AUTOCOSTRUZIONE E SCHEDE

Psicoacustica di Carolyn Villemez

Tradotto da Gianluca

SCHEDA

Di cosa si tratta:

Una traduzione interessante


L'importanza di iscrivervi alla newsletter

Chi lo ha Scritto:

Carolyn Villemez  pagewww.the-aps.org

Chi lo ha tradotto:

Gianluca   romanigian@gmail.com

PREFAZIONE

 

ciao Davide

sono Gianluca di Pordenone, mi hai pubblicato nel tuo sito un paio di recensioni-prova di un amplificatore a stato solido Aeron e uno ibrido Sheng-Ya. Negli ultimi tempi ho completato un grosso lavoro relativamente alla traduzione e adattamento di un testo americano che ho trovato in rete, riguardante un esperimento scientifico piuttosto concreto sulla percezione delle frequenze ultrasoniche da parte del sistema orecchio/cervello umani. Dato che l'argomento psicoacustica secondo me è molto interessante e se ne sa ancora davvero poco, ho portato avanti e completato il lavoro nonostante la complessità dell'argomento e la quantità di materiale. Sono stato supervisionato da un dottore in audioprotesi che mi ha confermato la correttezza di quanto tradotto e ho avuto contatti con i proprietari dei diritti letterari negli Stati Uniti, i quali mi hanno risposto che non c'è alcuna spesa di copyright, che è sufficiente indicare con dovizia di particolari la fonte e scrivere che siccome non hanno potuto controllare la correttezza della traduzione (non sapendo l'italiano) dichiarano che la traduzione è solamente lavoro del traduttore e non si prendono responsabilità per inesattezze. Ecco esattamente cosa mi hanno scritto:

"Attached is the Permission letter allowing you to reprint the copyrighted article translated into Italian. There will be no copyright charge, but we do ask that you give the original article citation [author, title, journal, Year, page number] and the following caveat as noted in our permission letter: This translation is solely the work of the translator and has not been reviewed or approved by the American Physiological Society which cannot take any responsibility for any inaccuracies that may have been introduced in the translation.”Other than that, good luck with your endeavor.

Carolyn Villemez

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Tel: 301-634-7964

Fax: 301-634-7245

Email: cvillemez@the-aps.orgPlease

check out our Web page www.the-aps.org

 

LA TRADUZIONE

 

Tradotto dal sottoindicato sito da Gianluca

www.the-aps.org

 

I suoni inudibili ad alta frequenza influiscono sull’attività cerebrale: l’effetto ipersonico

Articolo originariamente pubblicato da “Il giornale di neurofisiologia”, Vol. 83 Numero 6 giugno 2000, pp.  3548-3558, Copyright ©2000 by the American Physiological Society traduzione e adattamento di Gianluca Romani

Oltre agli argomenti strettamente correlati alle tematiche tecnologiche, nella fattispecie elettronica ed elettroacustica, il mio interesse alla riproduzione del suono si estende anche ad argomenti indirettamente coinvolti nella fenomenologia audio. Alcuni argomenti a mio avviso di grande interesse, anche per il loro scarso studio e sperimentazione, la loro scarsa diffusione, e la recente considerazione a livello medico/scientifico, riguardano i fenomeni di psicoacustica. Questo recente termine indica studi che si spingono oltre il consueto funzionamento dell’orecchio, analizzando particolari effetti e sensazioni di percezione sonora umana legati al sistema orecchio-cervello e cercando di interpretare il legame tra questi due organi, in parte a livello cognitivo e psicologico, in maggior parte a livello biochimico. Spinto da questo interesse, circa cinque anni fa la mia ricerca in Internet ha fruttato un articolo in lingua inglese alquanto interessante per il popolo audiofilo. La fonte è piuttosto accreditata, essendo gli autori una squadra di studiosi universitari medici giapponesi; la pubblicazione originale è l’organo di stampa ufficiale della Società

Americana di Fisiologia. Per rendere maggiormente comprensibile, a livello personale, l’intero testo – già complicato per sua natura per chi non ha dimestichezza con argomenti e terminologia medica – la curiosità è stata lo stimolo principale che ha motivato la volontà di iniziarne la traduzione scritta, accantonata dopo poco. Una volta ripresa per mano e completata ho pensato potesse essere utile, considerata l’esigua quantità e la particolare tipologia di tali temi, divulgarne i contenuti per poter prenderne consapevolezza. Ringrazio in particolare il Dott. Marco Capellupo, dottore in tecniche audioprotesiche, per il supporto nella correzione relativamente ai concetti di anatomia e traduzione di termini specificatamente medici; Peter Wagner (University Of California, San Diego, Dept. Of Medicine), Mark Goodwin e Carolyn Villemez (director, editorial manager, production administrator) della American Physiological Society, Bethesda, Maryland, con i quali sono stato in contatto per il permesso alla traduzione e pubblicazione. “This translation is solely the work of the translator and has not been reviewed or approved by the American

Physiological Society which cannot take any responsibility for any inaccuracies that may have been introduced in the translation.” (La APS non si considera responsabile per inaccuratezza della traduzione in quanto non ha potuto analizzare e approvare la versione italiana)

Introduzione

Come già il titolo stesso può far intendere, l’argomento della sperimentazione e la seguente relazione sono

incentrati attorno ai fenomeni di percezione e interpretazione di stimoli sonori da parte del sistema orecchiocervello

derivanti dalla loro esposizione a segnali di natura variabile appartenenti ad una gamma di

frequenze superiore rispetto a quello che viene convenzionalmente considerato il limite massimo di udibilità

umana. Quanto viene evidenziato dai presenti studi sembra costituire quindi una prova certa, misurata, di

come le alte frequenze oltre la soglia uditiva tradizionale di 20 kHz possano in realtà attivare meccanismi a

livello neuronale nel computer di bordo della nostra scatola cranica. Questo significa che componenti sonore

che fino ad oggi sono state svilite nella loro importanza perché considerate ai confini delle possibilità fisiche

dell’essere umano in realtà, anche a livello non pienamente conscio, contribuiscono insieme a materiali

sonori di altre frequenze a stimolare zone del cervello e sue operazioni di interpretazione delle informazioni

sonore. In poche parole, quello che sembrava non fosse udibile dall’orecchio nella sua struttura “meccanica”

(ossicini, timpano, ecc) in realtà viene percepito e comunicato comunque al cervello sottoforma di stimoli di

natura diversa e concorre a determinare nell’ascoltatore precise sensazioni che poi possono innescare

reazioni emotive. Analisi di questo tipo in futuro possono costituire la certezza di quanto siano importanti e

determinanti i materiali e le realizzazioni dei tweeter, della risposta in frequenza degli amplificatori, dei

microfoni per le registrazioni, dell’utilizzo di filtri durante l’editing dei CD, della loro frequenza di

campionamento. Di molte di queste cose gli appassionati ed esperti del settore audio se ne sono sempre

accorti. È ben nota l’importanza di una corretta riproduzione della gamma alta e altissima per conferire

ariosità, dettaglio e ambienza al materiale sonoro registrato; è ben noto quanto sia limitata e limitante la

frequenza di campionamento di 44,1 kHz dello standard compact disc. A prescindere da età, sesso,

condizioni psicofisiche, sembra quindi che si conosca ancora poco del reale meccanismo di trasduzione

sonora operata dall’impianto cerebrale umano e che sia necessario e davvero importante effettuare ulteriori

ricerche e prove per poter - oltre alle implicazioni di natura medica – migliorare l’ascolto e rendere più

veritiera e godibile la musica riprodotta. G.R.

Autori: Tsutomu Oohashi, Emi Nishina, Manabu Honda, Yoshiharu Yonekura, Yoshitaka Fuwamoto,

Norie Kawai, Tadao Maekawa, Satoshi Nakamura, Hidenao Fukuyama, e Hiroshi Shibasaki

Department of KANSEI Brain Science, ATR Human Information Processing Research Laboratories, Kyoto;

Department of Network Science, Chiba Institute of Technology, Narashino; Human Interface Research and

Development Section, National Institute of Multimedia Education, Chiba; Department of Brain

Pathophysiology, Kyoto University School of Medicine, Kyoto; Laboratory of Cerebral Integration, National

Institute for Physiological Sciences, Okazaki; Biomedical Imaging Research Center, Fukui Medical

University, Fukui; Department of Environmental and Information Sciences, Yokkaichi University, Yokkaichi;

Institute of Community Medicine, University of Tsukuba, Tsukuba; Foundation for Advancement of

International Science, Tsukuba; and Art and Technology Project, ATR Media Integration & Communications

Research Laboratories, Kyoto, Japan

PREFAZIONE

Nonostante sia generalmente accettato che gli esseri umani non possono percepire suoni nella gamma di

frequenza superiore ai 20 kHz, la domanda se l’esistenza di tali componenti inudibili ad alta frequenza possa

influire sulla percezione acustica di suoni udibili rimane senza risposta. In questo studio abbiamo usato

misurazioni fisiologiche non-invasive delle risposte del cervello per fornire l’evidenza che i suoni contenenti

componenti ad alta frequenza (HFC) oltre la gamma udibile influiscono significativamente sull’attività

cerebrale degli ascoltatori. Abbiamo usato la musica gamelana di Bali, che è estremamente ricca di alte

frequenze, avente una struttura non stazionaria, come sorgente di suono naturale, dividendola in due

componenti: una componente udibile a bassa frequenza (LFC) sotto i 22kHz e una ad alta frequenza (HFC)

oltre i 22kHz. L’attività elettrica cerebrale e il flusso sanguigno delle regioni cerebrali sono state misurate

come marcatori dell’attività neuronale mentre i soggetti erano esposti a suoni con varie combinazioni di LFC

e HFC. Nessuno dei soggetti ha riconosciuto le alte frequenze come suono quando queste erano presentate

da sole. Tuttavia, lo spettro energetico della gamma di frequenze alfa dell’elettroencefalogramma spontaneo

(alpha-EEG) registrato dalla regione occipitale aumentava con importanza statistica quando i soggetti erano

esposti ad un suono contenente sia HFC che LFC, comparato con un altrettanto identico suono dal quale le

HFC erano state rimosse. Le misure della tomografia ad emissione di positroni (PET) hanno rivelato che,

quando HFC e LFC erano presentate insieme, il flusso sanguigno nel tronco encefalico e nel talamo sinistro

aumentavano significativamente in confronto alla stessa prova con un suono privo di HFC oltre i 22kHz ma

che per il resto era identico. Elettroencefalogrammi simultanei hanno dimostrato che l’energia dell’alpha-

EEG occipitale era significativamente correlata con il flusso sanguigno cerebrale nel talamo sinistro. Una

valutazione psicologica ha indicato che i soggetti trovavano più piacevole un suono contenente HFC

piuttosto che lo stesso suono privo di HFC. Questi risultati indicano l’esistenza di una risposta, prima

sconosciuta, al suono complesso che contiene tipi particolari di alte frequenze oltre la gamma udibile.

Definiamo questo fenomeno “effetto ipersonico”.

INTRODUZIONE

E’ generalmente accettato che le frequenze audio oltre i 20kHz non influenzano la percezione sensoriale

umana dato che sono oltre la gamma udibile. Così, per esempio, la gran parte dei formati audio digitali

commerciali (ad esempio i CD, i nastri digitali e le trasmissioni radio con audio digitale) sono stati

standardizzati ad una gamma di frequenze che non permette a queste componenti ad alta frequenza di

essere incluse. Come premessa per determinare questi formati, vari esperimenti psicologici sono stati

effettuati per valutare la qualità del suono soggettivamente tramite questionari, in accordo con la

raccomandazione del Comité Consultatif International Radiophonique (CCIR 1978) o delle sue versioni

modificate. Studi effettuati da Muraoka (1978) e Plenge (1979), così come altri studi, hanno concluso che gli

ascoltatori non riconoscevano coscientemente che l’inclusione di suoni con una gamma di frequenza oltre i

15kHz fosse responsabile di una certa differenza nella qualità del suono. Tuttavia artisti e tecnici che

lavorano per produrre musica acusticamente perfetta per scopi commerciali sono convinti che la

manipolazione intenzionale di alte frequenze sopra la gamma udibile possa influenzare positivamente la

percezione della qualità del suono. Infatti la Conferenza dell’Audio Avanzato organizzata dalla Japan Audio

Society (Società Audio Giapponese, 1999) ha proposto due formati di audio digitale avanzato della prossima

generazione: super audio compact disk (SACD) e digital versatile disk audio (DVD-audio). Questi formati

hanno una risposta in frequenza superiore a 100 kHz e 96 kHz rispettivamente. Comunque, la proposta non

era basata su dati scientifici riguardanti gli effetti biologici delle alte frequenze che diventerebbero disponibili

con questi formati avanzati. Sebbene recentemente ci siano stati vari tentativi di esplorare l’effetto

psicologico delle alte frequenze inudibili sulla percezione del suono usando un formato audio digitale avente

una più alta frequenza di campionamento di 96 kHz, nessuno di questi studi ha spiegato in modo

convincente il meccanismo biologico del fenomeno. Questo può riflettere, in parte, le limitazioni

dell’approccio tecnico audio convenzionale per la determinazione della qualità del suono, che è unicamente

basato su una valutazione soggettiva ottenuta tramite questionari. Ci sono due fattori che potrebbero avere

qualche rapporto con tale questione. Primo, è stato suggerito che l’esposizione infrasonica potrebbe avere

un effetto avverso sulla salute umana, indicando che la sensibilità biologica degli esseri umani potrebbe non

essere parallela dell’udibilità “consapevole” della vibrazione dell’aria. Secondo, l’ambiente naturale, come le

foreste pluviali tropicali, contengono normalmente suoni che sono estremamente ricchi di alte frequenze oltre

i 100 kHz. Da un punto di vista antropogenetico, il sistema sensoriale degli esseri umani esposto ad un

ambiente naturale costituirebbe una buona occasione per sviluppare una certa sensibilità fisiologica alle alte

frequenze. E’ prematuro concludere che i suoni ad alta frequenza non udibili coscientemente non abbiano

effetto sullo stato fisiologico degli ascoltatori. Nel presente studio, quindi, abbiamo indirizzato tale questione

usando misure quantificabili e riproducibili dell’attività cerebrale. Per misurare le risposte fisiologiche umane

alle alte frequenze abbiamo selezionato due tecniche non-invasive: analisi dell’elettroencefalogramma (EEG)

e tomografia ad emissione di positroni del flusso sanguigno della regione cerebrale. Questi metodi hanno

caratteristiche complementari. L’EEG ha un’eccellente risoluzione nel tempo, la sua sensibilità verso lo stato

di funzionamento del cervello umano, e pone meno costrizioni fisiche e mentali sui soggetti rispetto ad altre

tecniche come la functional magnetic resonance imaging (fMRI). Questo è di speciale importanza perché

alcuni responsi potrebbero essere distorti proprio da un ambiente di misura stressante. Su un altro versante,

la PET ci fornisce una dettagliata informazione spaziale circa i substrati neuroanatomici dell’attività

cerebrale. Combinando queste due tecniche con valutazioni psicologiche, forniamo qui l’evidenza che i suoni

inudibili ad alta frequenza hanno un effetto significativo sugli esseri umani.

METODI

Soggetti

Ventotto volontari giapponesi (15 maschi e 13 femmine, aventi età tra i 19 e i 43 anni) hanno partecipato agli

esperimenti con EEG; 12 volontari giapponesi (8 maschi e 4 femmine, tra i 19 e i 34 anni) hanno partecipato

agli esperimenti con PET; e 26 volontari giapponesi (15 maschi e 11 femmine, tra i 18 e i 31 anni) hanno

partecipato agli esperimenti psicologici. Nessuno dei soggetti ha avuto alcuna storia di disturbi neurologici o

psichiatrici. Un consenso scritto è stato ottenuto da tutti i soggetti prima degli esperimenti. Gli esperimenti

con PET ed EEG sono stati eseguiti in accordo con l’approvazione del Comitato Dell’Etica Medica, Scuola

Superiore di Medicina, Università di Kyoto. Tutti i soggetti avevano familiarità con i suoni reali degli strumenti

usati come sorgente sonora.

Materiali sonori e sistemi di presentazione

Musica tradizionale gamelana dell’isola di Bali, Indonesia, una sorgente di suono naturale contenente la più

ricca somma di alte frequenze con una struttura notevolmente fluttuante, è stata scelta come base per tutti

gli esperimenti. Una composizione tradizionale gamelana, "Gambang Kuta," suonata da "Gunung Jati", un

gruppo gamelano di Bali riconosciuto a livello internazionale, è stato registrato usando un microfono B&K

4135, un preamplificatore microfonico B&K 2633, e un alimentatore B&K 2804, tutti costruiti da Brüel and

Kjær (Nærum, Denmark). I segnali sono stati codificati da un processore di segnale a un bit ed alta velocità

di Y. Yamasaki (brevetto americano del 1991, numero 5351048) con una frequenza di campionamento A/D

di 1,92 MHz e immagazzinati in un registratore di dati digitali DRU-8 (Yamaha, Hamamatsu, Japan). Questo

sistema ha una risposta in frequenza generalmente piatta di oltre 100 kHz.

La maggioranza dei sistemi audio convenzionali che sono stati usati per presentare il suono al fine di

determinarne la qualità si sono rivelati inadatti per questo particolare studio. Nei sistemi convenzionali i suoni

contenenti alte frequenze sono esposti come segnali non filtrati attraverso un circuito passa-banda e i suoni

senza alte frequenze sono prodotti facendo passare i segnali della sorgente attraverso un filtro passa-basso.

Così le componenti udibili a bassa frequenza (LFC) sono esposte attraverso differenti percorsi che possono

avere differenti caratteristiche di trasmissione, incluse la risposta in frequenza e il ritardo di gruppo. Oltre a

questo, la distorsione da intermodulazione può diversamente influenzare le LFC. Quindi è difficile escludere

la possibilità che ogni differenza osservata tra i due suoni differenti, quelli con e quelli senza alte frequenze,

possa risultare da differenze nelle basse frequenze udibili piuttosto che dall’esistenza delle alte frequenze.

Per superare questo problema, abbiamo sviluppato un sistema di riproduzione del suono a due canali che ci

consentiva di presentare le basse frequenze udibili e le alte frequenze non-udibili sia separatamente che

simultaneamente. Per prima cosa, i segnali sorgente dal convertitore D/A del processore di segnale ad alta

velocità e un bit sono stati divisi in due. Poi, le LFC e le HFC venivano riprodotte facendo passare questi

segnali attraverso filtri programmabili passa-basso e passa-alto (FV-661, NF Electronic Instruments, Tokyo,

Japan) rispettivamente, con una frequenza di incrocio di 26 o 22 kHz e un’attenuazione di 170 o

80 dB/ottava, a seconda del tipo di test. In seguito, le LFC e HFC venivano amplificate separatamente con

amplificatori di potenza P-800 e P-300L (Accuphase, Yokohama, Japan), rispettivamente, e presentate

attraverso un sistema di altoparlanti consistente in woofers doppio cono e in un tweeter a tromba per le

frequenze più basse e in un supertweeter a cupola con diaframma in diamante per quelle alte. Il sistema di

altoparlanti è stato progettato da uno degli autori (T. Oohashi) e costruito da Pioneer Co., Ltd. (Tokyo,

Japan). Questo sistema di riproduzione del suono aveva una risposta in frequenza piatta di oltre 100 kHz. Il

livello della pressione sonora presentata era regolato individualmente in modo che ciascun soggetto si

sentisse a proprio agio; così il livello massimo era approssimativamente di 80-90 dB (SPL) nella posizione di

ascolto.

Usando il sistema di presentazione del suono a due canali (classica stereofonia, n.d.t.), quattro differenti

combinazioni sonore sono state preparate come di seguito:

1) suono a gamma estesa (FRS) = HFC + LFC;

2) suono con le alte frequenza tagliate (HCS, high-cut sound) = solo LFC ;

3) suono con le basse frequenze tagliate (LCS, low-cut sound) = solo HFC;

4) tappeto di fondo = nessun suono tranne il rumore ambientale.

Tutti gli esperimenti sono stati effettuati in una stanza acusticamente isolata. Negli esperimenti PET era

presente un rumore molto lieve dalla ventola dello scanner PET, che non dava fastidio ai soggetti. La figura

1A mostra lo spettro della potenza media del segnale sorgente ottenuto con un analizzatore di spettro FFT, il

CF-5220 (Ono Sokki, Tokyo, Japan) durante un periodo di analisi di 200 secondi. Esso conteneva una

notevole somma di alte frequenze oltre la gamma udibile, spesso eccedente i 50 kHz e, in alcuni momenti, i

100 kHz. La figura 1B mostra lo spettro della potenza media dei suoni riprodotti con una frequenza di taglio

superiore di 22 kHz e registrati nella posizione della testa del soggetto. Lo spettro del suono a gamma

estesa (FRS) era essenzialmente lo stesso di quello della sorgente e conteneva sia LFC sotto e HFC oltre i

22 kHz. Nessuno dei soggetti bendati ha potuto distinguere il suono con le basse frequenze tagliate (LCS)

(cioè solo alte frequenze HFC) dal silenzio quando era presentato da solo. Perciò abbiamo concluso che le

alte frequenze impiegate nella presente impostazione sperimentale erano, almeno, una vibrazione dell’aria

non riconoscibile coscientemente.

Registrazioni e analisi dell’’EEG

Gli esperimenti EEG sono stati eseguiti nel laboratorio EEG del National Institute of Multimedia Education. Ai

soggetti veniva chiesto di sedere su una sedia in posizione rilassata. La distanza dagli altoparlanti alle

orecchie dei soggetti era di circa 2,5 metri. Un’attenzione speciale è stata posta all’ambiente attorno ai

soggetti per evitare disagio. Per esempio, la stanza era decorata con piante, maschere dipinte e quadri di

paesaggi. La strumentazione per le rilevazioni EEG era nascosta dalla vista dei soggetti e tutti i cavi della

strumentazione per l’esperimento erano in una scanalatura sotto il pavimento. Ai soggetti veniva detto di

godersi la musica senza alcun compito cognitivo durante la presentazione del suono. I soggetti erano in

grado di vedere fuori attraverso un’ampia finestra a doppio vetro che isolava acusticamente la stanza

dell’esperimento dai suoni dell’esterno. Sono stati effettuati due diversi esperimenti EEG. Nel primo

esperimento, per esaminare l’effetto fisiologico dei suoni con una gamma di frequenza non-udibile, abbiamo

impiegato un sistema sperimentale di presentazione del suono rigidamente controllato, combinato con

misurazioni EEG convenzionali. Nel secondo esperimento lo stesso effetto è stato esaminato sotto

condizioni di ascolto più comuni.

ESPERIMENTO 1. Per esaminare l’effetto fisiologico di suoni con una gamma di frequenza non-udibile, 11

soggetti sono stati sottoposti a FRS, HCS e condizioni base (cioè silenzio). In questo esperimento, una

frequenza di taglio di 26 kHz con un’attenuazione ripidissima di 170 dB/ottava è stata utilizzata per separare

le alte dalle basse frequenze. Questa frequenza di taglio relativamente alta è stata scelta perché quando

viene usata una frequenza di taglio minore di 26 kHz i residui dello spettro energetico delle alte frequenze

filtrate si estendono sotto i 20 kHz e generano suoni contenenti componenti armoniche sotto i 20 kHz. E’

ampiamente risaputo che il limite superiore della gamma udibile degli esseri umani varia considerevolmente.

Generalmente corrisponde a circa 15 o 16 kHz in giovani adulti e qualche volta 13 kHz negli anziani, e

qualche persona può riconoscere vibrazioni dell’aria di 20 kHz come suono. Quando una frequenza di taglio

di 26 kHz viene impiegata con attenuazione ripidissima, lo spettro energetico delle alte frequenze filtrate

sotto i 20 kHz precipita sotto il livello di rumore del sistema. Quindi abbiamo selezionato una frequenza di

taglio di 26 kHz che è sufficientemente alta per escludere completamente la contaminazione da componenti

di suono udibile in tutti i soggetti. In conformità con le rilevazioni convenzionali dell’attività EEG di repertorio,

ai soggetti è stato chiesto di tenere gli occhi normalmente chiusi durante l’esperimento per eliminare ogni

effetto derivante da stimoli visivi. La presentazione del suono sia nelle condizioni di FRS che di HCS durava

200 secondi, che includevano l’intero brano musicale. Anche la condizione base (cioè senza presentazione

del suono) durava 200 secondi. Gli intervalli tra le sessioni erano di 10 secondi. Due sessioni di registrazione

sono state ripetute per ciascuna condizione nel seguente ordine: condizioni base-FRS-HCS-FRS-HCScondizioni

base.

ESPERIMENTO 2. Diciassette soggetti sono stati sottoposti a suoni aventi una frequenza di taglio di 22 kHz,

che corrisponde alla gamma superiore di suoni registrati da un CD. Ai soggetti è stato poi chiesto di tenere

gli occhi aperti in modo naturale così come fanno normalmente quando ascoltano musica. La condizione di

occhi aperti era anche idonea per controllare lo stato vigile dei soggetti. A ciascun soggetto sono stati

presentati quattro tipi di condizioni: FRS, HCS, e condizioni base, come nell’esperimento 1, con in più LCS

per sottolineare l’effetto di una alta frequenza quando questa viene presentata da sola. Come

nell’esperimento 1, ciascuna condizione durava 200 secondi. Prima delle sessioni di registrazione, le HCS

sono state presentate una volta per far familiarizzare i soggetti con l’ambiente dell’esperimento. Per evitare

ogni influenza dall’ordine di presentazione, le quattro differenti condizioni sono state eseguite in ordine

casuale per tutti i soggetti. Dopo una pausa di 10 minuti, le stesse quattro condizioni sono state ripetute in

ordine opposto. Né i soggetti né gli sperimentatori sapevano quali condizioni erano state eseguite.

Gli EEG, registrati utilizzando il sistema telemetrico WEE-6112 (Nihon-Koden, Tokyo, Japan), sono stati

immagazzinati su nastro magnetico per analisi non in tempo reale. Gli EEG sono stati registrati

continuamente, includendo anche gli intervalli tra le sessioni. I dati sono stati registrati da 12 punti del cuoio

capelluto (in accordo con il Sistema Internazionale 10-20) usando elettrodi collegati ai lobi delle orecchie. Gli

EEG ottenuti sono stati assoggettati ad analisi di spettro di potenza. Al fine di eliminare un possibile effetto di

variabilità tra i soggetti, l’alpha-EEG a ciascuna posizione dell’elettrodo è stato normalizzato rispetto al valore

principale per tutti i frangenti di tempo, condizioni, e posizioni dell’elettrodo per ciascun soggetto. Per

ottenere una panoramica dei dati, per controllare la contaminazione da artefatti, e per caratterizzare la

distribuzione spaziale dell’alpha-EEG, abbiamo costruito mappe di linee a contorno colorato che usano

2565 punti sul cuoio capelluto con interpolazione ed estrapolazione lineare. Questo tipo di mappa è chiamato

brain electrical activity map (BEAM, mappa dell’attività elettrica del cervello). Per evitare contaminazione da

artefatti che si presentano dal movimento degli occhi, abbiamo calcolato gli alpha-EEG occipitali facendo

una media degli alpha-EEG agli elettrodi su una parte posteriore (un terzo) del cuoio capelluto. Le mappe

BEAM e gli alpha-EEG occipitali sono state calcolate su una media lungo vari frangenti di tempo diversi e

sono state sottoposte a valutazione statistica. Dato che lo scorrere del tempo del cambio dell’alpha-EEG

rivelava un considerevole ritardo in confronto alla presentazione sonora (vedere RISULTATI e Fig. 2C),

abbiamo condotto una valutazione statistica dei dati ottenuti da tutti i diversi frangenti di tempo così come dei

dati ottenuti solo dalla seconda metà della sessione (da 100 a 200 secondi). Abbiamo usato analisi della

varianza (ANOVA) seguito da protected least significant difference di Fisher (PLSD) come tests post hoc per

valutare il significato statistico per le varie condizioni.

Misure e analisi PET

L’equipaggiamento per la presentazione sonora è stata installato e calibrato nel laboratorio PET

dell’Ospedale Universitario di Kyoto. I soggetti giacevano supini, con gli occhi aperti in modo naturale, sul

lettino a scansione PET in una stanza tranquilla in penombra. Le loro teste sono state fissate in giacigli a

forma di elmetto forgiati individualmente che erano isolati sul profilo per lasciare le orecchie indisturbate. La

distanza degli altoparlanti dalle orecchie dei soggetti in questo caso era di circa 1,5 metri. Come nello studio

EEG, particolare attenzione è stata posta all’ambiente vicino per minimizzare il disagio dei soggetti. Sei dei

soggetti sono stati studiati utilizzando FRS, HCS, e condizioni base, mentre gli altri sei sono stati studiati

utilizzando FRS, LCS, e condizioni base. L’ordine delle condizioni è stato reso casuale tra i soggetti e un

totale di sei scansioni è stato eseguito su ogni soggetto con intervalli di 7 minuti. Per ciascuna delle

presentazioni FRS, HCS e LCS, è stata iniettata una soluzione di contrasto nella vena cubitale destra,

80 secondi dopo l’inizio di ciascuna sessione. La stessa procedura è stata condotta per la condizione base

dopo un riposo di almeno un minuto senza nessun suono o rumore tranne che il rumore di sottofondo

ambientale della stanza con lo scanner PET. In seguito all’iniezione la testa è stata scansionata per la

radioattività con uno scanner PET a più acquisizioni contemporanee (PCT3600W, Hitachi Medical Co.,

Tokyo, Japan) per 120 secondi. Lo scanner ha acquisito 15 immagini. Non sono stati rilevati campioni di

sangue arterioso; perciò le immagini collezionate erano dell’attività del tessuto. L’attività del tessuto

registrata con questo metodo è linearmente correlata al flusso sanguigno della regione cerebrale. I dati PET

sono stati analizzati con un programma di mappatura parametrica statistica (SPM96 software, Wellcome

Department of Cognitive Neurology, London, UK) implementata al MATLAB (Mathworks, Inc., Sherborn, MA).

Le mappe parametriche statistiche sono processi statistici spazialmente estesi che sono usati per

caratterizzare localmente effetti specifici nei dati relativi alle immagini. Le scansioni da ciascun soggetto

sono state riallineate usando la prima immagine come riferimento. Dato che le condizioni diverse venivano

riprodotte su soggetti diversi, i contrasti di FRS contro HCS e HCS contro condizione base sono stati

esaminati per sei soggetti, e quelli di FRS contro LCS e LCS contro condizione base sono stati esaminati per

gli altri sei soggetti. Il confronto tra FRS e condizione base è stato esaminato per tutti i 12 soggetti. In tutti i

soggetti gli EEG sono stati registrati contemporaneamente alle misurazioni PET, che sono durate circa

60 minuti, da 12 elettrodi come nell’esperimento EEG. Gli EEG ottenuti durante la presentazione sonora di

200 secondi sono stati sottoposti all’analisi di spettro di potenza e, in particolare, quelli durante ciascuna

scansione PET da 120 secondi sono stati usati per analisi della correlazione con la misura del flusso

sanguigno. I dati di un soggetto sono stati esclusi a causa di un eccessivo incremento di rumore elettrico

nell’EEG. In più, abbiamo usato il software SPM per calcolare una mappa di correlazione tra rCBF e l’alpha-

EEG occipitale, per esaminare il rapporto tra di loro.

Valutazione psicologica della qualità del suono

Abbiamo anche valutato la percezione soggettiva della qualità del suono. Dato che l’impressione soggettiva

dei suoni è strettamente correlata alla condizione psicologica dei soggetti, questa valutazione è stata rilevata

separatamente dagli esperimenti EEG e PET. Abbiamo utilizzato lo stesso brano di musica gamelana così

come era stata usata per gli esperimenti EEG e PET. Per prima cosa, un paio di FRS e HCS, ciascuna della

durata di 200 secondi, sono state presentate. L’ordine delle condizioni è stato reso aleatorio tra i soggetti.

Dopo un intervallo di 3 minuti, un altro paio di FRS e HCS è stato presentato in ordine contrario. Quindi gli

stimoli sono stati presentati in maniera A-B-B-A, nella quale FRS e HCS sono state assegnate ad A e B

oppure B e A, rispettivamente, in un modo controbilanciato a caso tra i soggetti. Né i soggetti né lo

sperimentatore sapevano quali fossero le condizioni del suono, sebbene sapessero che la presentazione era

strutturata come A-B-B-A. I soggetti hanno compilato un questionario per valutare la qualità del suono in

passi di 10 elementi, ciascuno espresso in una coppia di parole giapponesi contrastanti (ad esempio,

morbido e duro). Ciascun elemento di ciascuna condizione era classificato su una scala di 5 a 1. I punteggi

sono stati valutati statisticamente dal metodo a comparazione accoppiata descritto da Scheffé (1952).

Notare che il metodo usato nel presente studio differisce da quello raccomandato dal CCIR (1978) e le sue

versioni modificate, che erano largamente usate per determinare il formato digitale dei CD nel periodo

attorno al 1980. Negli studi precedenti, i materiali sonori non erano mai più lunghi di 20 secondi e l’intervallo

tra due consecutivi materiali sonori era di 2 o 3 secondi o meno. Quindi se la risposta neuronale allo stimolo

sonoro è caratterizzata da ritardo e persistenza per più di 20 secondi, è difficile escludere la possibilità che

quegli studi possano aver introdotto una valutazione soggettiva che potrebbe non corrispondere

precisamente a ciascuna condizione sonora.

RISULTATI

Esperimento EEG 1

La figura 2, A e B, mostra i BEAMs medi e gli alpha-EEG occipitali, rispettivamente, per gli 11 soggetti,

calcolati lungo l’intero periodo di presentazione sonora. Gli alpha-EEG sono stati enfatizzati durante FRS in

confronto a quelli durante le altre condizioni. Questo rinforzo era predominante specialmente nelle regioni

occipitale e parietale (Fig. 2A). ANOVA sull’alpha-EEG occipitale ha rivelato un effetto principale significativo.

I tests post hoc hanno mostrato che l’alpha-EEG occipitale durante FRS era significativamente più grande di

quello durante HCS (Fig. 2B). C’era una tendenza simile quando FRS veniva confrontata con la condizione

base. La figura 2C mostra il periodo di tempo medio dei BEAM calcolati per ogni periodo di 30 secondi di

FRS e condizioni HCS per tutti i soggetti. L’alpha-EEG ha mostrato un aumento graduale durante le prime

diverse decine di secondi di FRS; c’era una graduale diminuzione all’inizio degli HCS seguenti. Tenendo

conto del ritardo e della persistenza dell’enfasi dell’alpha-EEG, è stata anche eseguita una valutazione

statistica dei dati dalla seconda metà della sessione di registrazione (da 100 a 200 secondi). In questa

analisi, in confronto ai dati ottenuti analizzando l’intero periodo della presentazione sonora, ANOVA seguito

dai tests post hoc ha rivelato un effetto principale più significativo e una differenza maggiore tra FRS e HCS.

Esperimento EEG 2

I BEAMs medi e gli alpha-EEG occipitali tra tutti i 17 soggetti durante la seconda metà della sessione (da

100 a 200 secondi) sono mostrati in Fig. 3. L’incremento di movimento degli occhi non differiva per condizioni

diverse. L’alpha-EEG ha mostrato un rinforzo significativo in FRS in confronto alle altre condizioni (Fig. 3A).

Questo rinforzo era predominante nelle regioni occipitale e parietale. ANOVA sull’alpha-EEG occipitale ha

rivelato un effetto principale significativo. I tests post hoc hanno mostrato che l’alpha-EEG occipitale in FRS

era significativamente più grande di quello nelle altre tre condizioni (Fig. 3B). Non c’era differenza

significativa tra HCS, LCS, e condizione base. Una tendenza similare ma più debole è stata riscontrata

quando i dati dall’intero periodo della presentazione sonora erano sottoposti all’analisi. Questo è ragionevole

perchè il corso di tempo dell’alpha-EEG occipitale medio in questo esperimento ha mostrato, come nell’

Esperimento 1, un aumento graduale durante le prime diverse decine di secondi di FRS.

Esperimento PET

Quando le condizioni con suoni udibili (cioè FRS o HCS) venivano comparate con quelle senza suoni udibili

(cioè LCS o condizioni base), la corteccia temporale bilaterale, presumibilmente la corteccia uditiva primaria

e secondaria, mostrava sempre flusso sanguigno cerebrale aumentato significativamente, come ci si

aspettava. Cosa più importante, quando FRS veniva confrontata con HCS, le strutture profonde nel cervello

venivano attivate maggiormente durante la presentazione di FRS piuttosto che durante quella di HCS. Le

aree attivate corrispondevano al tronco encefalico e la parte laterale del talamo sinistro. Le stesse aree

mostravano anche un rCBF aumentato quando FRS veniva confrontato sia con le condizioni base o LCS.

Questa tendenza era anche riconoscibile nel confronto tra FRS contro condizioni base con una soglia più

bassa. Al contrario, quando HCS venivano presentate, queste aree hanno mostrato un rCBF diminuito in

confronto alla condizione base. Quando LCS venivano comparate con la condizione base, non veniva

osservata alcuna attivazione significativa da nessuna parte nel cervello e né il talamo sinistro né il tronco

encefalico mostravano cambiamenti nel rCBF.

Valutazione psicologica della qualità del suono

La valutazione soggettiva della qualità del suono esaminata dal metodo a comparazione accoppiata di

Scheffé rivela un’importante differenza evidente tra FRS e HCS in alcuni elementi della qualità sonora. I

soggetti sentivano che FRS (full range sounds, riproduzione dei suoni a gamma intera, n.d.t.) era più

morbida, più riverberante, con un miglior bilanciamento tra gli strumenti, più comfort per le orecchie, e più

ricca nelle sfumature rispetto a HCS.

DISCUSSIONE

Effetti fisiologici di suoni inudibili ad alta frequenza

Nonostante il fatto che alte frequenze non-stazionarie non venivano percepite come suoni in sé stessi,

abbiamo dimostrato che la presentazione di suoni che contenevano anche una quantità considerevole di alte

frequenze non-stazionarie (cioè, FRS) hanno migliorato in modo significativo la forza dell’attività spontanea

EEG di gamma alpha quando veniva comparata con lo stesso suono però mancante delle alte frequenze

(cioè HCS). In esperimenti paralleli impieganti esattamente gli stessi stimoli e metodi, la misura PET rCBF

ha rivelato che FRS attivavano le strutture cerebrali profonde, inclusi il tronco encefalico e il talamo, in

confronto a HCS. In più, valutazione soggettiva tramite questionario ha rivelato che FRS intensificavano il

piacere dei soggetti a un grado notevolmente maggiore rispetto a HCS. Concludiamo, quindi, che suoni

inudibili ad alta frequenza con una struttura non-stazionaria possono causare effetti non trascurabili sul

cervello umano quando coesistono con suoni udibili a bassa frequenza. Definiamo questo fenomeno

"l’effetto ipersonico" e i suoni che introducono questo effetto "suoni ipersonici". Non pensiamo che l’effetto

ipersonico sia caratteristico del materiale sonoro usato nel presente studio perchè abbiamo

precedentemente confermato, tramite analisi EEG, che lo stesso effetto può essere introdotto da differenti

sorgenti sonore contenenti una quantità significativa di alte frequenze non-stazionarie (per esempio,

Oohashi e altri, 1994). In contrasto al fatto che la corteccia uditoria primaria nei lobi temporali bilaterali era

attivata allo stesso modo da FRS e HCS, vale la pena notare che il tronco encefalico e i foci talamici attivati

dalla presentazione di FRS mostravano un decremento di flusso sanguigno rCBF quando HCS venivano

presentate. Questa scoperta suggerisce che queste aree potrebbero non appartenere al sistema di

percezione uditoria convenzionale. Per di più, è la presentazione combinata delle HFC e LFC, non HFC da

sole, che induce in particolare l’aumento di alpha-EEG e l’attivazione nelle strutture profonde. Interpretiamo

queste scoperte per intendere che l’effetto ipersonico non risulta semplicemente da una risposta

neurofisiologica a frequenze isolate al di sopra di una gamma udibile, ma da un’interazione più complessa

alla quale sia le HFC sia le LFC contribuiscono.

Il ritmo alpha dell’EEG è considerato che si verifichi in soggetti rilassati ma in stato vigile e di essere

suscettibile allo stato emozionale dei soggetti così come allo stato di eccitazione (Drennen e O'reilly, 1986;

Iwaki e altri, 1997), nonostante ci sia considerevole variabilità tra i soggetti nell’incremento del ritmo alpha.

Sebbene i meccanismi alla base della generazione del ritmo alpha non siano ancora stati del tutto chiariti,

un modello animale suggerisce il coinvolgimento di almeno le reti talamocorticali e intracorticali (Steriade e

altri, 1990). La nostra scoperta di una notevole correlazione positiva tra rCBF nel talamo e l’alpha-EEG

occipitale indica che l’alpha-EEG occipitale può riflettere un aspetto di attività nelle strutture profonde,

incluso il talamo. Questa scoperta non contraddice la nostra precedente relazione (Sadato e altri, 1998), che

non si rivolge all’effetto fisiologico dei suoni inudibili ad alta frequenza.

Spiegazione della discrepanza tra il presente studio e quelli precedentemente effettuat i

Il fatto che noi abbiamo utilizzato un intero pezzo di musica della durata di 200 secondi come stimolo sonoro

invece di corti frammenti sonori potrebbe spiegare la discrepanza tra le nostre scoperte e quelle degli studi

precedenti riportati nel 1980 circa per determinare il formato per l’audio digitale dei CD, i quali concludevano

che la presenza di suoni contenenti una gamma di frequenze al di sopra dei 15 kHz non veniva riconosciuta

come una cosa che facesse la differenza nella qualità del suono. La CCIR (1978) e il corrente settore di

comunicazione chiamato International Telecommunication Union-Radio (ITU-R 1997), ha raccomandato che

i campioni sonori usati per la comparazione della qualità del suono non debbano durare più di 15-20 secondi

(CCIR 1978; ITU-R 1997) e che gli intervalli tra i campioni sonori dovrebbero essere di circa 0,5-1 secondo

(CCIR 1978) a causa delle limitazioni della memoria umana a breve termine. Gran parte dei precedenti

esperimenti psicologici, inclusi gli studi di Muraoka e altri (1978) e Plenge e altri (1979), sono stati condotti

utilizzando, essenzialmente, il metodo di presentazione sonora raccomandato dal CCIR. Noi abbiamo anche

esaminato la valutazione psicologica usando lo stesso materiale e sistema di presentazione sonora così

come era stato usato per il presente studio, ma seguiva il metodo di presentazione raccomandato dal CCIR,

e confermava che i risultati erano in accordo con gli studi di Muraoka e Plenge. Nei nostri esperimenti EEG e

PET ci siamo focalizzati sulle risposte fisiologiche del cervello e abbiamo valutato oggettivamente l’effetto

della combinazione di suoni udibili e componenti non udibili ad alta frequenza sull’attività del cervello,

indipendentemente da una valutazione soggettiva della qualità del suono. In accordo con le misure EEG,

l’alpha-EEG occipitale aumentava gradualmente per diverse decine di secondi dopo che l’esposizione a FRS

era iniziata, e questo aumento persisteva per diverse decine di secondi dopo che FRS terminava. Queste

scoperte suggeriscono che il fenomeno che noi chiamiamo l’effetto ipersonico può coinvolgere alcuni

meccanismi neuronali che possono essere caratterizzati da ritardo e persistenza per diverse decine di

secondi. Sembra, quindi, che un’esposizione a FRS più corta di 20 secondi, così come raccomandato dal

CCIR e ITU-R, possa essere insufficiente per introdurre un effetto fisiologico. Per lo stesso motivo, una breve

esposizione a HCS consecutive a FRS con un breve intervallo di 0,5-1 secondo potrebbe non essere

sufficiente a delineare effetti fisiologici indotti dalla precedente FRS. Basato su questa considerazione

fisiologica, abbiamo eseguito il nostro esperimento psicologico con materiale sonoro di maggior durata. I

risultati hanno mostrato una significativa differenza tra FRS e HCS in alcuni elementi della qualità sonora.

Quella differenza era evidente nonostante il fatto che un lungo periodo di presentazione dovrebbe essere più

difficile per svelare sottili differenze tra due materiali dovuto alla limitazione della memoria uditiva a breve

termine. Le nostre scoperte indicano la possibilità che i risultati dei precedenti studi psicologici potrebbero

non essere validi in una situazione dove gli esseri umani sono esposti continuamente a stimolo uditorio

come ad esempio musica o suoni ambientali.

Spiegazione ipotetica di meccanismi neuronali dell’effetto ipersonico

Da una visione autentica della fisiologia uditiva umana, non è così semplice e diretto spiegare le basi

neuronali dell’effetto ipersonico caratterizzato dal fatto che le HFC mostravano effetti fisiologici e psicologici

significativi sugli ascoltatori solo quando venivano presentate con suoni udibili. Sebbene il “come” le HFC

inudibili producano un effetto fisiologico sull’attività cerebrale sia già noto, abbiamo bisogno di considerare

almeno due possibili spiegazioni. La prima è che le HFC potrebbero cambiare le caratteristiche di risposta

della membrana timpanica nelle orecchie e quindi produrre una percezione acustica più realistica, la quale

potrebbe aumentare la piacevolezza. Ad ogni modo, questa ipotesi è improbabile per spiegare il fatto che i

soggetti che mostravano un effetto ipersonico significativo non erano necessariamente consci della

differenza dei suoni in modo consapevole. Una spiegazione alternativa è che le HFC potrebbero essere

trasportate attraverso percorsi distinti rispetto all’usuale percorso uditivo a conduzione d’aria e quindi

potrebbero influire sul CNS (sistema nervoso centrale, n.d.t.), inclusa la struttura cerebrale profonda. E’ stato

riportato che gli stimoli vibratori degli ultrasuoni modulati dalla voce umana attivavano la corteccia uditiva

primaria ed è stato riconosciuto con successo da persone con capacità di ascolto normali così come da

quelle la cui capacità di ascolto è totalmente danneggiata. Comunque, non possiamo concludere che i

meccanismi neuronali che includono l’ascolto degli ultrasuoni, compreso il percorso uditivo a conduzione

ossea, siano il sistema responsabile dell’effetto ipersonico, che coinvolge il tronco encefalico e il talamo.

Queste regioni hanno mostrato un’attività diminuita rispetto alla condizione base quando HCS era presentato

e così possono non appartenere al sistema percettivo uditorio convenzionale. Quindi la partecipazione di

sistemi sensoriali non-uditivi come ad esempio la percezione somatosensoriale ha bisogno di essere

considerata in ulteriori investigazioni. Poniamo speciale attenzione al fatto che FRS è accompagnato da una

intensificazione del piacere con il quale il suono viene percepito, e prevede la partecipazione dei percorsi

neuronali in relazione con sistemi che generano la gratificazione, i quali effettivamente controllano vari

aspetti del comportamento umano. Il presente risultato della PET non sembra essere contraddittorio con

questa visione. Il tronco encefalico contiene gruppi neuronali distinti che sono la maggiore sorgente di

proiezioni monoaminergiche a varie parti del cervello. Questi sistemi monoaminergici si pensa che siano i siti

primari per l’azione di molti stimolanti e sostanze antipsicotiche. Queste fibre si trovano nel fascio

proencefalico mediale, che è considerato essere intimamente collegato con la registrazione di sensazioni

piacevoli. I neuroni monoaminergici o i neuroni oppioidi-peptidergici nelle strutture profonde del cervello

sono caratterizzati da lunghi tempi di residenza nei neurotrasmettitori nelle giunzioni sinaptiche e dalla

partecipazione di un messaggero intracellulare nei neuroni postsinaptici. Queste caratteristiche sembrano

supportare il ritardo e la persistenza dell’effetto ipersonico osservato nei presenti esperimenti EEG.

L’attivazione del talamo può riflettere la sua funzione come parte del sistema limbico, il quale gioca

anch’esso un ruolo importante nel controllo delle emozioni. Potrebbe anche riflettere il ruolo del talamo

consistente nel presentare input sensoriali alla corteccia. Ipotizziamo che cambi di attività nella struttura

profonda possano introdurre alcuni effetti modulatori sulla percezione di suoni udibili e così controllare alcuni

aspetti del comportamento umano. Abbiamo incluso queste caratteristiche nel modello di percezione sonora

bidimensionale: le frequenze del suono nella gamma udibile si comportano come la portante di un

messaggio e le frequenze sopra la gamma udibile, insieme con quelle nella gamma udibile, si comportano

come un modulatore della percezione sonora attraverso i sistemi del cervello, incluso il sistema che genera

la gratificazione. Ulteriori ricerche sono chiaramente richieste per esaminare questo modello ipotetico.

Per finire, le nostre conclusioni che hanno mostrato un incremento nei potenziali alpha-EEG, attivazione di

strutture cerebrali profonde, una correlazione tra alpha-EEG e rCBF nel talamo, e una soggettiva preferenza

nei confronti di FRS, danno una forte evidenza che supporta l’esistenza, non riconosciuta precedentemente,

di una risposta ai suoni in alta frequenza oltre la gamma udibile che potrebbe essere diversa dalla

fenomenologia uditiva più usuale. Un supporto in più a questa ipotesi potrebbe venire da future misurazioni

non-invasive dei marcatori biochimici nel cervello come ad esempio monoamine o peptine oppioidi.

strutture profonde del cervello = tradotto dall’inglese deep-lying brain structures Con tale espressione si

intendono le strutture primordiali del cervello, quelle che nello sviluppo dell’uomo si sono formate prima e

che includono appunto, tra altre cose, tronco encefalico, talamo, amigdala e sistema limbico

giunzioni sinaptiche (o sinapsi) = punto di unione che permette la comunicazione tra le cellule del tessuto

nervoso, cioè i neuroni. Attraverso la trasmissione sinaptica l’impulso nervoso può fluire da un neurone ad

un altro

neuroni postsinaptici = neuroni che ricevono la trasmissione dello stimolo nervoso a valle della sinapsi (si

chiamano infatti recettori). A monte si trova il neurone presinaptico che funge da neurotrasmettitore

alpha-EEG = elettroencefalogramma (misura direttamente l’attività elettrica del cervello) relativo alle onde

alfa, gamma di frequenza compresa tra 8 e 12 Hz, rilevata nelle regioni posteriori della testa su entrambi i

lati, soprattutto con gli occhi chiusi e in stato di rilassamento

rCBF = acronimo inglese dei termini regional cerebral blood flow, flusso di sangue cerebrale relativo ad una

precisa zona, analizzato nelle scansioni PET

metodo di comparazione accoppiata di Scheffè = test per confrontare coppie di medie tra i risultati di un

esperimento

ANOVA = analisi della varianza. Insieme di tecniche statistiche che permettono di confrontare due o più

gruppi di dati confrontando la variabilità interna a questi gruppi con la variabilità tra i gruppi

fMRI = acronimo di functional magnetic resonance imaging, risonanza magnetica funzionale. Tecnica che

permette di visualizzare i cambiamenti nel contenuto di ossigeno correlati all’attività neuronale nel cervello

test post hoc = con tale espressione si comprendono tutte quelle analisi statistiche non contemplate nel

protocollo di ricerca, che vengono effettuate dopo la conclusione della raccolta dei dati.

 

FIG. 1

 

Fig. 1 Spettro di potenza del suono usato in questo studio.

A: spettro di potenza medio calcolato dall’intero periodo di 200 secondi del segnale relativo al suono

registrato. Contiene una quantità significativa di componenti ad alta frequenza oltre la gamma udibile.

B: spettro in potenza medio dei suoni riprodotti dal sistema di presentazione sonora a due canali (vedere

testo) in differenti condizioni. La potenza è stata calcolata dal segnale registrato alla posizione della testa dei

soggetti. I disegni superiore, centrale e inferiore rappresentano i suoni a gamma intera (FRS), suono con

taglio in alto (HCS, high-cut sound) e suono con taglio in basso (LCS, low-cut sound) rispettivamente. Lo

spettro in potenza di FRS è essenzialmente identico allo spettro della sorgente e contiene sia una

componente a bassa frequenza (LFC) (cioè quella usata nella condizione HCS) e una componente ad alta

frequenza (HFC, usata nella condizione LCS).

 

FIG. 2

 

Fig. 2 potenziali normalizzati della gamma di frequenze alfa dell’elettroencefalogramma spontaneo (alpha-

EEG) sotto ogni condizione sperimentale (FRS, HCS e condizione base) e andamento del tempo nelle

successive condizioni FRS e HCS in EEG esperimento 1.

A: mappe dell’attività elettrica del cervello (BEAM) calcolate nella media tra tutti gli 11 soggetti durante tutto il

periodo di presentazione sonora. Il rosso più scuro indica un potenziale alpha-EEG più alto. Notare che

l’alpha-EEG è rafforzato nella regione parieto-occipitale esclusivamente nella condizione FRS.

B: errore medio e standard dell’alpha-EEG occipitale per tutti gli 11 soggetti. La FRS ha significativamente

rafforzato l’alpha-EEG occipitale relativo a HCS.

C: andamento del tempo dei BEAM medi per tutti gli 11 soggetti. In questa figura è rappresentata la media

tra due sessioni per ciascuna condizione. L’alpha-EEG occipitale mostra un graduale aumento durante la

presentazione FRS e una graduale diminuzione mentre HCS veniva successivamente presentata.

FIG. 3

 

 

Fig. 3 potenziali alpha-EEG normalizzati in ciascuna condizione sperimentale (FRS, HCS, LCS, condizione

base) durante la seconda metà della presentazione sonora nell’esperimento EEG 2.

A: BEAM medi per tutti i 17 soggetti durante il periodo di tempo da 100 a 200 secondi.

B: errore medio e standard dell’alpha-EEG occipitale per tutti i 17 soggetti. FRS ha rafforzato

significativamente l’alpha-EEG occipitale relativo alle altre condizioni.

 

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