Per quanto riguarda i dati psicometrici ricavati, sono state valutate statisticamente le differenze tra i risultati misurati nel periodo post-controllo ed in quello post- stimolazione.
Per ogni soggetto sono stati considerati i risultati al test di Corsi, Digit Span e Reverse Digit Span oltre che ad ogni scala del PCI.
Per valutare se vi fossero differenze significative tra i soggetti nella condizione di controllo e gli stessi soggetti nella condizione di stimolazione, per i dati cognitivi è stato utilizzato il test t di student per dati appaiati e, per i dati del PCI, è stato utilizzato il test non parametrico della somma dei ranghi di Friedman. Per l‟analisi è stato utilizzato il programma statistico R commander. L‟alfa massimo di errore è stato considerato di 0.05.
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RISULTATI
Come descritto in Materiali e Metodi, è stata condotta un‟analisi spettrale confrontando se fosse presente, nella condizione di stimolazione, una differenza significativa tra il periodo di cinque minuti finali ed il periodo di cinque minuti iniziali, in cinque bande di frequenza: Delta (1-4 Hz), Teta (4-8 Hz), Alfa (8-12 Hz), Beta (12-30 Hz) e Gamma (30-45 Hz).
Come descritto in Fig. 8, il confronto tra la condizione di post-stimolazione (seconda riga) e pre-stimolazione (prima riga) mette in evidenza un incremento significativo globale di attività delta e teta (terza riga).
Figura 8: periodo pre-stimolo e periodo post-stimolo per ogni banda di frequenza. Il colore rosso scuro evidenzia gli elettrodi con maggiore attività nella banda considerata (unità di misura in decibel - dB) In “differenza post-pre”, gli elettrodi con valori statisticamente differenti tra post e pre-stimolazione nella banda considerata sono segnati in nero. Come si può vedere, le frequenze maggiormente incrementate nella condizione di post-stimolazione sono quelle delta e teta, presenti globalmente su tutta la corteccia.
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È stata condotta un‟analisi spettrale confrontando se fosse presente, nella condizione di controllo, una differenza significativa tra il periodo di cinque minuti finali e quello di cinque minuti iniziali, nelle stesse cinque bande di frequenza.
Come descritto in Fig. 9, il confronto tra la condizione di post-controllo (seconda riga) e pre-controllo (prima riga) non ha messo in evidenza alcun incremento significativo in nessuna banda di frequenza (terza riga).
Figura 9: periodo pre-controllo e periodo post-controllo, per ogni banda di frequenza. Il colore rosso scuro evidenzia gli elettrodi con maggiore attività nella banda considerata (unità di misura in decibel - dB). In “differenza post-pre”, come si può vedere, nessun elettrodo presenta valori statisticamente differenti tra post e pre-controllo, in nessuna delle bande considerate.
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È stata condotta infine un‟analisi spettrale confrontando se fosse presente una differenza significativa nel livello di potenza del periodo di cinque minuti finali della condizione di stimolazione rispetto a quello di cinque minuti finali della condizione di controllo, nelle cinque bande di frequenza.
Come descritto in Fig. 10, il confronto tra la condizione di post-stimolazione (seconda riga) e post-controllo (prima riga) mette in evidenza un incremento significativo di attività delta e teta (terza riga), presenti globalmente su tutta la corteccia e lateralizzati maggiormente a destra nel caso della banda teta. Vi sono inoltre alcune differenze negli elettrodi centrali nella banda di frequenza beta.
Figura 10: periodo post-controllo e periodo post-stimolo per ogni banda di frequenza. Il colore rosso scuro evidenzia gli elettrodi con maggiore attività nella banda considerata (unità di misura in decibel - dB). In “differenza stimolo-controllo”, gli elettrodi con valori statisticamente differenti tra post e pre- stimolazione nella banda considerata sono segnati in nero. Come si può vedere, le frequenze maggiormente incrementate nella condizione di post-stimolazione rispetto alla condizione post- controllo sono quelle delta e teta, presenti globalmente su tutta la corteccia e maggiormente lateralizzate a destra nel caso delle teta. Vi sono poi delle differenze significative negli elettrodi centrali nella banda di frequenza beta.
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Dalla media dei segnali dei soggetti, utilizzando sLORETA, è stata stimata la distribuzione delle origini corticali dell‟attività delta per ogni soggetto nel periodo post- stimolazione rispetto a quello pre-stimolazione. Come mostrato in Fig. 11, queste onde sono sparse globalmente su quasi tutta la corteccia, ma tra le aree maggiormente implicate vi sono la corteccia olfattiva, l‟uncus, il giro paraippocampale anteriore, la corteccia entorinale, la corteccia orbitofrontale, la corteccia cingolata anteriore, la corteccia cingolata posteriore, il precuneo ed il cuneo.
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È stata successivamente stimata la distribuzione corticale dell‟attività teta per ogni soggetto nel periodo post-stimolazione rispetto a quello pre-stimolazione. Come mostrato in Fig. 12, le aree maggiormente implicate sono la corteccia olfattiva, l‟uncus, il giro paraippocampale anteriore, la corteccia entorinale, la corteccia orbito frontale e la corteccia cingolata anteriore.
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Dalla media dei sLORETA è stata stimata la distribuzione corticale dell‟attività delta e teta per ogni soggetto anche nel periodo post-controllo rispetto a quello pre-controllo. In questi casi non è stata trovata nessuna differenza significativa.
Come per le differenze negli spettri di potenza, è stata stimata la distribuzione corticale dell‟attività delta per la condizione di post-stimolazione confrontata con la condizione di post-controllo. Le differenze sono presenti nella corteccia olfattiva, nell‟uncus, nel giro paraippocampale anteriore, la corteccia entorinale, nella corteccia cingolata posteriore e nel precuneo (Fig. 13).
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È stata calcolata infine la distribuzione corticale dell‟attività teta per la condizione di post-stimolazione confrontata con la condizione post-controllo. Le maggiori differenze sono presenti soprattutto nella corteccia orbitofrontale (Fig. 14).
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Dal punto di vista soggettivo-fenomenologico, sono stati raccolti i risultati del PCI e le sbobinature delle interviste, sia dopo la condizione di stimolazione che dopo la condizione di controllo.
L‟eperienza soggettiva durante la condizione di stimolazione è stata riportata accuratamente, infatti tutti i soggetti ricordano relativamente bene tutto ciò che è avvenuto durante i minuti della stimolazione.
Per quanto riguarda l‟immaginazione ad occhi chiusi i risultati sono molto vari, alcuni soggetti hanno riportato di aver visto molte immagini che rappresentavano quello che stavano pensando, mentre altri non hanno riportato nessuna immagine visiva.
Tutti i soggetti hanno riportato una tendenza a concentrare maggiormente l‟attenzione sul vissuto interiore, a discapito dell‟ambiente esterno.
Per quanto riguarda il senso del corpo, molti soggetti hanno riportato una tendenza a porre meno attenzione alla propriocezione ed al senso del tatto, alcuni hanno riportato una vera e propria sparizione del corpo, o una fusione di questo con l‟ambiente (“ho
perso i confini del mio corpo, il corpo non c’era, non ci facevo proprio attenzione”).
Anche il senso soggettivo dello scorrere del tempo era diverso dal solito, molti soggetti hanno riportato una tendenza del tempo a rallentare, anche se non in maniera eccessiva. Alcuni soggetti hanno riportato una diminuzione del controllo percepito sui loro pensieri
(“i pensieri un po' si scambiavano tra di loro, non riuscivo bene a controllarli”).
Nessun soggetto ha riportato di aver provato emozioni particolari, se non una lieve ansia all‟inizio della stimolazione.
In generale tutti i soggetti hanno riportato un profondo stato di rilassatezza con diminuzione dell‟arousal psicofisico ed un senso diffuso di benessere e di calma. Molti hanno trovato questo stato simile all‟addormentamento, ma, a differenza di questo, hanno mantenuto una piena autoconsapevolezza.
I risultati ottenuti ai test cognitivi ed al PCI sono stati ottenuti da tutti i soggetti sia successivamente alla condizione di controllo che a quella di stimolazione. La media dei punteggi è stata tabulata come segue:
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MEDIA Controllo MEDIA Stimolazione
Test di Corsi 7,2 6,6
Digit Span 7,5 7,2
Reverse Digit Span 6,5 6,7
PCI Esperienza Alterata 1,0 2,0
Immagine del Corpo 1,2 2,7
Senso del Tempo 2,1 3,7
Percezione 0,7 1,0
Significati Inusuali 0,6 1,1
PCI Affetti Positivi 0,9 0,9
Gioia 0,5 0,9
Eccitamento Sessuale 0,7 0,4
Amore 1,5 1,3
PCI Affetti Negativi 0,5 0,7
Rabbia 0,5 0,7 Tristezza 0,6 0,8 Paura 0,3 0,3 PCI Attenzione 3,4 4,4 Direzione dell‟Attenzione 3,4 4,6 Assorbimento 3,5 4,1 PCI Immaginazione 3,1 2,8 Quantità dell‟Immaginazione 2,8 2,7 Vivezza dell‟Immaginazione 3,5 2,8 PCI Auto-consapevolezza 4,5 3,6
PCI Stato Alterato di Coscienza 0,6 2,8
PCI Arousal 1,5 1,5
PCI Razionalità 4,5 3,5
PCI Controllo Volontario 4,2 2,9
PCI Memoria 4,4 3,4
PCI Dialogo Interiore 2,6 3,8
Al t-test per dati appaiati non è stata trovata alcuna differenza significativa nel Test di Corsi, Digit Span e Reverse Digit Span.
Per quanto riguarda il PCI, sono riportati solamente i risultati che indicano un‟area fenomenologica con differenza significativa tra il periodo successivo alla condizione di controllo e quella di stimolazione:
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Dimensione PCI p-value
Esperienza Alterata 0.01
Immagine del Corpo 0.05
Senso del Tempo 0.01
Percezione 0.01
Attenzione 0.03
Direzione dell‟Attenzione 0.01 Stato Alterato di Coscienza 0.006
Razionalità 0.0009
Controllo Volontario 0.006
Stando ai risultati, durante la condizione di stimolazione vi sono stati cambiamenti statisticamente significativi nell‟esperienza soggettiva rispetto alla condizione di controllo.
Le differenze risultano essere presenti nella percezione soggettiva del corpo (perdita dei confini del corpo), nel senso dello scorrere del tempo (che passava più lentamente), nella direzionalità dell‟attenzione (più diretta in se stessi), nella sensazione di trovarsi in uno stato alterato di coscienza e nella riduzione della razionalità e del controllo del pensiero.
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DISCUSSIONE
Lo scopo principale di questa tesi è stato l‟analisi delle relazioni psicofisiologiche tra il passaggio di aria insufflata nel naso, che stimola l‟epitelio olfattivo e non-olfattivo della volta nasale ad una frequenza che riproduce quella del Pranayama, e la risposta elettrica cerebrale, soprattutto nelle bande di frequenza più lente (teta e delta), in soggetti svegli a riposo, indipendentemente dal ritmo della respirazione orale. Sono state anche analizzate quali aree fossero maggiormente implicate nella risposta alla stimolazione e la loro eventuale relazione con particolari stati di coscienza. È stato infine analizzato se vi sia stata un‟alterazione di alcuni parametri cognitivi e dello stato di coscienza riportato soggettivamente, in linea con la letteratura riguardante la meditazione ed il Pranayama.
Risultati principali
I risultati EEG confermano che, indipendentemente dalla frequenza del respiro, una stimolazione lenta (0.05 Hz, cicli di 20 secondi, di cui 8 di somministrazione) dell‟epitelio olfattivo e non-olfattivo della volta nasale induce un rallentamento globale delle frequenze EEG corticali, con prevalenza delle bande di frequenza delta e teta. Questo è interpretabile alla luce degli studi di Fontanini che hanno dimostrato che una sincronizzazione dell‟attività di scarica nella banda di frequenza delta nel sistema olfattivo è influenzata direttamente dal periodico ingresso di aria nelle narici a circa 0.5- 1.5 Hz in topi anestetizzati (Fontanini et al., 2003; Fontanini and Bower, 2005; Fontanini and Bower, 2006).
La pressione di aria nelle narici è in grado quindi di provocare una periodica attivazione dell‟epitelio olfattivo e non-olfattivo, dovuta alla stimolazione di meccanocettori intranasali, che sincronizza l‟attività del bulbo olfattivo e, successivamente, grazie alle connessioni tra queste aree, della corteccia piriforme e delle altre aree associate con quelle olfattive e non, tra cui la corteccia entorinale (Biella et al., 2001), l‟amigdala (Cinelli et al., 1987; Price et al., 1991; Homma and Masaoka, 2008) e, infine, la corteccia orbitofrontale (Shepherd, 2007), da cui poi si può propagare al resto della corteccia (Massimini et al., 2004).
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L‟applicazione dell‟analisi di sorgente ai segnali EEG (LORETA) ha messo in evidenza che il rallentamento EEG delta e teta coinvolge principalmente le cortecce olfattive, la corteccia entorinale, l‟uncus, il giro paraippocampale anteriore, la corteccia orbitofrontale (OFC), il cingolo anteriore (ACC) e posteriore (PCC), il precuneo ed il cuneo.
Si può notare che le aree maggiormente implicate, oltre a quelle olfattive, sono quelle che appartengono al circuito noto come Default Mode Network (DMN), un insieme di aree corticali maggiormente attivato quando il soggetto non svolge alcun compito cognitivo. Questo circuito comprende una parte anteriore, formata dalla OFC e dall‟ACC, associate all‟attività introspettiva spontanea auto-referenziale (mind- wandering) (Gusnard et al., 2001) ed una parte posteriore, formata dalla PCC, dal precuneo e dal cuneo. Da studi di neuroimaging, il DMN ha mostrato in maniera simile una diminuzione di attività durante la meditazione, correlata al particolare stato di coscienza raggiunto (Farb et al., 2007; Brewer et al., 2011).
All‟EEG, infatti, la meditazione è associata ad un aumento delle onde teta, soprattutto nelle regioni frontali (Dunn et al., 1999) e nella “midline” corticale (Banquet, 1973; Mizuki et al., 1980).
È quindi possibile che una stimolazione dei circuiti bulbo-corticali sia in grado di modulare l‟attività di aree implicate nel Default Mode Network (DMN), in linea con quanto presente in letteratura sulle relazioni tra DMN e meditazione.
I test psicometrici (PCI, Pekala, 1991) hanno evidenziato cambiamenti statisticamente significativi nella percezione soggettiva del corpo, nella direzionalità dell‟attenzione (più diretta verso se stessi), nella percezione del tempo, nella sensazione di trovarsi in uno stato alterato di coscienza e nella riduzione della razionalità e del controllo del pensiero.
Dal punto di vista soggettivo, la stimolazione lenta del meato nasale provoca quindi uno stato alterato di coscienza, riportato da soggetti senza alcuna esperienza di tecniche meditative come molto simile a quello presente nella letteratura sulla meditazione. Dai dati presenti in letteratura, infatti, questo stato di coscienza richiama molto da vicino quello meditativo, in cui dai self-report si descrivono stati di coscienza alterati, caratterizzati da calma, benessere, alterazioni dei processi cognitivi, dell‟immagine
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corporea e della percezione del tempo e del sé (Osis et al., 1977; Kornfield, 1979; Vaitl et al., 2005; Jovanov, 2011).
Inoltre lo stato di coscienza raggiunto era simile all‟addormentamento, ma con mantenuta autoconsapevolezza, il che si accosta alla particolare abilità dei meditatori esperti di rimanere “sospesi” per lungo tempo in uno stato a metà tra veglia e sonno (Williams and West, 1975; Fenwick et al., 1977), uno stato molto simile a quello raggiunto dai praticanti di Nidra Yoga, in cui si diventa spettatore passivo degli eventi mentali, con perdita di controllo sui pensieri ed astensione dal giudizio dell‟esperienza, mantenendo però un‟attenzione diffusa, associato all‟EEG alla prevalenza di onde delta e teta sullo scalpo (Parker et al., 2013).
Limiti dello studio
Trattandosi di uno studio pilota, questo studio presenta numerosi limiti. Il campione utilizzato non è abbastanza ampio e diversificato per consentire delle valide inferenze alla popolazione generale. In particolare la giovane età (media 23 aa) dei soggetti in studio si associa ad una maggiore capacità dei circuiti corticali a sincronizzare in attività lenta.
Risvolti clinici
Da un punto di vista euristico, i risultati preliminari di studio conferisocono a questa ricerca un‟utilità preclinica o francamente clinica. La possibilità di indurre uno stato di profondo rilassamento mediante il controllo della diffusione di aria nelle narici potrebbe trovare una futura applicazione nel controllo di alcuni sintomi dei disturbi d‟ansia, come ad esempio quelli appartenenti al panico, nei quali il discontrollo del respiro gioca un ruolo fondamentale nel mantenimento della dimensione psicopatologica.
La capacità di sincronizzazione dell‟attività del bulbo e della corteccia olfattiva potrebbe essere poi sfruttata per la cura dei disturbi del sonno come l‟insonnia. La corteccia olfattiva infatti non è separata dall‟esterno durante il sonno, ma la sua attività è coordinata anche dall‟entrata dell‟aria durante il respiro a riposo. Le onde lente del sonno e, quindi, un sonno profondo e ristoratore, non sono quindi soltanto un indice di isolamento della corteccia dall‟ambiente, ma sono altamente correlate all‟ingresso di aria priva di odore durante la respirazione lenta nasale tipica del sonno profondo
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(Fontanini et al., 2003; Fontanini and Bower, 2005, 2006) e la loro oscillazione è dipendente dall‟interazione complessa tra ritmi intrinseci corticali e ritmo basale del respiro (Wilson and Bower, 1992; Bower, 1995). A questo riguardo alcuni di studi di sorgente applicati alle dinamiche corticali della oscillazione lenta del sonno (Murphy et al., 2009) hanno messo in evidenza come l‟onda madre del sonno nasca da regioni che sono state attivate nella condizione sperimentale di questo lavoro di tesi (come ad esempio la OFC e l‟ACC).
Prospettive future
Per lo sviluppo di questo studio si dovrà ampliare il campione, analizzare le risposte psicofisioligiche anche a stimoli con frequenze differenti, analizzare selettivamente l‟influenza della stimolazione nasale durante il sonno ed andare selettivamente a stimolare una sola narice alla volta (come nelle tecniche di Pranayama).
Inoltre un‟evoluzione naturale di questo approccio sperimentale è la sua applicazione in ambiente di Risonanza Magnetica Funzionale (fMRI) al fine di identificare in modo più corretto e definito le aree coinvolte nella modulazione della coscienza e dei suoi stati alterati.
Considerazioni conclusive
Questo è il primo studio che ha analizzato le risposte psicofisiologiche nell‟uomo alla stimolazione non olfattiva della volta nasale in veglia.
Da questo studio è emerso che una stimolazione controllata dell‟epitelio nasale è in grado di generare una modificazione dell‟attività elettrica cerebrale sovrapponibile a quella di tipico riscontro negli studi sul Pranayama, caratterizzata in letteratura da un aumento della sincronizzazione delle onde cerebrali e della presenza di onde teta e delta sulla corteccia (Busek and Kemlink, 2005; Trakroo et al., 2013).
Il rallentamento della stimolazione dell‟epitelio olfattivo e non-olfattivo potrebbe, anche in condizioni di veglia, giocare un ruolo importante nella sincronizzazione neurale a partire dal particolare ritmo di diffusione dell‟aria nelle narici e giocare un ruolo importante nel raggiungimento dello stato meditativo.
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È quindi importante enfatizzare il ruolo, finora poco considerato, del passaggio dell'aria nelle narici e dell‟attività del bulbo olfattivo nella genesi di onde lente durante tecniche specifiche di controllo del respiro.
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