Battimenti, psicoacustica ed ingegneria del suono

Battimenti, psicoacustica ed ingegneria del suono

Ingegneria del suono by Marco Sacco

Brani estratti da Corso Audio Multimediale www.audiosonica.com

Grafici e immagini by Amadeux

2.2. L'orecchio umano L'orecchio umano agisce da trasduttore nel trasformare energia acustica, prima in energia meccanica e successivamente in energia elettrica. Una volta che l'energia è stata convertita dalla forma meccanica a quella elettrica dall'orecchio, gli impulsi elettrici arrivano al cervello attraverso delle terminazioni nervose. Qui vengono elaborati permettendo la percezione del suono e, dulcis in fundo, l'ascolto della musica. L'apparato uditivo è composto da tre sezioni: l'orecchio esterno, l'orecchio medio e l'orecchio interno. L'analisi del funzionamento di queste tre sezioni ci permetterà di capire il meccanismo di percezione del suono e saremo in grado di individuare quali parametri modificare sul suono che stiamo trattando per ottenere il risultato che vogliamo. A questo proposito consideriamo la situazione seguente. Supponiamo di eseguire un missaggio in cui è presente un flautino che ogni tanto fa capolino tra gli altri strumenti. Se vogliamo che sia una presenza eterea, avvolgente, indefinita, possiamo intervenire sul suono tagliandone le alte frequenze. Vedremo tra un momento che uno dei fattori più rilevanti per individuare la direzione di un suono è il suo contenuto di alte frequenze. Tradotto significa che riusciamo più facilmente ad individuare la direzione di un suono con un elevato contenuto di alte frequenze rispetto ad uno contenente solo basse frequenze. Dunque, se vogliamo che il flautino sia ben presente anche se lontano per esempio sulla destra del nostro mix, metteremo il pan-pot a destra e accentueremo le alte frequenze (facendo naturalmente attenzione a non snaturare la natura del suono...).

2.2.1. Orecchio esterno Il primo organo che il suono incontra quando raggiunge l'orecchio è il padiglione auricolare. Questo offre una vasta superficie al fronte sonoro e permette di raccogliere un'ampia porzione del fronte d'onda. Per ottenere una superficie più ampia si portando le mani alle orecchie come viene istintivo fare quando si ascolta un suono molto debole. Il suono viene riflesso dal padiglione auricolare e concentrato verso il condotto uditivo la cui lunghezza è mediamente pari a 3 cm. Questo significa che quando un gruppo di frequenze di valore intorno a 3KHz arrivano all'orecchio, il canale uditivo entra in risonanza e dunque quelle frequenze subiscono una naturale amplificazione. Vedremo in quanti casi viene sfruttata questa grandezza in campo audio e allora sarete contenti di aver superato anche questo ostacolo per arrivare alla conoscenza di questo piccolo ma fondamentale valore.

2.2.2. Orecchio medio Il condotto uditivo termina su una membrana, il timpano, che vibra in accordo con il suono che ha raggiunto l'orecchio. Alla parte opposta del timpano sono collegati tre ossicini chiamati: martello, incudine e staffa. Questi hanno la funzione di amplificare la vibrazione del timpano e ritrasmetterla alla coclea, un ulteriore osso la cui funzione verrà spiegata tra un momento. Questa amplificazione si rende necessaria in quanto mentre il timpano è una membrana molto leggera sospesa in aria, la coclea è riempita con un fluido denso e dunque molto più difficile da mettere in vibrazione. I tre ossicini sono tenuti insieme da una serie di piccoli legamenti che hanno l'ulteriore funzione di impedire che seguano una vibrazione molto ampia con il rischio di rimanere danneggiati nel caso in cui l'orecchio venga sottoposto ad una pressione sonora troppo elevata. Un'apertura all'interno dell'orecchio medio porta alla cosiddetta tuba di Eustachio che consiste di un canale che conduce verso la cavità orale. La sua funzione è quella di dare uno sfogo verso l'esterno in modo da equilibrare la pressione atmosferica ai due lati del timpano (ecco perché sott'acqua è possibile compensare la pressione esterna, che aumenta con la profondità, aumentando la pressione interna tappando il naso e soffiandoci dentro).

2.2.3. Orecchio interno Questa sezione dell'orecchio effettua la conversione dell'energia meccanica in impulsi elettrici da inviare al cervello per l'elaborazione del suono. L'ultimo dei tre ossicini di cui sopra, la staffa, è in contatto con la coclea attraverso una membrana che viene chiamata finestra ovale. La coclea è un osso a forma di chiocciola contenente del fluido (è dotata di tre piccoli canali circolari orientati secondo le tre direzioni dello spazio che vengono utilizzati dal cervello per la percezione dell'equilibrio). Il fluido riceve la vibrazione dalla staffa attraverso la finestra ovale e la trasporta al suo interno dove è presente il vero organo deputato alla conversione dell'energia meccanica in energia elettrica: l'organo del Corti. All'interno dell'organo del Corti troviamo la membrana basilare che ospita una popolazione di ciglia, circa 4000, che vibrano in accordo con la vibrazione del fluido. Ogni gruppo di ciglia è collegato ad una terminazione nervosa in grado di convertire la vibrazione ricevuta dal fluido in impulsi elettrici da inviare al cervello per essere elaborati e percepiti come suoni. Il motivo per cui l'orecchio umano percepisce le frequenze in modo logaritmico deriva dalla composizione della membrana basilare. I gruppi di ciglia, chiamati bande critiche, infatti sono ognuno sensibili ad una finestra di ampiezza 1/3 di ottava dello spettro di frequenza. In altre parole la membrana basilare è suddivisa in settori ognuno sensibile ad una determinata banda di frequenza ognuna di ampiezza pari a 1/3 di ottava e si comporta come un analizzatore di spettro. Ogni volta che il suono aumenta di un'ottava, viene eccitata una parte della membrana sempre equidistante dalla precedente riproducendo così un comportamento di tipo logaritmico.

2.3. Percezione del suono da parte del cervello Senza entrare in discorsi filosofici che, per quanto interessanti non contribuirebbero a raggiungere le finalità di questo corso, diremo solo che la percezione di un suono, come quella della realtà del resto, è un concetto in gran parte soggettivo. Un suono in sé stesso è quello che è, ma la nostra percezione varia in quanto dipende da innumerevoli variabili. Alcune di queste variabili sono: la nostra posizione rispetto al suono, le condizioni del nostro apparato uditivo e soprattutto la forma che il cervello conferisce al suono. L'udito, al pari della vista che interpreta la luce, è capace di percepire solo una parte delle onde acustiche che ci circondano e dunque restituisce un quadro parziale. Inoltre le onde percepite vengono elaborate dal cervello che così 'interpreta' i suoni che deve elaborare. Nel seguito verrà descritto il comportamento del suono dal punto di vista della sua percezione e si mostrerà come in determinate condizioni sia evidente l'azione del cervello che interpreta la realtà sonora piuttosto che restituirla fedelmente. Un esempio molto eloquente in proposito viene descritto nel seguito e prende il nome di battimenti.

2.3.1. Battimenti Quando siamo in presenza di due suoni le cui frequenze differiscono di poco, percepiamo un ulteriore suono simile a un battito il cui ritmo è dato dalla differenza delle due frequenze originarie. Se queste frequenze sono troppo diverse tra di loro il cervello non è più in grado di percepire il suono differenza. Questo dipende dal fatto che le due frequenze, per essere percepite come battimento, debbono eccitare ciglia appartenenti alla stessa banda critica. La frequenza del battimento è pari al numero di volte che le due sinusoidi componenti vanno in fase e fuori fase in un secondo. Vediamo un esempio pratico. Consideriamo due sinusoidi pure di frequenza pari a 400 Hz e 405 Hz. Quando le due sinusoidi vengono sommate danno luogo ad una nuova forma d'onda che viene percepita come battimento. Figura 1 - Analisi in frequenza di Binaural beat - Battimento binaurale o biauricolare in differenza di frequenza

2.3.4. Mascheramento Una frequenza con ampiezza elevata può mascherare frequenze vicine con ampiezze inferiori in quanto frequenze vicine vengono decodificate da ciglia appartenenti alla stessa banda critica. Questa proprietà viene massicciamente sfruttata per realizzare algoritmi di compressione dei dati audio in formato digitale quali l'MP3 e l'ATRAC impiegato sui sistemi MiniDisc. Tali algoritmi consentono compressioni dell'ordine di 5:1.

2.3.5. Effetto Doppler Questo fenomeno si verifica quando o la sorgente sonora o l'ascoltatore sono in movimento. Il classico esempio che viene sempre fatto è quello della sirena di un'ambulanza che arriva di gran carriera, ci supera e prosegue sfrecciando via nella notte. Facciamo riferimento alla figura precedente in cui l'ambulanza è ferma e la sirena emette un suono che, essendo di una certa frequenza, genera dei fronti d'onda a distanza costante l'uno dall'altro. Quando invece il mezzo è in movimento e si avvicina all'ascoltatore, la stessa sirena genera un suono con dei fronti d'onda più ravvicinati rispetto a quando il mezzo era fermo perché muovendosi comprime i fronti d'onda. Dato che ora i fronti d'onda sono più ravvicinati percepiamo una frequenza più alta cioè un suono più acuto. Quando il mezzo ci supera (e sfreccia via nella notte), allontanandosi distanzia i fronti d'onda e dunque in questa fase percepiamo un suono più grave perché ci arriva una frequenza più bassa.

2.3.6. Curve isofoniche Sono grafici molto importanti che permettono di avere un riferimento su come l'orecchio umano reagisca alle diverse frequenze. Sono state ricavate elaborando i dati su un campione statistico sottoposto ad una serie suoni prodotti in una camera anecoica. Tale camera viene disegnata con lo scopo di ridurre al minimo le riflessioni sulle pareti in modo che l'ascoltatore sia raggiunto unicamente dal segnale diretto. Le curve indicano come l'orecchio umano reagisca diversamente alle varie frequenze in termini di intensità sonora percepita. Supponiamo di avere una sorgente sonora in grado di generare onde sinusoidali con frequenza variabile e ampiezza costante. Fissando l'ampiezza per esempio a 80 dBspl noteremmo che un ascoltatore percepisce le basse frequenze come aventi un volume molto basso e man mano che frequenza viene aumentata avrebbe la percezione che anche il volume aumenta (mentre la pressione sonora realmente generata è sempre di 80 dBspl). Questo comportamento si spiega con il fatto che l'orecchio umano ha una percezione diversa dell'intensità sonora al variare della frequenza. Le curve isofoniche sono dette tali in quanto indicano il valore di dBspl necessario per percepire un suono sempre allo stesso volume lungo ogni curva. La frequenza di riferimento per ogni curva è 1KHz e a tale frequenza, il valore di dBspl è pari al valore che identifica una particolare curva e che prende il nome di phon. Per esempio la curva isofonica a 40 phon è quella che a 1 KHz ha un'ampiezza di 40 dBspl. Cominciamo a dare un'occhiata a questi grafici che sembrano un pò ostici e vediamo di capirci qualcosa: Prendiamo una delle curve, per esempio quella a 80 phon e seguiamola dalle basse verso le alte frequenze. Vediamo che a 20 Hz è necessario produrre una pressione sonora di 118 dBspl e questo ci mostra come l'orecchio umano abbia una minore sensibilità alle basse frequenze. Scorrendo la curva verso le alte frequenze vediamo che affinchè l'orecchio percepisca sempre la stessa intensità sonora sono necessari livelli di pressione sonora più bassi. A 1KHz incontriamo il valore di riferimento della curva isofonica che stiamo considerando, dunque 80 dBspl. Oltre questo valore vediamo che la curva ha un minimo in corrispondenza dei 3KHz e vediamo come affinchè l'orecchio percepisca sempre la stessa pressione sonora, la frequenza di 3 KHz deve generare 70 dBspl. Confrontando questo valore con quello a 20 Hz notiamo una differenza di circa 50 dBspl in meno, è una differenza enorme. Questo valore di minimo dipende dal fatto che la frequenza di risonanza del canale uditivo è di circa 3 KHz e dunque tale frequenza viene percepita già a bassi valori di dBspl. Oltre i 3 KHz la curva risale mostrando il livello di dBspl necessario per avere la stessa percezione di volume alle alte frequenze. Le curve vengono mostrate per diversi valori di phon in quanto il comportamento dell'orecchio varia ai diversi valori della pressione sonora. Notiamo come per elevati valori della pressione sonora, l'andamento delle curve isofoniche è quasi piatto.

Suggerimento Il controllo di loudness negli amplificatori da casa è regolato proprio dall'andamento di queste curve. Quando il volume è molto basso, l'inserimento del circuito di loudness avrà come effetto quello di aumentare le basse frequenze allineandone l'ampiezza con le altre. Per volumi elevati, questo allineamento avviene in modo naturale da parte dell'orecchio e dunque l'azionamento del loudenss a questi volumi avrà un effetto pressoché nullo.

2.3.6.1. Descrizione delle curve isofoniche

2.3.6.1.1. Soglia di udibilità (0 phons) La curva isofonica più bassa di tutte viene denominata soglia di udibilità e indica la più piccola variazione di pressione che l'orecchio è in grado di individuare alle diverse frequenze. Ricordiamo che queste curve sono ottenute elaborando dati statistici e dunque che i valori che stiamo considerando possono avere differenze anche notevoli da individuo a individuo.

2.3.6.1.2. Soglia del dolore (120 phons) Per pressioni sonore i cui valori si trovano al di sopra di questa curva l'orecchio comincia a percepire dolore fisico e per esposizioni prolungate si possono generare danni non reversibili. Il volume ideale per eseguire un missaggio (mixdown) è intorno a 80-90 phons. A questi valori il bilanciamento dei volumi delle frequenze è abbastanza uniforme. Se il mixdown venisse eseguito a un volume troppo basso, per esempio a 40 phons, si avrebbe una minore percezione dei bassi e si potrebbe essere tentati ci compensare agendo sugli equalizzatori. Una volta però che il nostro mix fosse riascoltato al 80 phons risulterebbe inondato di bassi...

2.4. Psicoacustica La psicoacustica studia i meccanismi di elaborazione del suono da parte del cervello. La conoscenza di questi meccanismi è fondamentale nella pratica sul suono poichè permette, effettuando le opportune manipolazioni, di ottenere effetti sonori molto sofisticati. Uno dei fattori più importanti nell'elaborazione del suono deriva dal fatto che il cervello si trova a elaborare due flussi di informazione contemporaneamente: quelli che provengono dall'orecchio destro e da quello sinistro. Sono le differenze, a volte anche minime, tra questi due segnali che determinano la nascita di una nuova informazione associata alla composizione delle due onde sonore. In questo caso parliamo di suono stereofonico. Quando invece i due segnali che arrivano alle orecchie sono esattamente uguali parliamo di suono monofonico.

2.4.1.1. Differenze di tempo (fase) Dalla figura precedente si vede come la distanza dalla sorgente onora delle due orecchie sia diversa e ciò si traduce in una differenza nel tempo di arrivo (denominato tempo di interarrivo) di ciascun segnale. Naturalmente ciò implica una differenza di fase in quanto ritardo in tempo e differenza di fase sono intrinsecamente correlate. 2.4.1.2. Differenze di ampiezza Le ampiezze dei due segnali sono diverse sia perché l'ampiezza diminuisce all'aumentare della distanza sia perché il segnale che deve raggiungere l'orecchio più lontano deve aggirare l'ostacolo della testa e nel fare ciò perde energia. Inoltre le frequenze più alte non riusciranno proprio a superare l'ostacolo quindi i due segnali differiranno anche per il contenuto in frequenza. Questo è il motivo per cui risulta difficile individuare la direzione di provenienza delle basse frequenze: queste sono in grado di oltrepassare gli ostacoli senza una perdita di energia rilevante e dunque i suoni che arrivano alle due orecchie sono pressochè identici. Nel caso in cui la sorgente sonora sia esattamente dietro l'ascoltatore, la direzione viene individuata poichè viene riscontrata una mancanza delle alte frequenze che vengono bloccate dal padiglione auricolare.

2.4.1.3. Differenze nel contenuto armonico Riferendoci alla figura precedente vediamo che una delle due onde deve "girare attorno" alla testa per raggiungere l'orecchio più lontano. Ciò comporta una leggera perdita sulle alte frequenze a causa della diffrazione.

2.4.2. Fusione binaurale È quella facoltà del cervello per la quale due segnali simili che arrivano alle due orecchie vengono fusi in un unico segnale; il nuovo segnale è per così dire una creazione del cervello che non esiste nella realtà. Consideriamo per esempio uno xilofono. Eseguiamo una linea melodica e la registriamo su una traccia, successivamente eseguiamo la stessa linea con qualche leggera modifica e la registriamo su un'altra traccia. Facciamo suonare le due linee contemporaneamente mandando una linea sul canale sinistro e l'altra linea sul canale destro. Quello che ne esce è una terza linea melodica derivante dalla fusione delle due precedenti ma che nella realtà non esiste. Questo è uno dei segreti della magia della musica: i singoli strumenti eseguono delle linee melodiche e se facciamo attenzione riusciamo ad isolarle ed ad ascoltarle singolarmente, anche quando gli strumenti suonano tutti insieme. Ma quando lasciamo questa prospettiva e ci spostiamo su un piano più astratto, è in quel momento che riusciamo a percepire ciò che non esiste, la combinazione di tutti i suoni che creano un'armonia: è in quel momento che la musica nasce!

Testi (C) 2001-2005 by Marco Sacco www.audiosonica.com - Grafici e immagini (C) Amadeux

PSICONEUROENDOCRINOIMMUNOLOGIA

LA PSICONEUROENDOCRINOIMMUNOLOGIA – PNEI studio dei rapporti tra Psiche, sistema nervoso, sistema endocrino, sistema immunitario. di Carmela Sgarrella La PNEI è diventata negli ultimi anni una delle discipline più ricche e interessanti dell’intera ricerca medica e scientifica. La PNEI sta trasformando radicalmente il consueto modo frammentato di concepire l’essere umano, proponendo una visione realmente unitaria dell’essere umano e dei suoi principali sistemi di comunicazione interna, una visione olistica in cui la psiche, ossia il pensiero, la coscienza e l’emozione diventano elementi fluidi e dinamici direttamente implicati in ogni processo nervoso, endocrino e immunitario. Prima di addentrarci nell’analisi dei rapporti tra questi grandi sistemi, occorre precisare che le conoscenze relative al sistema nervoso, al sistema endocrino e al sistema immunitario si sono arricchite e modificate tanto da stravolgere completamente la precedente visione della funzione di ciascun sistema. Gli studi condotti dagli anni settanta ad oggi, hanno portato alla individuazione di particolari proteine, i neuropeptidi. La loro scoperta ha ampliato le conoscenze sul funzionamento sia del sistema nervoso che di altri importanti sistemi quale quello endocrino e immunitario, che oggi ci appaiono molto più integrati nello scopo comune di adattare sempre meglio l’organismo all’ambiente. Il dato più sconcertante è la loro produzione contemporanea sia a livello centrale, da parte del sistema nervoso, con funzioni di neuromodulazione, che e a livello periferico, da parte di cellule appartenenti a sistemi diversi quali il sistema endocrino o immunitario o digerente, ponendo il problema del significato funzionale di questa doppia rappresentazione polipeptidica centrale e periferica. Il sistema nervoso I neuropeptidi e i rispettivi recettori, hanno messo in discussione i principi basilari della fisiologia classica riguardo la neurotrasmissione. La trasmissione nervosa avviene tramite la trasformazione dell’impulso da elettrico in chimico a livello delle sinapsi cioè dei punti di contatto tra una cellula e l’altra, ma si supponeva che le sostanze chimiche coinvolte fossero di un solo tipo, i neurotrasmettitori, molecole semplici, eccitatrici o inibitrici, a struttura non polipeptidica e a rapida inattivazione, attualmente identificate in noradrenalina, adrenalina, serotonina, acetilcolina, Gaba (acido gamma amino butirrico), dopamina. Ora si sa che la stessa cellula nervosa libera anche neuropeptidi (fenomeno chiamato "cotrasmissione"), molecole più grosse e più complesse, con una vita più lunga, così che ogni impulso, durante il suo tragitto, viene modulato, ossia arricchito di sfumature al variare dei neurotrasmettitori, dei neuropeptidi e del tipo dei recettori coinvolti. Ma la distinzione tra neurotrasmettitori e neuropeptidi a volte è impossibile: prendiamo ad esempio la vasopressina, essa è al tempo stesso un neuropeptide, un ormone, e un neurotrasmettitore a seconda della sede e della funzione presa di volta in volta in considerazione. La semplice logica dell‘acceso-spento è stata soppiantata da quella più complessa della "neuromodulazione". Lo psicofisiologo francese Jean-Francois Lambert, sul concetto di neuromodulazione ha valutato le possibili variazioni di comunicazione in una singola sinapsi neuronica nell’ordine delle centinaia fino alle migliaia di differenti possibilità. In questo nuovo modello funzionale del sistema nervoso, mentre i neurotrasmettitori classici servono a trasmettere segnali alquanto aspecifici ed elementari, i neuromodulatori neuropeptidici hanno durata relativamente lunga, sono così numerosi e con funzioni tanto integrate che si parla di sistemi neuropeptidici, ed esercitano la loro azione su aree sinaptiche assai vaste armonizzando e modulando insieme le centinaia di migliaia di impulsi elementari che transitano nelle vie nervose, così da influenzare funzioni sempre più complesse, e in ultima analisi il comportamento stesso. E infatti gli studi di psicobiologia sui correlati biologici dei comportamenti umani, hanno mostrato una sconcertante convergenza tra comportamenti e sistemi neuropeptidici, come se ad ogni azione umana corrispondesse un determinato assetto neuropeptidico. L’indagine sui legami tra comportamenti, eventi esterni e modificazioni biologico-somatiche fu intrapresa da Seyle nel ’36. Seyle osservò che animali sottoposti a stimoli nocivi sia fisici sia chimici o in ogni caso minacciosi per la vita, reagivano producendo modificazioni biologiche specifiche e comportamenti finalizzati. In particolare Seyle si rese conto che la percezione di un evento stressante determinava l’attivazione del sistema nervoso vegetativo simpatico, modificazioni del sistema endocrino e un comportamento volto all’annullamento dell’evento stesso. Studi successivi hanno mostrato che sono capaci di stimolare una reazione da stress, come quella descritta per la prima volta da Seyle, non solo le situazioni oggettivamente minacciose, ma anche soggettivamente valutate come tali. Questa capacità si manifesta con il progredire della scala evolutiva. Nell’uomo lo sviluppo del cervello, e in particolare della corteccia cerebrale che presiede alle funzioni cognitive e dell’area limbica che presiede alle emozioni, fa sì che gli impulsi nervosi provenienti dalla stimolazione dei nostri sistemi sensoriali si trasmettano a più aree cerebrali capaci di connettersi tra loro per la fitta rete di interconnessioni gliali. Si realizza così un’integrazione delle informazioni ricevute con le precedenti esperienze e ogni evento viene associato a determinate emozioni così da acquistare una valutazione soggettiva. Ogni emozione diventa così l’espressione di un processo di elaborazione degli stimoli sensoriali e cognitivi capace poi tramite il sistema dei neurotrasmettitori di trasmettere al resto del corpo questa informazione, con conseguenti modificazioni metaboliche capaci di adattare il corpo alle nuove esigenze. I neuropeptidi innescano così tante reazioni a catena, inducendo nel sistema nervoso determinate attività mentali e nuovi stati emozionali, negli altri sistemi "in periferia" quali quello neurovegetativo, endocrino, immunitario ecc., modificazioni metaboliche funzionali. Dunque l’aspetto più interessante di questi studi è quello di aver posto in primo piano nella vita di ogni uomo l’importanza delle emozioni, capaci di innescare reazioni fisiche per adattare l’organismo alle mutate condizioni e consentirgli un adeguato comportamento. Il sistema limbico e le emozioni La struttura coinvolta più direttamente nell’integrazione degli stimoli provenienti dalle varie aree cerebrali e nella elaborazione delle emozioni è il sistema limbico. Con esso si intende una zona del cervello dai confini non ben definiti che include l’ipotalamo, l’ipofisi, l’amigdala, l’ippocampo, il giro cingolato, il fornice, il setto, i nuclei del talamo. Il sistema limbico riesce a stabilire fitte interconnessioni con tutto il resto del cervello e con i principali sistemi del nostro corpo, quali quello endocrino o immunitario, proprio attraverso i neuropeptidi di cui è particolarmente ricco. Sono stati individuati oltre 50 neuropeptidi e alcuni autori (Pancheri, Biondi e altri) li hanno raggruppati in "sistemi peptidergici" correlandoli a determinati comportamenti finalizzati. Sono stati così individuati e proposti quattro sistemi peptidergici: sistema dell’azione, del piacere-dolore, della riproduzione, del supporto biologico di base. Il sistema dell’azione è rappresentato principalmente dai neuropeptidi CRF, ACTH, TRH, Vasopressina. Essi attivano la sequenza ipotalamo-ipofisi- corticosurrene, tipica della reazione da stress con significato generale di tipo adattativo e di aumento delle possibilità di sopravvivenza dell’organismo. Il sistema del piacere-dolore è rappresentato fondamentalmente dai peptidi oppioidi, endorfine e encefaline. Tali peptidi modulano la soglia e la reattività emozionale al dolore, ma anche le reazioni emozionali dei processi di attaccamento e perdita, alcuni comportamenti appetitivi e alimentari, il comportamento sessuale ecc. Il sistema peptidergico della riproduzione è rappresentato dal GnRH ipotalamico, LH, FSH, ossitocina, prolattina, e a livello periferico dagli ormoni gonadici. Queste sostanze, insieme alla loro azione endocrino-metabolica classica, modulano emozioni e comportamenti sessuali, e il complesso delle emozioni che portano all’attaccamento materno oltre ancora a svolgere un ruolo sull’apprendimento e la memoria. Il sistema di supporto metabolico delle funzioni vitali comprende una pluralità di neuropeptidi ognuno con funzioni sia centrali, ossia sul sistema nervoso, che periferiche. I più importanti sono: angiotensina, CCK, bombesina, Vip, neurotensina, gastrina, peptidi intestinali ecc. Essi sono implicati in funzioni fisiologiche essenziali per la vita, tra cui alimentazione e assimilazione, metabolismo, bilancio idrico, sonno, bioritmi, mantenimento della identità genetica. L’evidenza ed il riconoscimento dell’influenza di fattori psichici ed emozionali sui processi biologici e quindi anche sui processi di malattia, hanno raggiunto un maggiore consenso proprio con l’accrescersi di questi studi che hanno documentato su base sperimentale tali rapporti. I neuropeptidi rappresentano dunque il punto di contatto tra corpo e mente, "l’anello mancante" (Pancheri ) capace di spiegare la connessione psicosomatica da tanto cercata. Ogni stimolo provoca emozioni, pensieri e modificazioni organiche contemporaneamente e questo tramite i neuropeptidi e i propri recettori, definiti da Candace Pert, neurofisiologa, direttrice del centro di biochimica cerebrale del NIMH, National Institute for Mental Health, "sostanze informazionali" cioè capaci di trasportare informazioni, immaginando il corpo umano come una rete interdipendente di sistemi informazionali, in cui l’antica divisione tra corpo e mente non esiste più. Il sistema nervoso non deve essere visto più come un semplice incanalatore degli stimoli ambientali nel momento in cui essi colpiscono i vari organi di senso, ma come un elaboratore di informazioni, in accordo alle moderne tesi dei neurofisiologi quali Sperry, Eccels, Pibram. Tutto questo ci impone di ridisegnare i confini del sistema nervoso, modificare i concetti anatomofisiologici su cui ci siamo basati finora e aprire nel campo delle neuroscienze nuove basi biologiche del comportamento. Sistema endocrino Originariamente si considerava che il sistema nervoso e quello endocrino fossero distinti e che le informazioni venissero veicolate nel primo caso attraverso l’impulso nervoso e i neurotrasmettitori chimici, che agivano solo localmente, nel secondo attraverso sostanze chimiche prodotte dalle cellule delle ghiandole a secrezione interna, che venivano immesse nel sangue e andavano ad agire a distanza anche notevole dal sito di produzione. Oggi sappiamo che i due sistemi sono strettamente connessi e la divisione puramente artificiosa. La scoperta che sostanze ad azione ormonale chiamate peptidi sono prodotte, non solo da cellule appartenenti al sistema endocrino classico, ma anche da quelle nervose o del sistema immunitario o del tubo digerente, ha modificato la nostra concezione del sistema endocrino, non più limitato alle ghiandole propriamente dette (ipofisi, tiroide, paratiroidi, surreni, gonadi, pancreas) ma formato da cellule che se pure dislocate in tessuti appartenenti a sistemi diversi, hanno tutte la capacità di secernere ormoni detti anche peptidi o neuropeptidi se secreti da cellule nervose, così che si può affermare che il cervello stesso è anche un organo endocrino e che è artificiosa la distinzione tra neurotrasmettitori, neuromodulatori e ormoni. A.Pearse ipotizzò dieci anni fa che tutte le cellule che producono peptidi sono dei neuroni, con una comune origine dall’ectoderma neurale, confondendo così i confini tra sistema nervoso e sistema endocrino. La scoperta che gli ormoni possono favorire direttamente funzioni quali l’apprendimento, la memoria, ecc.. ha ulteriormente arricchito le connessioni tra i due sistemi. Vent’anni di ricerche hanno ormai stabilito che l’equilibrio del sistema endocrino è sensibile a situazioni e stimoli emozionali non solo stressanti -tipo un intervento chirurgico o una competizione sportiva, l’attesa di un esame, la morte di una persona cara- ma di tutte le emozioni, comprese quelle che provocano un riso a crepapelle per una barzelletta spassosa. Ogni emozione è connessa a dei neurotrasmettitori che vanno a stimolare sia direttamente il sistema nervoso inducendo determinate attività mentali quali attenzione, memoria ecc, sia attivando altre emozioni quali dolore-paura-rabbia ecc, sia producendo modificazioni periferiche sul sistema ormonale propriamente detto così da indurre un metabolismo adeguato alle circostanze. Se, ad esempio, una emozione spinge l’individuo ad agire, in particolare a muoversi e reagire in senso attivo(possiamo immaginare per soccorrere qualcuno in difficoltà) l’ipotalamo stimolato da uno specifico "codice" di vari neurotrasmettitori (noradrenalina NA, dopaminaDA, serotonina 5HT, acetilcolina Ach, acido gamma amino butirricoGABA ) produce un neuropeptide chiamato CRF che induce l’ipofisi anteriore a produrre un ormone chiamato ACTH capace di agire sul corticosurrene stimolando la produzione dell’ormone cortisolo. Tutte queste sostanze, sia il CRF che l’ACTH che il cortisolo, in vario modo, preparano l’organismo all’azione. Il CRF ha un importante ruolo nella regolazione del sistema nervoso vegetativo stimolando il sistema simpatico con l'aumentata produzione di adrenalina e noradrenalina nel sangue, e inibendo il sistema parasimpatico con conseguente eccitazione del sistema cardiocircolatorio così da rendere pronto l’organismo a fronteggiare ogni sforzo fisico. Parallelamente il CRF va a deprimere la produzione di un altro importante neuropeptide, il GnRH gonadotropin realising factor, stimolante la produzione di ormoni sessuali, così da concentrare ogni attività solo sull’azione. L’ACTH oltre ad una azione endocrina di stimolo del cortisolo, possiede anche una azione "centrale" diretta sul cervello stesso rilevabile a livello di risposte comportamentali quali miglioramento della attenzione, delle capacità di prestazione e della reattività. Nel caso di uno stress fisico intenso vengono attivati anche altri ormoni quali gli oppioidi endogeni responsabili della analgesia da stress, e la melatonina che regola il nostro sonno. Anche uno stress puramente emozionale determina una attivazione dei principali sistemi endocrini, e gli ormoni coinvolti variano a seconda del tipo di emozione e della durata della stessa e della maggiore o minore capacità di farvi fronte. Es. lo stress da perdita di una persona cara normalmente non si associa ad una riduzione degli ormoni sessuali, anche se questo può avvenire, mentre uno stress acuto da subordinazione si associa sempre ad una riduzione di questi ormoni. Altra correlazione tra sistema nervoso e sistema endocrino è visibile attraverso lo studio della cronobiologia, ossia dei ritmi del nostro corpo. Il cervello produce neuropeptidi con una certa ritmicità o pulsatilità dipendente probabilmente anche dai condizionamenti ambientali subiti nel corso dell’evoluzione e quindi invia segnali ai vari tessuti e quindi anche alle ghiandole endocrine che a loro volta possono, attraverso una loro soglia di concentrazione nel sangue, regolare in maniera retroattiva la produzione dei neuropeptidi cerebrali e quindi in ultima analisi la loro stessa produzione. Il sistema immunitario Anche in questo campo le scoperte degli ultimi anni hanno rivoluzionato l’immagine del sistema immunitario. La tradizionale concezione del sistema come puro meccanismo difensivo comandato dallo stimolo antigenico è stata ormai abbandonata. Le cellule immunitarie interagiscono costantemente con il sistema nervoso e il sistema endocrino a tal punto che non c’è modificazione del sistema nervoso che non si associ a modificazioni del sistema endocrino e immunitario e viceversa. E come può avvenire tutto questo? Le fibre del sistema nervoso autonomo innervano gli organi linfatici avvolgendoli e infiltrandoli così da creare delle strettissime connessioni con i linfociti, si parla infatti di ‘giunzioni neuroimmunitarie’, così che ogni più piccola variazione nell’equilibrio del sistema simpatico-parasimpatico viene registrata dalle cellule immunitarie. Inoltre l’individuazione sulla parete cellulare dei linfociti di recettori per una serie di sostanze che possono attivare o inibire le loro funzioni è stata decisiva per comprendere una delle basi molecolari dell’influenza della mente sul sistema immunitario. Questi recettori sono come serrature che si possono aprire per dare inizio a delle attività cellulari e le molecole che interagiscono con essi sono neurotrasmettitori, neuopeptidi, ormoni. I linfociti posseggono recettori per i neurotrasmettitori del sistema nervoso autonomo, noradrenalina, adrenalina, acetilcolina. Così ogni più piccola modificazione del sistema simpatico-parasimpatico, e della concentrazione dei suoi neurotrasmettitori, a livello delle giunzioni neuroimmunitarie, produrrà i suoi effetti sulle cellule immunitarie stesse, che verranno più o meno stimolate. E’ stato visto, in animali da esperimento, che denervando linfonodi e milza, organi nei quali le cellule immunitarie vengono immagazzinate e prodotte, la risposta immunitaria dopo inoculazione di un virus, era enormemente ridotta. Dunque il sistema nervoso non solo è collegato a quello immunitario, ma è essenziale per una funzione immunitaria appropriata. Se consideriamo poi quanto il sistema nervoso autonomo, attraverso una eccitazione o inibizione del simpatico o del parasimpatico, possa far esprimere a tutto il corpo una emozione nata nel sistema nervoso centrale, allora ci apparirà sempre più evidente il nesso tra emozioni e sistema immunitario. Altri recettori linfocitari sono specifici per i neuropeptidi ipotalamici e ipofisari: CRH, TRH, GRF, GnRH, encefaline, endorfine, ACTH, VIP, sostanza P, alfaMSH, prolattina e per ormoni propriamente detti quali estrogeni, ormoni tiroidei ecc. Ogni nuovo assetto neuroendocrino, che sappiamo si stabilisce al variare delle richieste del nostro corpo per fronteggiare gli eventi della vita, da quelli banali dei ritmi sonno-veglia, alle cicliche modificazioni ormonali per garantire una procreazione, alle continue sollecitazioni del mondo esterno che richiedono adattamenti fisici e psichici, alle emozioni più o meno forti, si associa ad un adattamento del sistema immunitario. E come il cervello è in grado di apprendere e di memorizzare, così fa anche il sistema immunitario, capace di riconoscere il "sé" dall’estraneo e di produrre quella memoria immunitaria che ci protegge da nuove aggressioni dello stesso virus o che ci rende immunodepressi di fronte anche al solo ricordo di un evento stressante.

Battimenti binaurali e stati cerebrali

Battimenti binaurali e stati cerebrali

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Frequenze "Binaural Beats" o battimenti biauricolari Innanzitutto diciamo che "Binaural beat" si puo' tradurre dall'inglese in battiti binaurali o battimenti biauricolari. I battimenti binaurali sono quindi dei battimenti sonori veicolati da due suoni diversi e separati per i due padiglioni auricolari, a differenza dei battimenti monoaurali che invece possono utilizzare anche un singolo suono e orecchio. Data la complessità dell'argomento cercheremo di fornire informazioni e spiegazioni semplici ma anche informazioni tecnico-scientifiche piu' complesse supportate e integrate - per quanto possibile - da immagini, grafici, animazioni, video, audio e altri elementi utili che troverete anche in altre sezioni e pagine di questo stesso sito. Cosa sono le frequenze "Binaural Beats" Se un tono costante di 424 Hz (1 Hertz = 1 impulso al secondo), viene applicato all'orecchio sinistro, e un altro tono costante di 454 Hz viene applicato all'orecchio destro, la differenza di 30 Hz verra' percepita dal nostro cervello; e cio' lo stimolera' in diversi modi. Le frequenze "Binaural Beats", scoperte nel 1839 dal tedesco H. W. Dove e sperimentate sul cervello dal Dott. Gerald Oster nel 1973 al Mount Sinai school of Medicine di New York, sono l'applicazione di queste differenze in frequenza tra un orecchio e l'altro, in modo che il cervello ne venga stimolato positivamente. Queste riescono a stimolarlo in differenti maniere, agevolando il rilassamento, l'apprendimento, la meditazione, il sonno e molti altri aspetti della vita. Frequenze e stati cerebrali L'elettroencefalogramma è utilizzato per misurare le vibrazioni elettriche del cervello, applicando degli appositi strumenti sulla superficie del cuoio capelluto. Il tracciato che ne risulta contiene, solitamente, frequenze al di sotto dei 30Hz. Le frequenze si possono classificare in 4 stati principali: Delta da 0,5 a 4Hz >> Sonno profondo Theta da 4 a 8 Hz >> Sonnolenza e primo stadio del sonno Alpha da 8 a 14 Hz >> Rilassamento vigile Beta da 14 a 30 Hz >> Stato di allerta e di concentrazione La frequenza dominante nell'elettroencefalogramma determina in quale stato il cervello si trova, e, se l'ampiezza delle onde alpha e' piu' alta delle altre, si dice che il cervello si trova nello stato Alpha. Indurre il cervello nello stato desiderato tramite le "Binaural Beats" Se lo stimolo esterno e' applicato al cervello, diventa possibile mutarne la frequenza, da una sua condizione ad un'altra. Per esempio, se una persona è nello stato Beta (allarme) ed uno stimolo di 10Hz e' applicato al suo cervello per un certo tempo, e' probabile, allora, che la frequenza dello stesso vari, sincronizzandosi a quella cui lo si espone. Quando lo stato del cervello e', gia' in precedenza, vicino allo stimolo applicato, l'induzione agisce piu' efficientemente. Infatti, se si vuole condurre le cellule cerebrali ad un certo stato di "emittenza" e' necessario applicare ad esse una frequenza che corrisponda alla "lunghezza d'onda" in cui si trovano, in quel momento; poi, la si aumentera', o diminuira', con una velocita' tale che il cervello sia sempre in sincronia con lo stimolo applicato; sino a che giungera' allo stato desiderato. E' difficile stabilire in che condizione si trovi il cervello; ma, si puo' supporre che, durante il giorno, si emettano, solitamente, delle onde Beta (20Hz); quindi, potrete iniziare da quella frequenza, per poi aumentarla, verso l'alto, o diminuirla, verso il basso. Se, invece, la situazione neuro-cerebrale e' piu' rilassata, iniziate pure da 15Hz, o, meno; e viceversa. Stimolare il cervello I due modi piu' semplici per stimolare, dall'esterno, il cervello avvengono tramite le sensazioni auditive e visive. Già nelle missioni spaziali vengono usate queste tecniche; ad esempio, quando gli astronauti devono - per emergenze, o per esigenze tecniche - lavorare, molte ore, senza pausa; oppure, restare svegli per supervisionare gli strumenti. Allora, essi si sottopongono ad un trattamento, a base di lampi ad intermittenza e suoni, che sposta il loro orologio biologico e riattiva la loro concentrazione, permettendo loro di vincere il sonno e la stanchezza. Siccome l'orecchio umano non riesce a percepire le onde sonore al di sotto dei 20Hz, è necessario usare delle tecniche speciali, chiamate, appunto, "Binaural Beats" (termini che, in italiano, si puo' tradurre in "Battimenti Biauricolari"). Se applichiamo all'orecchio sinistro un tono costante di 495Hz, e all'orecchio destro un tono costante di 505Hz, questi due toni verranno riunificati dal cervello, che - in tal modo - percepira' quella loro differenza di 10Hz, e ne verra' stimolato. Ciò avviene tramite delle cuffie stereo, dove i suoni destro e sinistro non si fondono, prima di essere percepiti - come, invece, accadrebbe, ascoltando le frequenze da normali casse acustiche. Per ottenere uno stimolo di 10Hz, e' possibile usare i toni di 495Hz e di 505Hz, o di 400Hz e di 410Hz, o di 862Hz e di 872Hz, e così via. L' unico requisito necessario e' che il tono sia percepito abbastanza bene e che si trovi nella fascia sotto i 1000Hz. Stimolare il cervello tramite stimoli visivi Applicare lo stimolo visivo e' piu' semplice che farlo tramite quello sonoro, perche' le frequenze basse possono essere usate prontamente. Una frequenza di 10Hz, per esempio, è generata quando una luce (una lampada) si accende e si spegne ritmicamente per 10 volte al secondo. Quando lo stimolo visivo e' unito allo stimolo sonoro l'induzione e' molto piu' efficace che durante l'uso di una sola delle due tecniche. Effetti delle condizioni alterate del cervello Il fatto di ascoltare passivamente le frequenze non è necessariamente sufficiente ad alterare il vostro stato cerebrale; la predisposizione, la capacita', la forza di volonta' e la concentrazione aiutano molto e donano effetti piu' intensi. Aiutare la meditazione La meditazione consiste nell'alterare, con la forza di volonta', il proprio stato cerebrale, portandolo allo stato desiderato. Queste tecniche possono aiutare a raggiungere lo stato di rilassamento necessario per eseguire una buona sessione di meditazione. Le frequenze più adatte si trovano nella gamma delle frequenze Alpha; cioe', da 8Hz a 13Hz. Aumentare la capacità di apprendimento La condizione Theta (4Hz-7Hz) favorisce la capacità e la velocità di apprendimento. Infatti, i bambini vivono, naturalmente, nella fase Theta, piu' che gli adulti; e, cio', spiega perchè essi riescano ad apprendere, molto meglio che gli adulti, per esempio, una seconda lingua. Anche le frequenze Alpha sono di incalcolabile utilita', durante l'apprendimento. Queste tecniche possono essere utili anche per alleviare mal di testa, per la riduzione del fabbisogno di sonno; per l'eliminazione della depressione, dei disordini nella capacità di attenzione e della concentrazione, e per molto altro. http://www.amadeux.net/sublimen/articoli/frequenze_binaural_beats_battimenti_binaurali_stat.html