanning-EEG data and we demonstratetheir appropriateness for analysis of joint neural data. Finally, we contribute experimentally with ahyperscanning-EEG study in which we investigate the effect of affective touch on interpersonalcoupling during a natural interaction. We show that touch can increase coupling of physiologicalactivities between romantic partners. This results supports an instrumental role of interactive touchfor affective communication and support in close relationships.

Notre recherche vise à explorer les bases cérébrales de l'interaction sociale, par le biais notamment de l'électro-encéphalographie synchrone de plusieurs individus (hyperscanning-EEG). Cette thèse s'articule autour de trois volets théoriques, méthodologiques et expérimentaux complémentaires dans leur fonction. En premier lieu, nous proposons deux cadres conceptuels éclairant l'analyse des synchronies interindividuelles (couplage) chez l'humain. Le premier cadre s'intéresse aux conditions d'apparition du couplage, que l'on présente en considérant les principes fondamentaux qui semblent prédisposer à son émergence. Le second cadre théorique a pour but d'appréhender les rôles fonctionnels possibles du couplage. On y propose une taxonomie des processus de cognition sociale explorés au cours d'expériences sur le couplage entre sujets en interaction. En second lieu, des travaux en traitement du signal visent à développer des méthodes d'analyse adéquates pour les données produites au cours d'expérimentations en hyperscanning. On s'intéresse en particulier aux approches de séparation de source conjointe (JBSS) permettant de prendre en compte l'information inter-sujet dans la séparation. L'avantage de ces développements récents sur les méthodes classiques est démontré par une étude comparative de leurs performances sur données réelles acquises en hyperscanning-EEG. En dernier lieu, on contribue au champ des neurosciences sociales à travers une étude hyperscanning-EEG qui porte sur les effets du toucher affectif sur le couplage des activités cérébrales et physiologiques entre individus en interaction. Nous montrons que, chez des partenaires en couple, le toucher peut accroitre la dépendance des activités physiologiques, un résultat qui appuie son rôle particulier pour la communication et le support affectif au sein des relations intimes.