Ritmi cerebrali e meditazione: evidenze sperimentali

Ritmi cerebrali e meditazione: evidenze sperimentali

Gli studi neuroscientifici sulla meditazione possono essere classificati in due gruppi: uno focalizzato sulla natura dei cambiamenti nel cervello durante la pratica (lo stato meditativo) e un altro sui cambiamenti cognitivi e neurali a lungo termine prodotti dalla pratica (cambiamenti di tratto). Per i primi, sono un ottimo esempio gli studi di Lazar (2005) e Hölzel (2007), per i secondi, invece, sono indicativi gli studi condotti con l’EEG., che tuttavia possono offrirci spunti interessanti anche sui tratti, registrando la base-line dell’attività cerebrale. Gli studi condotti con l’EEG, in particolare, sono molto importanti per rilevare i diversi momenti d’esperienza nello stato meditativo, momenti che sono mille volte più rapidi degli stati registrabili attraverso l’fMRI o la PET (Goleman, 2003).

Le tecniche che si basano sulla registrazione del flusso sanguigno nel sistema nervoso, benché siano utilissime, hanno bisogno di alcuni minuti per registrare le immagini, mentre l’attività elettrica legata alla coscienza del momento presente avviene nell’ordine dei millesimi di secondo (Goleman, 2003).

Metodi

Immagine di tommy.lan

L’attività bioelettrica del cervello viene misurata tramite l’EEG o la MEG, che registrano l’attività spontanea della corteccia, o tramite i PE (potenziali evocati), che possono invece indagare l’attività sia del sistema nervoso autonomo sia centrale in risposta a stimoli sensoriali evocati (Castiello, 1995).

L’EEG rileva la differenza di potenziale elettrico tra un elettrodo attivo, posto sopra la sede dove si svolge l’attività neurale, e un elettrodo indifferente, posizionato ad una certa distanza dal primo, misurando, in definitiva, la differenza di potenziale tra diverse aree dello scalpo. Tale segnale viene elaborato tramite algoritmi matematici, come la FFT (Fast Fourier Trasform), e tradotto in frequenze ed è una misura del flusso di corrente extracellulare che viene generato dalla somma delle attività di un elevato numero di neuroni.

Le oscillazioni rilevate dall’EEG sono spesso correlate a particolari stati comportamentali (quali i livelli di attivazione, il sonno e la veglia) e patologici (accessi o coma). Lo spettro di frequenza dell’attività cerebrale è compreso mediamente tra 0 a 40 Hz e si possono distinguere diverse bande.

delta (0.5 – 3.9 Hz), associata a processi motivazionali;
theta (4.0 – 6.9 Hz), coinvolto nella memoria e nella gestione delle emozioni;
alpha ( 7.0 – 11.9 Hz), connesso a processi inibitori importanti per l’attenzione e la memoria;
beta (12.0 – 32.0 Hz) e gamma ( >30 Hz), comprendono tutte le frequenze maggiori e sono indicativi di uno stato di intensa concentrazione.


L’apporto elettrico di ciascun neurone corticale è incredibilmente piccolo ed il segnale deve attraversare diversi strati di tessuto (le meningi, i liquidi che si trovano tra le meningi, le ossa del cranio e la pelle) prima di raggiungere gli elettrodi. Di conseguenza, sono necessari migliaia di neuroni attivi simultaneamente per generare un segnale EEG grande a sufficienza da poter essere rilevato.
Il segnale EEG dipende, quindi, in gran parte da quanto è sincronizzata l’attività dei neuroni implicati. Difatti, se ciascuna cellula riceve la stessa quantità di eccitazione, ma in tempi diversi, i segnali sommati risultano esigui ed irregolari. Se, invece, tutte le cellule ricevono la stessa eccitazione contemporaneamente, i singoli segnali possono sommarsi, dando origine ad un campo elettrico più intenso. In questo caso il numero di cellule attivate e la quantità totale di attivazione possono rimanere invariate, ciò che cambia è solo la sincronizzazione dell’attività.

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Recenti studi, quindi, considerano queste diverse forme d’attività cerebrale, i ritmi cerebrali, come meccanismi di integrazione cerebrale (Knyazev, 2007).
Le differenti categorie oscillatorie delle lunghezze d’onda determinano la finestra temporale dei processi e, indirettamente, l’ampiezza del gruppo neurale coinvolto. Da ciò, segue la speculazione di Buzsaki che ogni frequenza favorisce differenti tipi di connessioni e diversi livelli di computazione.

In generale, si può affermare che le oscillazioni lente coinvolgono molti neuroni, integrando ampie aree cerebrali, mentre le oscillazioni più veloci facilitano l’integrazione locale (Buzsaki, Draguhn, 2004). Sebbene, ci sia bisogno di ulteriori studi riguardo gli effetti generali della meditazione sull’attività neuro-elettrica del sistema nervoso, è emerso un certo consenso sul fatto che le diverse pratiche meditative implichino un’aumentata coerenza e/o forza per le frequenze più basse nell’attività elettro-encefalografica spontanea, sia come stato che come tratto (Cahn, Polich, 2006). Molti studi riportano, infatti, un’aumentata coerenza, determinata dalla meditazione, per le onde alpha (Gaylord, Orme-Johnson, Travis, 1989; Travis 1991; Travis, Pearson 1999; Travis, Tecce, Arenander, Fallace, 2002), e theta (Aftanas, Golocheikine 2001; Baijal, Srinivasan 2009; Hebert, Lehmann 1977; Pan, Zhang, Xia, 1994).

Le oscillazioni in banda theta possono essere generate nel sistema limbico (Buzsaki, 2002): soprattutto in situazioni emotivamente rilevanti, si è visto come neuroni posti nell’amigdala producono tale attività (Pare, 2003; Pare, Collins, 2000), o, in determinati stati, nella linea mediana della regione prefrontale (Hayashi, Iijima, Sugita, 1986; Mizuki, Masotoshi, Isozaki, Nishijima, Inanaga, 1980).

Sulla base di questi dati, Miller(1991) sostiene che l’attività theta nelle regioni prefrontali e strettamente connessa all’attività theta dell’ippocampo, data la forte connessione tra queste due aree cerebrali. Recenti studi indicano che questa attività in theta potrebbe consentire l’integrazione tra l’attività del sistema limbico, del tronco encefalico, dell’ippocampo e della neocorteccia (Kirk, Mackay, 2003).

La sincronizzazione in theta indicherebbe, quindi, l’attivazione di un sistema attenzionale e svolgerebbe un ruolo importante nell’integrazione delle informazioni (Sauseng, Hoppe, Klimesch, Gerloff, Hummel 2007).

Per quanto riguarda l’attività in alpha, essa è correlata con le performance cognitive (Knyazev, 2007): in particolare, la sua attività cresce nella corteccia prefrontale, ma decresce in quella occipitale, in compiti riguardanti la memoria di lavoro (Sauseng, Klimesch, Schabus, Doppelmayr, 2005). Questo aumento viene di solito è interpretato come la prova di una attiva inibizione, necessaria per guidare le operazioni mentali interne, ed è osservato frequentemente durante gli esperimenti che implicano la produzione di immagini mentali, l’utilizzo dell’immaginazione o l’attenzione interna ai propri pensieri. E’ stato proposto, quindi, che l’attività di alpha sia associata a processi inibitori di determinate aree allo scopo di sopprimere il flusso di informazioni che disturberebbero le aree preposte alla memoria di lavoro (Klimesch, Doppelmayr, Schwaiger, Auinger, Winkler, 1999).

La corteccia prefrontale sembra giocare un ruolo chiave nel bilanciare l’attività in banda alpha, legata a funzioni cognitive, con i processi emotivi e motivazionali associati rispettivamente alle banda theta e delta (Klimesch, 1999).

Altri studi, diversamente, indicano come durante la meditazione, ci sia un’aumentata sincronia in onde gamma (Lutz et al., 2004), in particolare nella corteccia fronto- parietale, che, come abbiamo visto, è caratterizzata da importanti proprietà specchio (Siegel, 2007).

I risultati di questi autori differiscono dalle altre ricerche, che vedevano un aumento più significativo delle onde alpha e theta, per diversi motivi:


1) questi studi non tenevano conto dei ritmi più veloci;
2) questi studi si concentravano su meditazioni basate sulla concentrazione su un oggetto, a differenza della ricerca di Lutz e collaboratori, che era fatta su una meditazione senza oggetto.

Infatti, la regolazione dell’attenzione, sebbene sia una caratteristica centrale dei diversi generi di meditazione (Davidson, Goleman 1977), in base al tipo di pratica, può essere diretta a differenti scopi.
Le pratiche meditative possono essere classificate, quindi, principalmente entro due categorie: quelle che concentrano l’attenzione su un oggetto (focused attention, FA), e quelle che sono aperte all’osservazione dell’intera esperienza, in modo non reattivo e senza giudizio (open monitoring, OM) (Cahn and Polich 2006; Lutz, Slagter, Dunne, Davidson, 2008).

E’ importante, quindi, operazionalizzare il termine meditazione al fine di poter avanzare ipotesi sperimentali precise, e siccome, da un punto di vista soggettivo, le due forme di pratica implicano esperienze che differiscono enormemente, questo potrebbe spiegare i diversi risultati registrati dalle ricerche (Raffone, Srinivasan, 2010).
Nelle meditazioni FA, potrebbero svolgere un ruolo cruciale i processi top-down, legati alle onde lente (theta e alpha), associati alle funzioni esecutive. Nelle meditazioni OM, invece, questa marcata sincronizzazione in onde gamma, la più alta registrata in situazioni non patologiche (Lutz et al., 2004), potrebbe suggerire una grande sincronizzazione e connessione tra aree deputate all’integrazione senso-motoria (corteccia fronto-parietale). Inoltre, è stato notato che l’ampiezza della sincronizzazione è correlata con gli anni di pratica meditativa.

Anche un altro studio, incentrato sulla Vipassana, una meditazione OM, ha rilevato un significativo aumento dell’attività in onde gamma nella corteccia parietale e occipitale (Cahn, Delorme, Polich, 2010). Questa diffusa sincronizzazione, spiegano gli autori, potrebbe essere dovuta ad un aumentata attenzione alle percezioni interne, tramite gli aspetti di body-scan della tecnica, o alternativamente, ad un aumentata percezione del mondo esterno. In ogni caso, questi dati sembrano coerenti con l’ipotesi che le pratiche meditative, sostengono l’attivazione di processi bottom-up di elaborazione delle informazioni, aumentando la consapevolezza sensoriale.

Sia nell’esperimento di Cahn che in quello di Lutz, si nota, inoltre, un più alto rapporto tra le attività in theta e gamma, nell’esperimento vero e proprio (stato meditativo), mentre nella ricerca di Cahn, come baseline correlata all’attività naurale di meditatori esperti nel lavoro di Lutz (tratto).
C’è un considerevole interesse nella letteratura per le interazioni tra le oscillazioni in theta e gamma, perchè si pensa che contribuiscano alla formazione della memoria (Chrobak, Lorincz, Buzsaki, 2000). E’ stato ipotizzato che queste interazioni possano formare uno schema di codifica usato nell’ippocampo per organizzare il recupero di informazioni dalla memoria a lungo termine (Lisman, 2005) e le operazioni della memoria di lavoro (Jensen, Lisman, 2005). Analisi della sincronizzazione corticale tra theta e gamma in soggetti umani, rivelano una modulazione dell’attività gamma dipendente dal ciclo e dalla fase della simultanea attività in theta, ciò soprattutto in compiti legati alla memoria (Demiralp, Bayraktaroglu, Lenz, Junge, Busch, Herrmann, 2006).

A questo riguardo, si possono citare le ricerche di Colgin e collaboratori (2009), che mostrano come la sincronizzazione in onde gamma, in differenti parti dell’ippocampo, possa essere modulata dalle onde theta. Le onde gamma integrerebbero in questa area informazioni riguardanti la memoria episodica e l’orientamento spaziale.
In particolare le onde gamma sono coinvolte nella comunicazione tra gruppi di cellule nell’ippocampo, in quello che può essere descritto come un sistema radio all’interno del cervello. Le frequenze più basse trasmettono memorie di esperienze passate e le frequenze più alte sono utilizzate per convogliare gli eventi del luogo dove ci si trova in quel momento. Questo meccanismo facilita la comunicazione con gruppi di cellule distribuiti che elaborano le informazioni correlate, evitando così la possibile confusione tra le varie tipologie di notizie.

Mentre le cellule sembrano in grado di modificarsi rapidamente e sintonizzarsi sulle onde lente o veloci, i ricercatori ritengono che esse non siano in grado di elaborare contemporaneamente le due diverse tipologie di onde.
Questo potrebbe indicare come l’attività delle onde lente (alpha e theta) e quella delle onde veloci (gamma) seppur interdipendenti, svolgono funzioni specifiche, producendo diverse forme di integrazione neurale. Le interazioni tra queste forme di attività, come abbiamo visto, possono mostrarsi nelle correlazioni tra le ampiezze e le fasi di queste oscillazioni (Knyazev, 2007).

Infatti, se le oscillazioni lente e globali hanno l’obbiettivo di integrare le diverse aree corticali, ci si aspetta che interagiscano con le oscillazioni locali, favorendo specifiche operazioni cognitive.
Le pratiche meditative, quindi, inducono ampi stati di sincronia neurale che riguardano i differenti ritmi cerebrali.

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Ritmi cerebrali e consapevolezza

Come si vede i dati sono molti e servono ulteriori ricerche per comprendere a fondo come funzionino questi processi. Ogni ritmo ha diversi ruoli funzionali, in base al dominio cerebrale in cui si presenta.

I diversi moduli cerebrali possono entrare in uno stato cooperativo, in cui si connettono aree limbiche e sensoriali, stato che persiste per circa un decimo di secondo prima che ceda il passo ad un altro: tale cooperazione dipenderebbe dal fatto che il sistema nervoso entra in un ‘attrattore caotico globale’ (Siegel, 2007).

L’ipotesi di Freeman, coerente con le idee di Varela, comporta che i pattern spaziotemporali globali di ogni emisfero siano i correlati principali della consapevolezza (Siegel, 2007). Nel cervello, infatti, si creano di continuo pattern locali di attività caotica che, trasmessi ad ampie aree del cervello, influenzano la traiettoria dello stato globale. In questo modo il contenuto del significato emerge e cresce in ricchezza, gamma e complessità, raggiungendo un’unità a partire da una miriade di comportamenti mutevoli.

Ogni emisfero, secondo l’autore, può sostenere solo un pattern spaziotemporale globale alla volta: un pattern unificato, che, saltando continuamente, produce un flusso caotico, ma finalizzato, della coscienza (Siegel, 2007).
Questi pattern corrispondono alle connessioni su vasta scala che connettono diversi livelli della rete di diverse regioni del cervello allo stesso assemblaggio (Lutz, Dunne, Davidson, 2007). I meccanismi di base della sincronia su vasta scala sono ancora poco chiari. Tuttavia, viene ipotizzato che la sincronizzazione su vasta scala sia un meccanismo connesso alla formazione transitoria di un macro-assemblaggio coerente che sceglie e lega reti multimodali, come gli assemblaggi tra i lobi frontali e occipitali e tra gli emisferi, che sono separati da un tempo di trasmissione di dozzine di millisecondi (Lutz et al., 2007). Il fenomeno della sincronia su vasta scala ha ricevuto molta attenzione nelle neuroscienze, poiché potrebbe fornire nuovi insight sui principi emergenti necessari a connettere i livelli neurali e mentali della descrizione (Lutz et al., 2007).

Riassumendo

Le tecniche meditative potrebbero essere correlate a un processo di assemblaggio di diverse aree cerebrali che consentirebbe uno stato di profonda integrazione neurale dei diversi flussi di coscienza. Sembrano notevolmente implicate le sincronizzazioni in gamma (legata ad una grande concentrazione e recettività) e theta (una sincronia associata ai processi di memoria e fortemente connessa ai processi emotivi).

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