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.