Elaborazione corticale di un brano musicale in musicisti e non

Studi sperimentali
Elaborazione corticale di un brano musicale in musicisti
e non musicisti indagata mediante elettroencefalografia
computerizzata (EEG-C)
Cortical analysis of music piece in musicians and non-musicians evaluated
with computerized electroencephalography (C-EEG)
BERNARDO NARDI*, EMIDIO ARIMATEA*, MARCO BRANDONI*, ILARIA CAPECCI*,
ROSSELLA COLOCCI*, ARNALDO GIACOMUCCI***, ANNA MARIA MORRESI***, LUCIA PELLEI**
*Clinica Psichiatrica, Dipartimento di Neuroscienze dell’Università Politecnica delle Marche, Ancona
**Accademia dei Cognitivi della Marca
***Accademia Musicale di Ancona
RIASSUNTO. Obiettivo. Lo studio si è proposto di verificare, mediante EEG-C, le modificazioni bioelettriche cerebrali in non
musicisti (NM) e musicisti (M) a riposo psicosensoriale (RPS) e durante l’ascolto attento di un brano monostrumentale (ASC).
Metodo. È stata effettuata registrazione EEG mediante poligrafo analogico-digitale durante RPS e ASC in: 24 volontari destrimani, 12 NM (range: 25-50 aa; età media: 32,75 aa) e 12 M (range: 19-49 aa; età media: 33,41 aa). I tracciati sono stati analizzati con programma di analisi spettrale ottenendo valori di potenza assoluta nelle bande delta (0.5-3.5 Hz), theta (4.0-7.5 Hz),
alfa (8.0-11.5 Hz), beta (12.0-29.5 Hz) e gamma (30.0-50.0 Hz). Sono stati confrontati gli spettri di potenza assoluta tra NM e
M in RPS e ASC. I risultati ottenuti sono stati sottoposti ad analisi statistica mediante T-test. Risultati e Discussione. Passando da RPS ad ASC, NM e M hanno presentato differenti pattern di attivazione EEG. I NM hanno mostrato una diffusa attivazione aspecifica nella banda beta (sia prefrontale che parieto-occipitale) e un’attivazione specifica gamma solo nelle aree
temporo-centrali destre, importanti nella percezione melodica. I M hanno presentato un’attivazione specifica gamma nelle aree
logico-analitiche dell’emisfero sinistro, competenti nell’elaborazione del linguaggio musicale. A RPS, i M sono apparsi statisticamente più rilassati e durante ASC hanno attivato in maniera più selettiva e localizzata le aree corticali specifiche (linguistiche sinistre e spaziali destre). Infine, sia nei NM sia nei M, ciascun individuo ha mostrato un peculiare profilo EEG, espressione di caratteristiche costituzionali, ideo-affettive e culturali soggettive.
PAROLE CHIAVE: elettroencefalografia computerizzata (EEG-C), musica.
SUMMARY. Aim. The aim of this study was to evaluate cerebral bioelectrical modifications in non-musicians (NM) and musicians (M) during psychosensorial rest (PSR) and listening of mono-instrumental music (LMM). Method. Using computerized EEG technology 24 right-handed healthy volunteers, 12 NM (range: 25-50 years; mean age: 32.75 years) and 12 M (range:
19-49 years; mean age: 33.41 years), were investigated during PSR and LMM. EEG activity was quantified analyzing EEG
spectra concerning delta (0.5-3.5 Hz), theta (4.0-7.5 Hz), alpha (8.0-11.5 Hz), beta (12.0-29.5 Hz), and gamma (30.0-50.0 Hz)
absolute frequency bands. Results obtained in NM and M during PSR and LMM were compared and statistically evaluated
by means of T-test. Results and Discussion. Passing from PSR to LMM, NM and M have shown different EEG activity
pattern. In NM there was a diffuse non specific activation (both pre-frontal and parietal-occipital) in beta band and a specific
activation in gamma band only in temporal-central right area, which are important for perception of melody. The M have
showed a specific gamma activation in the logical-analytical left area (competent in musical language). The M were more relaxed during PSR and they have activated their cortical specific areas of language (left hemisphere) and of melody and spatial analysis of sounds (right hemisphere), more selectively than the NM. Finally, both in NM and in M, each individual has
shown his/her specific EEG pattern, expression of his/her subjective constitutional, emotional, cognitive and cultural characteristics.
KEY WORDS: computerized electroencephalography (C-EEG), music.
E-mail: [email protected]
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INTRODUZIONE
zione neurovegetativa, a loro volta influenzati dalla costituzione, dall’età, dal sesso, dal tipo di vita, dallo stato generale di salute, da fattori occasionali, quali consumo di alcol o di caffè, e dalla stanchezza); b) dalla
reattività emozionale e, in particolare, dall’atteggiamento verso la musica (importanza di quest’ultima
nella vita del soggetto, sensazioni provate nei confronti del brano musicale presentato).
Per quanto concerne la competenza dei due emisferi cerebrali sul linguaggio musicale, è stato osservato
che l’emisfero destro svolge un ruolo dominante per
quanto concerne l’esecuzione musicale, che appare relativamente indipendente dalle conoscenze e dall’addestramento musicale, e per la percezione musicale in
soggetti ai primi rudimenti musicali; viceversa, l’emisfero sinistro svolge un ruolo dominante sulla percezione dei suoni in soggetti che possiedono una fine
preparazione musicale. Analizzando quanto è stato documentato anche in studi successivi, è stato osservato
che le facoltà musicali e la dominanza emisferica per il
linguaggio verbale non sono strettamente correlate e
che esistono prove a favore di una sorta di dominanza
emisferica, dinamica e in continua evoluzione, per determinate caratteristiche delle facoltà musicali. Inoltre,
mentre l’emisfero destro sembra svolgere comunque
un ruolo dominante sull’esecuzione musicale, indipendentemente dalle conoscenze e dall’addestramento,
nella percezione dei suoni sembra esistere una dominanza “variabile”, per cui nei soggetti musicalmente
naïfs l’emisfero destro ha un ruolo prevalente, mentre
in quelli con una fine preparazione musicale la competenza è prevalentemente gestita dall’emisfero sinistro
(7).
Il fatto che la musica possa dare luogo a percezioni
e a elaborazioni differenti in soggetti con o senza conoscenze musicali è stato indagato da una serie di ricerche, quali quelle operate da Bever e Chiarello (8),
Johnson (9), Gordon (10), Hassler (11). Da tali indagini è stato confermato che il coinvolgimento dell’emisfero destro nella percezione delle melodie è presente
anche nei non musicisti. Anche altri studi hanno messo in evidenza il ruolo svolto dall’emisfero destro nella discriminazione degli stimoli sonori. Per esempio, la
Milner (12), mediante la Seashore Measure for Musical Talents, ha osservato che soggetti epilettici sottoposti a lobectomia temporale destra mostravano difficoltà in compiti di discriminazione uditiva come il confronto tra brani musicali e la valutazione della qualità
del suono. Kimura (13) ha, inoltre, dimostrato che, se si
utilizza la tecnica di ascolto dicotico (presentazione
contemporanea nei due orecchi di brani diversi) in volontari sani, le aree temporali dell’emisfero destro hanno un ruolo preminente nell’elaborazione melodica
Per chi si occupa di complessità, la musica costituisce un linguaggio di particolare interesse, essendo
espressione sia di aspetti non verbali, ricchi di coloriti
emozionali e di componenti di tipo rappresentativo, sia
di attivazioni neurali specifiche. Mentre i primi e i secondi sono comuni a tutti gli individui, le terze possono essere condivise solo da quanti possiedono almeno
rudimenti sufficienti tali da decodificare il linguaggio
musicale. D’altra parte, nonostante il fatto che viviamo
costantemente a contatto con messaggi sonori, la musica è stata oggetto di indagini tuttora piuttosto limitate nell’ambito delle neuroscienze, soprattutto per l’intrinseca difficoltà a indagare ciò che non è direttamente legato alle funzioni senso-percettive e a quelle motorie o, perlomeno, alle funzioni pertinenti alla sfera
cognitiva.
Uno dei primi tentativi di definire il substrato dell’abilità o del talento musicale risale al chirurgo viennese Billroth (1); in seguito tale campo è stato preso in
esame da diversi ricercatori di formazione più propriamente neuropsicologica, come Seashore (2,3).
È ormai noto come l’attitudine e il talento musicale
compaiano precocemente nel corso del ciclo di vita e
come il potenziale esecutivo sia generalmente presente già nella prima decade di vita. Prerequisito necessario per poter esprimere le potenzialità musicali è quello di avere un sistema uditivo sufficientemente integro
e funzionante, sebbene un compositore possa continuare a produrre brani anche dopo la perdita totale
dell’udito (dimostrazione esemplare di questa condizione è l’ultima produzione di L. van Beethoven); oltre
all’udito, comunque, in un musicista sono importanti
anche altre modalità senso-percettive (come la vista e
il tatto), nonché le funzioni senso-motorie (capacità di
esercitarsi e di eseguire i brani), le sinestesie (capacità
di integrare senso-percezioni diverse) e la memoria
(4). Inoltre, in studi ormai storici (5), è stato dimostrato che l’ambiente familiare e le attitudini dei genitori
svolgono un ruolo motivazionale di primaria importanza sullo sviluppo del talento artistico e musicale nei
bambini.
Da anni è noto che le componenti senso-percettive
ed emozionali delle esperienze musicali provocano
modificazioni neurovegetative, come variazioni della
pressione arteriosa, della frequenza cardiaca, dell’attività respiratoria, del riflesso psico-galvanico, etc.; tali
modificazioni sono espressione dell’attività dei sistemi
neuronali operativo-funzionali (6) connessi con il linguaggio musicale. In particolare, è stato osservato che
la risposta neurovegetativa dipende: a) dalla reattività
individuale (labilità o stabilità dei processi di regola-
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(percezione di suoni con più note consecutive). La capacità dell’emisfero destro di discriminare sequenze
tonali e di percepire aspetti armonici (cioè l’esistenza
contemporanea di più suoni) è stata osservata anche in
soggetti senza una particolare conoscenza specifica
della musica. Sempre dagli studi sopra citati, emerge
invece che i soggetti con competenze specifiche in
campo musicale utilizzano l’emisfero sinistro secondo
modalità analitiche e non olistiche.
Negli ultimi anni, l’introduzione di metodiche computerizzate, che consentono l’analisi digitale di vari parametri del funzionamento cerebrale e la loro visualizzazione in vivo senza ricorrere a metodiche invasive
(neuroimaging), ha iniziato a fornire nuove modalità di
approccio anche per lo studio di aspetti del campo di
coscienza altrimenti inaccessibili. Tali metodiche hanno consentito di indagare le possibili correlazioni tra i
processi mentali alla base della rappresentazione delle
informazioni sonore e le strutture cerebrali coinvolte
nell’elaborazione di tale informazione (13-16). Per
esempio, l’ipotesi di una lateralizzazione sinistra nell’elaborazione degli stimoli sonori nei musicisti è stata
supportata anche da studi ottenuti mediante la tecnica
radioisotopica alla base della PET (Positron Emission
Tomography, Tomografia Computerizzata a Emissione
di Positroni).
Tra le metodiche di neuroimaging, di particolare interesse è l’elettroencefalografia computerizzata
(EEG-C) che, attraverso procedure di analisi per interpolazione, consente di ottenere i dati numerici e la
relativa visualizzazione sotto forma di mappe elettroencefalografiche (EEG mapping, EEG-M) concernenti sia le frequenze sia le ampiezze dei segnali bioelettrici corticali.
L’applicazione alla clinica di tali metodiche ha permesso di riprendere in chiave scientifica problematiche
che un tempo erano pressoché esclusivamente di pertinenza epistemologica, come quelle concernenti la conoscenza dell’elaborazione centrale del linguaggio musicale, del ruolo svolto dalle componenti più soggettive di
tale linguaggio e dell’impatto che la musica può svolgere sugli stati di coscienza. Anche un precedente lavoro
del nostro gruppo (17), pur limitato nel campione
(N=14) e circoscritto all’analisi delle tradizionali bande
EEG (delta, theta, alfa e beta), ha dimostrato differenze significative tra musicisti (M) e non musicisti (NM)
durante l’ascolto di due brani musicali noti, l’uno esclusivamente strumentale, l’altro anche cantato.
Già in tale studio era stato preso in considerazione
quanto era emerso in letteratura sull’elaborazione
centrale degli stimoli musicali, che in tutti i soggetti, a
prescindere dalle competenze musicali, consente di costruire rappresentazioni mentali delle proprietà speci-
fiche dei suoni (semplici: tono, durata, timbro, intensità; complesse: ritmo, armonia, melodia), dando luogo
a una sorta di colonna sonora delle esperienze percepite, quasi come in un film musicale (musical movie);
tuttavia, solo nei M è possibile anche un’elaborazione
semantica dei suoni percepiti, di tipo logico-analitico,
dando vita a un vero e proprio modo di pensare attraverso i suoni (think in sound). Sia le rappresentazioni
mentali musicali sia il pensare attraverso i suoni costituiscono processi complessi, comprendenti una serie di
eventi successivi, descritti da vari Autori (18-20). In
proposito, Bregman (21,22) ha proposto un modello in
base al quale la percezione dei suoni avviene attraverso l’elaborazione di “processi uditivi primitivi di gruppo”, che vengono organizzati, attraverso “processi decisionali di gruppo”, in “eventi”, “rappresentazioni” e
“descrittori mentali”; infine, mediante un’ulteriore
“elaborazione della struttura”, tali eventi, rappresentazioni e descrittori danno luogo a una “rappresentazione mentale strutturata” dei suoni percepiti in una specifica “forma musicale” (19,20). Sempre Bregman
(21,22) ha ipotizzato che la percezione e la comprensione dei suoni si basino entrambe su generalizzazioni
acquisite attraverso specifiche esperienze di carattere
musicale (acculturazione e training in determinati ambiti musicali socio-culturali), le quali attivano processi
di elaborazione complessi che consentono una codificazione astratta delle relazioni tra le categorie musicali, fino a costruire, sulla base dei precedenti contesti
percettivi appresi, la rappresentazione mentale dei
nuovi input uditivi. In accordo con tale modello, Dowling, et al. (23) hanno osservato che l’aspettativa di un
determinato evento musicale sembra condizionare le
modalità conoscitive individuali relative all’interpretazione delle informazioni sonore.
Petsche (24), studiando la “coerenza” EEG (parametro che esprime il grado di accoppiamento anatomo-funzionale tra due regioni corticali in un certo
istante) e indagando le variazioni bioelettriche registrate in due gruppi di probandi, uno solo dei quali con
numerosi anni di training con uno strumento musicale,
ha osservato che il gruppo con competenze musicali
mostrava un significativo decremento della coerenza
del segnale EEG in entrambi gli emisferi (anche se
prevalente in quello destro), con maggiori cambiamenti nel range di frequenze fra i 18 e i 24 Hz, mentre nel
gruppo privo di competenza musicale il decremento
della coerenza interessava esclusivamente l’emisfero
sinistro, soprattutto fra i 13 e i 18 Hz. Infine, nei M, le
variazioni dei segnali bioelettrici si sono manifestate
con maggiore frequenza e hanno coinvolto regioni più
ampie rispetto ai NM. Un ulteriore studio del suo
gruppo, condotto su una violoncellista, ha dimostrato
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taria, tra gli iscritti all’Accademia Musicale di Ancona
in possesso dei requisiti previsti dal protocollo. Tutti i
soggetti hanno dato preventivamente il consenso a essere inseriti nello studio.
la presenza di variazioni significative della coerenza
EEG durante l’immaginazione e l’ascolto della musica.
Infine, recenti indagini hanno messo in evidenza che
funzioni cognitive complesse, legate ai processi attentivi e all’analisi discriminativa di stimoli sensitivo-sensoriali, non solo di natura visiva, comportano modificazioni in una specifica banda EEG, quella gamma, soprattutto nelle frequenze intorno ai 40 Hz (25-30).
Inoltre, Bhattacharya, et al. (31,32), studiando l’ascolto
di musica classica in 10 soggetti con specifiche competenze musicali e in altrettanti soggetti che ne erano
sprovvisti, hanno dimostrato che la sincronizzazione in
questa banda rappresenta l’espressione dell’elaborazione centrale degli stimoli sonori, fornendone una
percezione complessa coerente, con differenze significative tra M e NM: durante l’ascolto di un brano musicale si è osservata una maggiore interdipendenza fra le
aree corticali, con un grado di sincronia spaziale nella
banda gamma, una misura della complessità del segnale, significativamente superiore nei M rispetto ai NM;
tali aspetti sono stati interpretati dagli Autori come
espressione di una più avanzata memoria musicale nel
mettere dinamicamente insieme diversi aspetti dei segnali sonori che sono espressione della intrinseca complessità della musica.
In generale, i dati presenti in letteratura sembrano
suffragare l’ipotesi che M e NM, quando ascoltano un
brano sonoro, utilizzano modalità differenti di attivazione cerebrale, in rapporto verosimilmente a strategie
di elaborazione legate alle competenze possedute.
In accordo con quanto precedentemente riportato,
ci si è proposti di verificare, mediante registrazione
EEG-C e la successiva analisi degli spettri di potenza
ottenuti, le variazioni bioelettriche in soggetti M e
NM, al fine di approfondire, in condizioni fisiologiche,
le modalità di elaborazione degli stimoli sonori nei singoli soggetti e in entrambi i gruppi.
Registrazione EEG-C
Ciascun soggetto è stato sottoposto a registrazione
EEG-C mediante poligrafo digitale computerizzato
Galileo implementante il programma Sirius, con uscita
analogica a 16-24 canali (range: 1-64 Hz).
Il programma consente la quantificazione dell’EEG
attraverso tecniche di analisi spettrale, la rappresentazione topografica dei risultati (sotto forma di mappe di
potenza di banda e frequenza media) e il confronto
quantitativo e statistico tra i diversi tracciati o tra gruppi di tracciati. Le procedure per il confronto tra due
gruppi di tracciati si sono basate sull’analisi della varianza (definita come media aritmetica dei quadrati
degli scarti della media aritmetica M del carattere considerato X), riducibile al T-test nel caso di due gruppi o
due condizioni sperimentali. Il risultato è stato espresso in termini di parametro F (di Fischer) o del relativo
valore di significatività delle differenze tra le medie dei
vari gruppi.
Il calcolo degli spettri di potenza è stato riferito a degli intervalli di tempo (“epoche”) impostati dall’operatore (2''). Oltre alla durata delle epoche, sono stati fissati il campo delle frequenze da analizzare e i limiti di
frequenza delle bande impostate, in accordo con i criteri standard. Il programma ha incluso un algoritmo di
soppressione dei segmenti di segnale (2'') nei quali esso
ha superato il livello di soglia impostato (rejection threshold: > 64 Hz). Inoltre, le epoche sono state ulteriormente selezionate da un operatore elettroencefalografista esperto, al fine di escludere il più possibile l’attività
artefattuale.
La registrazione EEG-C è stata ottenuta mediante
19 elettrodi (Fl, F2, F7, F3, Fz, F4, F8, T3, C3, Cz, C4,
T4, T5, P3, Pz, P4, T6, O1,O2), posizionati sullo scalpo
secondo il sistema internazionale “10-20”, equamente
distribuiti secondo i criteri standard (33). I segnali
EEG sono stati registrati con montaggio in referenza
media preselezionata dall’apparecchiatura in dotazione. Il tracciato ottenuto è stato memorizzato su disco
ottico (15/230 Mbytes); al termine di ogni registrazione
i pattern bioelettrici relativi ai 19 canali sono stati analizzati su monitor e sono state escluse le epoche di tracciato (ciascuna della durata di 2'') contenenti artefatti.
Al fine di studiare il livello di attivazione (arousal)
cerebrale durante la somministrazione delle prove musicali, il tracciato è stato elaborato con il programma di
METODI
Soggetti
Sono stati studiati 24 soggetti volontari, tutti destrimani, senza evidenti patologie in atto, divisi in due
gruppi: NM (12 soggetti con un range di 25-50 aa e
un’età media di 32,75 aa, senza alcuna specifica educazione in campo musicale), considerati come controllo,
e M (12 soggetti con un range di 19-49 aa e un’età media di 33,41 aa, in possesso di un’educazione musicale
regolarmente attestata per uno strumento di almeno 5
anni). I musicisti sono stati selezionati, su base volon-
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Elaborazione corticale di un brano musicale in musicisti e non musicisti
analisi spettrale, ottenendo spettri di potenza assoluta
delle bande di attività: delta (0.5-3.5 Hz), theta (4-7.5
Hz), alfa (8-11.5 Hz), beta (12-29.5 Hz), gamma (30-50
Hz). A questo proposito è opportuno tenere presente
che, in accordo con quanto riportato da Nuwer (34), la
potenza assoluta misura, nell’analisi di frequenza, la
media complessiva dell’attività EEG in una determinata banda, in microvolt quadri, indipendentemente
dal complesso dell’attività EEG nelle altre bande.
statisticamente significativo (p<0.001) dell’attività nella banda gamma concentrato nelle regioni fronto-temporali dell’emisfero sinistro (F7, T3) durante l’ASC. Le
modificazioni dell’attività bioelettrica nelle altre bande di frequenza (beta, alfa, theta e delta) non sono risultate statisticamente significative.
Operando un confronto tra i due gruppi NM e M, in
condizioni di RPS (Figura 1c) si è evidenziato che i M
hanno presentato, rispetto ai NM, una minore attività
della banda gamma (p<0.001) su tutto l’ambito, in senso antero-posteriore, sia nell’emisfero destro (esclusi
F2 e O2) sia nell’emisfero sinistro (escluso O1). Un’altrettanto marcata minore attività (p<0.001) è stata osservata nella banda alfa, a esclusione delle aree posteriori al vertice (Cz, Pz); infine, nella banda theta, è stata riscontrata una riduzione significativa solo nelle
aree frontali (F3) e temporo-parieto-occipitali (T5, P3,
O1) dell’emisfero sinistro (p<0.001).
Continuando il confronto tra i due gruppi, NM e M,
durante la prova di ASC (Figura 1d), i M hanno presentato un decremento statisticamente significativo
(p<0.001) dell’attività gamma diffuso in entrambi gli
emisferi (escluse le aree F8, T6, O2 dell’emisfero destro e le aree F7, T3, O1 dell’emisfero sinistro); nella
banda beta un decremento significativo (p<0.001) è
stato osservato solo nelle aree centro-temporali destre
(C4, T4) e in quelle temporo-parieto-occipitali sinistre
(T5, P3, O1), mentre nessuna variazione significativa è
emersa nelle altre bande di frequenza.
Procedura sperimentale
I soggetti, dopo un periodo di 3' di riposo psicosensoriale (RPS) durante il quale sono stati invitati a rilassarsi stando distesi a occhi chiusi, sono stati istruiti
ad ascoltare con attenzione e a occhi chiusi per 3' un
brano musicale (ASC). Tale brano consisteva in una
composizione pianistica (si è preferita un’esecuzione
monostrumentale per ridurre le variabili somministrate); è stato scelto, inoltre, un brano non di repertorio,
per evitare processi di rievocazione e di abitudine, che
avrebbero potuto essere riscontrati di fronte a un pezzo noto.
Per tutti i soggetti esaminati sono stati operati i confronti tra la fase di RPS e quella di ASC. Inoltre, è stato operato il confronto tra il gruppo NM e M sia durante RPS che in corso di ASC. Infine, mediante le procedure sopra descritte, i valori degli spettri di potenza
assoluta dei gruppi NM e M sono stati sottoposti ad
analisi statistica mediante T-test.
DISCUSSIONE
RISULTATI
Dai risultati ottenuti nello studio del campione indagato sono emerse differenze statisticamente significative tra NM e M, a livello sia individuale sia di gruppo.
Tali differenze confermano l’ipotesi che NM e M utilizzano tendenzialmente modalità differenti di attivazione cerebrale durante l’ascolto di un brano sonoro.
In particolare, durante l’ascolto del brano musicale
proposto, i soggetti NM hanno presentato un aumento
dell’attivazione specifica nella banda gamma solo nelle aree fronto-temporo-parietali di destra, associato a
un aumento diffuso dell’attivazione aspecifica beta diffuso su tutto l’ambito, dalle aree anteriori prefrontali a
quelle posteriori parieto-occipitali. Tali dati documentano un’attività corticale connessa con l’integrazione
delle afferenze sensoriali e con le capacità rappresentative e iconiche legate anche alle aree visuo-spaziali.
Essi indicano che, quando non sono possedute specifiche competenze linguistiche, l’ascolto attento di un
brano musicale produce un’attivazione di vaste aree
corticali di entrambi gli emisferi, che porta alla costru-
Confrontando i valori ottenuti tra la condizione di
riposo psicosensoriale (RPS) e l’ascolto del brano musicale proposto, i soggetti non in possesso di specifiche
competenze musicali hanno mostrato nella banda
gamma un aumento di attività (p<0.001) solo nelle
aree fronto-temporo-parietali di destra (F8, T4, C4);
ampiamente più evidenti sono state invece le variazioni significative (p<0.001) nella banda beta, con un aumento diffuso di attività durante la prova di ascolto in
entrambi gli emisferi, dalle aree frontali a quelle parieto-occipitali (F1, F2, F3, F4, C3, C4, T3, T5, P3, P4, O1,
O2). Nessun cambiamento statisticamente significativo dell’attività bioelettrica è stato, invece, osservato
nelle bande di frequenza inferiori a quella beta (Figura 1a).
Viceversa, per quanto riguarda i soggetti in possesso di specifiche competenze musicali, dal confronto tra
RPS e ASC (Figura 1b) è stato osservato un aumento
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Figura 1a, b, c, d. Mappe spettrali assolute EEG in non musicisti (NM) e musicisti (M) ottenute durante registrazione EEG-C a riposo psicosensoriale (RPS) e ascolto di un brano musicale (ASC) nelle bande di frequenza theta (4.0-7.5 Hz), alfa (8.0-11.5 Hz), beta (12.0-29.5 Hz)
e gamma (30.0-50.0 Hz). La banda delta (0.5-3.5 Hz) non è stata riportata in quanto non ha mostrato risultati statisticamente significativi.
aspetti armonici, competenze che sono proprie dell’emisfero destro e, in particolare, delle sue aree temporali.
Nei M, invece, è stata osservata un’attivazione specifica e circoscritta delle aree linguisticamente competenti dell’emisfero sinistro nella banda gamma; come si
è detto nell’introduzione, recentemente tale banda è
stata individuata come quella correlata con l’elaborazione centrale dell’informazione, anche di tipo uditivo
(31,32). A tale attivazione specifica ha fatto riscontro
una contestuale mancanza di modificazioni statisticamente significative nella banda beta, legata a un più
generico aumento dell’arousal.
Pertanto, i dati ottenuti confermano che chi è in possesso di specifiche competenze nel linguaggio musicale
durante l’ascolto di un brano sonoro tende ad attivare
modalità centrali prevalentemente logico-analitiche.
zione di una rappresentazione mentale di ciò che si
ascolta. In questa attivazione globale sono coinvolte
sia le aree anteriori, ove è localizzata la working memory – che consente la correlazione tra le afferenze
senso-percettive in arrivo con quelle già memorizzate
e il controllo delle attivazioni emozionali correlate all’esperienza percepita – sia le aree temporo-parietooccipitali, responsabili dell’integrazione polisensoriale.
I nostri dati confermano l’ipotesi di una natura rappresentativa dell’eleborazione centrale dell’esperienza
(che dà vita a una sorta di “film nel cervello” o movie
in the brain, come è stato definito da Damasio [35], e
sono in accordo con quanti, come Kimura (13), Bever
e Chiarello (8), Johnson (9), Gordon (10), Hassler (11),
hanno sostenuto che i soggetti senza una particolare
conoscenza specifica della musica hanno comunque la
capacità di discriminare sequenze tonali e di percepire
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Elaborazione corticale di un brano musicale in musicisti e non musicisti
Quando, infatti, è coinvolta l’attenzione conativa (richiesta specificamente nel nostro protocollo), i M presentano una differente attivazione rispetto ai NM, secondo
una modalità analitica e non olistica, che si esprime, non
con un semplice incremento delle capacità attentive e visuo-spaziali, come avviene per i NM, ma con una specifica elaborazione semantica dei suoni percepiti, come è
documentato dalla selettiva attivazione nella banda
gamma delle aree corticali dell’emisfero sinistro deputate alla elaborazione del linguaggio musicale.
Operando un confronto tra i due gruppi, NM e M, in
condizioni di RPS i M hanno presentato, rispetto ai
NM, una minore attività della banda gamma in entrambi gli emisferi e un’altrettanto marcata minore attività nella banda alfa, a esclusione delle aree posteriori al vertice. Nel loro insieme, tali dati indicano una
maggiore e selettiva capacità dei M a rilassarsi in condizioni basali rispetto ai NM.
Continuando il confronto tra i due gruppi, durante
la prova di ASC, i M hanno presentato una significativa minore attività gamma in entrambi gli emisferi, ma
tale minore attività non ha interessato le aree dell’emisfero sinistro corrispondenti ai centri di elaborazione linguistica né quelle sostanzialmente corrispondenti dell’emisfero destro, coinvolte nella percezione degli
aspetti visuo-spaziali legati ai suoni e, in particolare,
delle sequenze tonali e degli aspetti melodici (8-11).
Il fatto che sono state trovate, operando un confronto tra NM e M, differenze statisticamente significative sia a RPS che durante l’ASC, conferma come si
crei quell’effetto “anticipatorio” descritto da Dowling,
et al. (23) riguardo all’aspettativa dell’evento musicale,
che condiziona le modalità conoscitive individuali, per
cui i M “si rilassano di più all’ascolto” e i NM sono “attenti sia a riposo che all’ascolto”, come è evidenziato
dalle variazioni dell’attività alfa, tipica del riposo psicosensoriale, e dell’attività beta e gamma, espressione,
la prima, più di un generico aumento dell’arousal e, la
seconda, di una più specifica elaborazione centrale dell’informazione.
Un ulteriore elemento di interesse può essere tratto
dal confronto con la nostra precedente ricerca, nella
quale erano stati somministrati due brani musicali noti, l’uno esclusivamente strumentale, l’altro anche cantato (12). Sebbene allora non fosse stata presa in esame la banda gamma, il confronto degli spettri di potenza beta, alfa, theta e delta con quelli attuali dimostra che quando il brano, polistrumentale o cantato, è
conosciuto, i M possono anche rilassarsi maggiormente rispetto ai NM durante l’ASC. Risulta pertanto di
fondamentale importanza l’utilizzo nel protocollo –
come è stato fatto in questa circostanza – di un brano
non noto, proposto da un unico strumento, che facilita
nel musicista l’attenzione richiesta per analizzare il
brano senza effetti di ricordo e per tradurlo in un codice semantico specifico.
In definitiva, dal confronto tra i dati ottenuti nei
NM e nei M, quando si passa da una condizione di riposo a una di ascolto attento di un brano strumentale non noto, si verificano modalità di elaborazione
centrale dell’informazione sostanzialmente diversificate. Nei NM è possibile una elaborazione centrale
degli stimoli musicali, sotto forma di rappresentazioni mentali delle proprietà specifiche dei suoni sia
semplici (tono, durata, timbro, intensità), sia complesse (ritmo, armonia, melodia); tali rappresentazioni danno luogo a una sorta di film correlato alla colonna musicale percepita (musical movie), di tipo
globale e non analitico. L’elaborazione semantica logico-analitica dei suoni percepiti è possibile solo in
chi è in possesso del linguaggio musicale e può produrre un vero e proprio modo di pensare attraverso
i suoni (think in sound). I dati del presente lavoro, e
in particolare quelli relativi alle modificazioni statisticamente significative della banda gamma, confermano quindi l’ipotesi, formulata negli anni passati da
vari Autori, quali Bigand (18), McAdams (19,20) e
Bregman (21,22), secondo cui l’elaborazione centrale dei suoni è costituita da processi complessi, comprendenti una serie di eventi successivi e integrati
(“processi uditivi primitivi di gruppo”, “processi decisionali di gruppo”, “eventi, rappresentazioni e descrittori mentali”, “elaborazione secondaria della
struttura dell’evento”) che consentono di costruire
una “rappresentazione mentale strutturata dei suoni
percepiti” e, nei M, una rappresentazione interna di
una specifica “forma musicale”. In altri termini, i dati da noi ottenuti sono in accordo con il fatto che i
NM sono in grado di elaborare solo “eventi, rappresentazioni e descrittori mentali” ma non “rappresentazioni strutturate e forme musicali interne”, competenze che sono invece possedute dai M, i quali possono attivare, a livello delle aree logico-analitiche
dell’emisfero sinistro, quei processi complessi di elaborazione che consentono una codificazione astratta
delle relazioni tra le categorie musicali, fino a costruire, sulla base dei precedenti contesti percettivi
appresi, una rappresentazione analitica dei nuovi input uditivi. Per indagare questi aspetti sono state avviate ulteriori ricerche finalizzate a esplorare possibili differenze tra sottogruppi di M che suonano strumenti diversi, così come alcuni dati preliminari finora ottenuti sembrano suggerire.
Di più difficile confronto con i nostri dati sono
quelli sulla coerenza EEG, dato che nel sistema operativo da noi utilizzato non è previsto questo tipo di
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Nardi B, et al.
CONCLUSIONI
analisi. La non costante concordanza nei dati presenti in letteratura (che comunque documentano in
netta prevalenza l’esistenza di differenze significative tra NM e M) va posta in correlazione anche con i
protocolli utilizzati. Nel nostro caso, come si è detto,
è stata prevista la somministrazione di un brano
esclusivamente monostrumentale e non noto, per ridurre il più possibile le variabili (oggetto comunque
di elaborazione centrale) ed è stata richiesta a tutti i
soggetti inseriti nel protocollo un’attenzione conativa durante l’ascolto. Inoltre, mentre alcuni lavori
presenti in letteratura si riferiscono solo a un singolo o a un campione piuttosto limitato di musicisti, nel
nostro lavoro è stato preso in esame un campione
sufficientemente esteso di soggetti, scegliendoli all’interno di un Istituto noto e autorevole, che garantisse un’adeguata competenza nel linguaggio musicale per i M inclusi nel protocollo su base volontaria.
D’altra parte, già Damasio e Damasio (7,35) avevano messo in luce la difficoltà di raccogliere dati precisi in relazione alla dominanza emisferica e di formulare, quindi, una teoria coerente sull’elaborazione
della musica, sia per il fatto che quest’ultima costituisce un linguaggio complesso, non sovrapponibile
a quello verbale, sia per il fatto che l’affinamento
musicale può portare a un cambiamento dei sistemi
legati alla sua elaborazione centrale (tanto che alcune competenze possono passare dall’emisfero destro
a quello sinistro), sia infine per l’eterogeneità delle
casistiche e delle procedure seguite nei protocolli di
ricerca.
Infine, in accordo con quanto segnalato da Bregman
(21,22) e da Dowling, et al. (23), la presenza di una variabilità dei pattern EEG osservata da soggetto a soggetto, sia nei NM sia nei M, mette in evidenza come, al
di là di specifiche competenze possedute o meno, un
ruolo importante sia svolto dai fattori legati all’acculturazione e al training in determinati ambiti musicali
socio-culturali, nonché dalle aspettative associate all’ascolto, che condizionano le modalità conoscitive relative all’interpretazione delle informazioni sonore. È bene tenere presente, soprattutto quando ci si confronta
con un linguaggio complesso e polidimensionale come
la musica, che ciascun soggetto esprime modalità uniche e peculiari di elaborare l’esperienza e di riferirla a
sé, trasformandola in conoscenza e integrandola nella
propria organizzazione di significato personale
(36,37). Pertanto, tali modalità entrano a far parte del
vissuto emozionale e delle trame narrative individuali,
che danno coerenza all’identità e che esprimono i loro
correlati biologici anche sotto forma di specifici pattern bioelettrici (38).
In conclusione, i dati da noi osservati documentano
che soggetti NM e soggetti M, passando da una condizione di RPS all’ASC attento di un brano musicale non
di repertorio, presentano differenti pattern di attivazione bioelettrica, espressioni di una diversa modalità
di elaborazione centrale delle informazioni sonore.
In particolare, i NM hanno presentato un’attivazione diffusa dell’arousal (individuata dall’incremento
dell’attività beta diffuso su tutto l’ambito, esteso sia alle aree prefrontali sia a quelle parieto-occipitali) e
un’attivazione selettiva della banda gamma, deputata
all’elaborazione centrale delle informazioni, solo nelle
aree temporo-centrali destre, importanti nella percezione melodica.
I M hanno presentato, invece, attivazioni specifiche
della banda gamma in corrispondenza delle aree dell’emisfero sinistro competenti nella elaborazione logico-analitica del linguaggio musicale.
Infine, pur all’interno di pattern di gruppo sufficientemente omogenei, sono emerse differenze individuali
legate a fattori formativi culturali, al vissuto soggettivo
e alle aspettative. All’interno dei gruppi sopra considerati, ciascun soggetto ha, infatti, mostrato un profilo di
attivazione EEG peculiare. Tali caratteristiche individuali, già note ai primi elettroencefalografisti che descrissero i pattern bioelettrici come qualcosa di primitivamente “non normalizzabile” all’interno di una
gaussiana, costituiscono anch’essi un’espressione dell’organizzazione di significato personale, unica e irripetibile in ciascun individuo, che fa da cornice di riferimento alle attivazioni emozionali e alle correlate trame narrative, attraverso le quali l’assimilazione dell’esperienza e l’elaborazione dei processi senso-percettivi entrano a far parte della coerenza interna e del senso di sé (36-38). Del resto, questa unicità e irripetibilità
dei coloriti soggettivi e delle corrispondenti trame narrative è riscontrabile anche a livello intraindividuale
nel corso del ciclo di vita, come è stato recentemente
descritto da un musicista come Riccardo Muti in un’intervista al critico Luzzatto Fegiz (39): “Non è che mi
pongo il problema di essere diverso a tutti i costi. Succede e basta. (…) Mi sono divertito a confrontare le
quattro versioni da me dirette del Danubio Blu e della
Radetzky-Marsch. Stesso direttore, stessa orchestra in
anni diversi. Quattro esecuzioni che “sembrano” somiglianti, ma in realtà sono profondamente diverse l’una
dall’altra. (…) Anche un disco, che in fondo è un prodotto meccanico e non fa altro che ripetere se stesso, finisce per essere diverso a ogni ascolto. Lo stato d’animo modifica anche l’ascolto”.
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96
Elaborazione corticale di un brano musicale in musicisti e non musicisti
22. Bregman AS: Auditory scene analysis: hearing in complex environments. In: McAdams S, Bigand E (eds) Thinking in Sound:
the cognitive psychology of human audition. Oxford University
Press, Oxford, 1993.
23. Dowling WJ, Lung KM, Herrbold S: Aiming attention inpitch
and time in the perception of interleaved melodies. Percept Psycophysiology, 1987, 41, 642-656.
24. Petsche H: The EEG and thinking. EEG-EMG Zeitschrift für
Elektroenzephalographie, Elektromyographic und Verwandte
Gebiete, 1990, 21, 207-218.
25. Joliot M, Ribary U, Llinás R: Human oscillatory brain activity near
40 Hz coexists with cognitive temporal binding. Proceedings of the
National Academy of Science USA, 1994, 91, 11748-11751.
26. Jokeit H, Makeig S: Different event-related patterns of gammaband power in brain waves of fast and slow reacting subjects.
Proceedings of the National Academy of Science USA, 1994, 91,
6339-6343.
27. Gray CM, Di Prisco GV: Stimulus-dependent neuronal oscillations and local synchronization in striate cortex of the alert cat.
Journal of Neurosciences, 1997, 17, 3239-3253.
28. Keil A, Muller MM, Ray WJ, Gruber T, Elbert T: Human gamma
band activity and perception of a gestalt. Journal of Neurosciences, 1999, 19, 7152-7161.
29. Csibra G, Davis G, Spratling MW, Johnson MH: Gamma oscillations and object processing in the infant brain. Science, 2000,
290, 1582-1585.
30. Solbounov S, Tutwiler R, Slobounova R, Rearick M, Ray W: Human oscillatory brain activity within gamma band (30-50 Hz) induced by visual recognition of non-stable postures. Cognitive
Brain Research, 2000, 9, 177-192.
31. Bhattacharya J, Petsche H: Musicians and the gamma band: a secret affair? Cognitive Neuroscience and Neuropsychology, 2000,
12, 371-374.
32. Bhattacharya J, Petsche H, Pereda E: Longe-range synchrony in
the gamma band: role in music perception. Journal of Neuroscience 200l, 21(16), 6329-6337.
33. Jasper HH: Report of the Committee on methods of clinical examination in electroencephalography. Electroencephalography
and Clinical Neurophysiology, 1958, 10, 371-375.
34. Nuwer MR: Quantitative EEG: techniques and problems of frequency analysis and topographic mapping. Journal of Clinical
Neurophysiology, 1988, 5, 1-43.
35. Damasio AR: The feeling of what happens. Body and Emotion
in the Making of Consciousness, 1999. (Trad. it.: Emozione e Coscienza. Adelphi, Milano, 2000).
36. Guidano VF: Complexity of the Self. Guilford, New York, 1987.
(Trad. it.: La Complessità del Sé. Bollati Boringhieri, Torino,
1988).
37. Guidano VF: The Self in progress. Guilford, New York, 1991.
(Trad. it.: Il Sé nel suo divenire. Bollati Boringhieri, Torino,
1992).
38. Nardi B: Processi psichici e psicopatologia nell’approccio cognitivo. Nuove prospettive in psicologia e in psichiatria clinica.
Franco Angeli, Milano, 2003.
39. Luzzatto Fegiz M: Intervista a Riccardo Muti: Muti: “La classica
nel pop? Contaminazione comica”. Corriere della Sera, 27 febbraio 2004.
BIBLIOGRAFIA
1. Billroth CAT: Wer ist Musikalisch? Hanslick, Berlin, 1896.
2. Seashore CE: The psychology of musical talent. Silver, Burdett
and Company, New York, 1919.
3. Seashore CE: Psychology of music. MacGraw-Hill, New York,
1938.
4. Critchley MD, Henson RA: La musica e il cervello. Studi sulla
neurologia della musica. Piccin, Padova, 1987.
5. Freeman WJ, Skarda CA: Spatial EEG patterns, non linear dynamics and perception. The neo-Sherrington view. Brain Research Review, 1985, 10, 147-175.
6. Luria AR: Higher cortical functions in man. Basic Books, New
York, 1980.
7. Damasio AR, Damasio H: Capacità musicale e dominanza emisferica. In: Critchley MD, Henson RA (eds) Music and the
brain. Heinemann, London, 1977 (Trad. it.: La musica e il cervello. Piccin, Padova, 1987).
8. Bever TG, Chiarello RJ: Cerebral dominance in musicians and
non musicians. Science, 1974, 185, 537.
9. Johnson PR: Dichotically-stimulated ear differences in musicians and non-musicians. Cortex, 1977, 13, 385-389.
10. Gordon HW: Hemispheric asymmetry for dichotically-presented chords in musicians and non-musicians, males and females.
Psychology (Amsterdam) 1978, 42, 383-395.
11. Hassler M: Functional cerebral asymmetries and cognitive abilities in musicians, painters, and controls. Cognitive Brain Research, 1990, 13, 1-17.
12. Milner B: Seashore measure for musical talents. In: Mountcastle
(ed) Laterality effects in audition in hemispheric relations and
cerebral dominance. John Opkins Press, Baltimore, 1962.
13. Kimura D: L’asimmetria del cervello umano. Le Scienze, 1973,
58, 145-153.
14. Peretz I, Morais J: Modes of processing melodies and ear asymmetry in non musicians. Neuropsychology, 1980, 18, 477-489.
15. Marin OSM: Neurological aspects of music perception and performance. In: Deutsch D (ed) The psychology of music. Academic Press, New York, 1982.
16. Peretz I: Auditory agnosia: a functional analysis. In: McAdams S,
Bigand E (eds) Thinking in sound: the cognitive psychology of
human audition. Oxford University Press, Oxford, 1993.
17. Nardi B, Borsetti G, Brandoni M, Cherubini C, Colocci R, Luconi R, et al.: Modificazioni bioelettriche, valutate mediante
EEG computerizzato (EEG-C), durante prove di ascolto musicale. Giornale Italiano di Psicopatologia, 2000, 6, 264-272.
18. Bigand E: Contributions of music to research on human auditory cognition. In: McAdams S, Bigand E (eds) Thinking in sound:
the cognitive psychology of human audition. Oxford University
Press, Oxford, 1993.
19. McAdams S: Recognition of sound sources and events. In:
McAdams S, Bigand E (eds) Thinking in sound: the cognitive
psychology of human audition. Oxford University Press, Oxford,
1993.
20. McAdams S, Deliège I: La musique, science cognitive. Pierre
Mardaga, Liège, 1989.
21. Bregman AS: Auditory scene analysis: the perceptual organization of sound. Cambridge MIT Press, Cambridge, Mass., 1990.
Rivista di psichiatria, 2005, 40, 2
97