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Sincronizzare le menti cantando insieme

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Un esperimento condotto da ricercatori giapponesi ha dimostrato come due cervelli possano diventare un’unica mente sincronizzata quando si canta insieme

Sincronizzare le mentiUna forma di comunicazione comune in tutte le culture è il cantare insieme.
Il cantare insieme comporta un certo grado di sincronizzazione cognitiva e di collaborazione tra i cervelli umani, ma, in realtà, poco si sa riguardo questo meccanismo di sincronizzazione neuronale.

In questo studio, pertanto, abbiamo esaminato come due cervelli producono un comportamento sincronizzato, durante il cantare/canticchiare cooperativo tra due persone, usando l’iperscanning, una nuova tecnica di scansione cerebrale, che ci permette di osservare la cooperazione dinamica tra partecipanti in interazione. Abbiamo usato, inoltre, la Spettroscopia funzionale del vicino infrarosso (fNIRS) per registrare l’attività cerebrale di due persone contemporaneamente, mentre insieme cantavano o canticchiavano a bocca chiusa, nelle condizioni faccia-a-faccia (face-to-face, FtF) o faccia-al-muro (Face-to-wall, FtW).

Calcolando il valore dell’ “inter-brain wavelet transform coherence (WTC)” tra due cervelli interagenti, abbiamo trovato un incremento significativo nella sincronizzazione neuronale della Corteccia Frontale Inferiore (IFC) sinistra durante il canto o l’humming in cooperazione, indipendentemente dalle condizioni FtF o FtW, rispetto alle situazioni in cui i soggetti cantavano o canterellavano da soli. Dall’altra parte, la IFC destra ha mostrato un incremento nella sincronizzazione neuronale solo per il canterellare a bocca chiusa, forse a causa della maggiore influenza sull’elaborazione musicale.

Introduzione

Le esperienze di vita quotidiana delle persone testimoniano il fatto che attraverso la cooperazione con gli altri possiamo raggiungere obiettivi che non avremmo raggiunto altrimenti. La sincronizzazione durante le interazioni sociali è stata riportata usando diverse tecniche di neuroimmagine. Per esempio, la risonanza magnetica funzionale (fMRI) è stata impiegata per osservare due partecipanti che interagiscono durante un semplice gioco d’interazione (Montague et al., 2002) o di neuroeconomia (King-Casas et al., 2005) e l’elettroencefalografia (EEG) per le interazioni sociali (Astolfi et al., 2011), il gioco con le carte (Babiloni et al., 2006), il suonare uno strumento (Lindenberger et al., 2009) ed i giochi di dilemmi cooperativi dei prigionieri (De Vico Fallani et al., 2010).

Cantare insieme è una forma di cooperazione e costituisce un modello adatto per studiare i meccanismi neuronali della sincronizzazione (Mithen, 2005). Negli studi sugli animali, le vocalizzazioni delle scimmie hanno rivelato, spesso, una natura musicale di sincronizzazione tra loro, proprietà che è stata osservata anche nel ciarlare dei gelades, che sono cugini stretti dei babbuini, nel “duetto” dei gibboni in accoppiamento (Geissmann, 2002), nelle coppie di scriccioli (Fortune et al., 2011) ed in insetti come gli ortotteri (Bailey, 2003). Negli uomini, la sincronizzazione neuronale del cantare insieme potrebbe essersi adattata, a livello evolutivo, per creare un legame affettivo, con l’obiettivo di connettere saldamente gruppi di persone (Dunber, 2010).

Cantare insieme è anche attribuito all’adattamento al “flusso” (Csikszentmihalyi, 1990), ovvero quello stato mentale, nel quale le persone che stanno svolgendo un’attività sono completamente immerse nell’azione e provano un sentimento di focalizzazione totale sul compito. I musicisti ed i cantanti esperiscono il flusso, il quale permette loro di cantare in maniera armonizzata, ciò che non potrebbe essere fatto, invece, con un singolo partecipante.
Usando la magnetoencefalografia (MEG), Gunji et al. hanno trovato, inoltre, cambiamenti ritmici corticali distinti in risposta al cantare ed al canterellare a bocca chiusa, corrispondenti al controllo motorio correlato alla produzione del suono (Gunji et al., 2007), in particolare nelle aree premotoria destra, parietale superiore bilaterale ed in quella di Broca.

Di recente, è diventato possibile lo scanning online e simultaneo di due cervelli di soggetti occupati in compiti interattivi. Questo nuovo approccio, l’iperscanning, può essere fatto usando diversi metodi di risoluzione spaziale e temporale diversa, inclusi MEG, elettroencefalografia (EEG), risonanza magnetica funzionale (fMRI) e spettroscopia funzionale del vicino infrarosso (fNIRS), al fine di esaminare come due cervelli interagiscono in maniera dinamica fino a formare un’unica mente sincronizzata.

Solo pochi studi hanno riportato le dinamiche cerebrali delle interazioni sociali usando la fNIRS per misurare due cervelli contemporaneamente. Jiang et al. (2012) hanno trovato un aumento significativo nella sincronizzazione neuronale nella corteccia frontale inferiore (IFC) sinistra durante un dialogo faccia-a-faccia tra compagni, ma non durante un dialogo non faccia-a-faccia, mentre Cui et al. (2012) hanno rilevato una sincronizzazione nella corteccia frontale superiore destra durante i video giochi cooperativi, ma non in quelli competitivi. In particolare, il dialogo cooperativo, basato sul linguaggio, ed i giochi cooperativi spaziali, basati sulla visione, hanno attivato la corteccia frontale sinistra e destra, rispettivamente. I dialoghi negli esperimenti di Jiang et al. (2012) sono probabilmente correlati all’attività verbale nell’area di Broca, che è nella IFC sinistra, mentre i compiti cooperativi visuo-spaziali nelle prove di Cui et al. (2012) sono probabilmente correlati all’attività nella metà destra della corteccia frontale superiore.

Queste aree distinte potrebbero essere rilevanti per il canto e l’humming (l’atto di cantare con le labbra aperte e chiuse, rispettivamente), dato che la produzione di parole durante il primo potrebbe occupare l’area di Broca nell’IFC sinistra, mentre la produzione della melodia durante il canticchiare potrebbe essere correlata all’IFC destra ed alla corteccia frontale superiore, come riportato usando l’ascolto dicotico (Kimura, 1964). Per provare questa teoria, abbiamo applicato la fNIRS per esaminare la sincronizzazione neuronale di due partner in cooperazione, mentre cantano e canticchiano. Abbiamo anche esaminato le differenze neuronali tra il cantare ed il canticchiare singolo e di coppia (cooperativamente), nelle condizioni faccia-a-faccia e non-faccia-a-faccia, misurando i due cervelli contemporaneamente.

Materiali e Metodi

Partecipanti
Trenta adulti hanno partecipato nell’esperimento in cui veniva chiesto di cantare (15 coppie, età media di 22 anni; 8 coppie maschili e 7 femminili) e ventotto adulti (14 coppie, età media di 21 anni; 9 coppie maschili e 5 femminili) nell’esperimento in cui bisognava canticchiare.

Stimolo
Sono state selezionate per l’esperimento tre filastrocche giapponesi popolari: “Under the Spreading Chestnut Tree”, “School of Killifish” e “Sunset with the Evening Glow”, affinchè tutti i partecipanti conoscessero queste canzoni. Ai partecipanti era richiesto di cantare o canticchiare una parte di melodia della canzone, che durava 20-30 secondi.

Procedura
Nell’esperimento in cui si cantava, ai partecipanti è stato chiesto di cantare una canzone da soli, sentir cantare il partner o cantare con il partner. In accordo con un precedente studio in cui veniva impiegata la fNIRS (Cui et al., 2012), all’inizio di ogni sessione era dato un tempo di riposo di 30 secondi. In seguito, i soggetti cantavano da soli o insieme o ascoltavano la canzone del partner per circa 100 secondi, ripetendo la melodia di una delle tre canzoni descritte sopra circa 4-5 volte, mentre, quando veniva chiesto loro di ascoltare, erano invitati a farlo in modo attivo ed a guardare in faccia il compagno. Poi, veniva concesso un altro riposo di 30 secondi, che era seguito dal secondo intervallo cantare/ascoltare di 100 secondi, per finire con un’altra pausa di 30 secondi. Uno sperimentatore misurava il tempo con un cronometro e scandiva l’inizio e la fine di ogni fase.

I partecipanti hanno eseguito tre set sperimentali, ciascuno dei quali consisteva di tre condizioni (cantare da soli, cantare insieme ed ascoltare). Nel primo, i due partecipanti si guardavano a vicenda ed eseguivano le istruzioni, mentre fissavano la faccia del partner (prima condizione faccia-a-faccia; FtF). Nel secondo set, una parete divisoria opaca è stata posta tra i partecipanti (condizione faccia-al-muro; FtW). Nel terzo, la divisione è stata rimossa (seconda condizione FtF). In ogni condizione  è stata cantata la stessa canzone.
Nell’esperimento in cui si chiedeva di canticchiare a bocca chiusa, la procedura era identica all’esperimento precedente.

Acquisizione dei dati della fNIRS

Per l’acquisizione dei dati, abbiamo impiegato il LABNIRS (Shimadzu, Japan), un sistema di misurazione per la Spettroscopia del vicino infrarosso, a più canali e ad alta velocità, utile per misurare le variazioni di concentrazione dell’emoglobina ossigenata (oxy-Hb) e deossigenata (deoxy-Hb). Il LABNIRS fornisce una risoluzione spaziale più alta per misurazioni ad alta densità e cattura i segnali rapidi del flusso sanguigno cerebrale  in soli 6 ms. A tal fine, è stata posta una benda (Flexible Adjustable Surface Holder; FLASH) su tutta la testa di ogni partecipante, così che potesse essere misurata l’attività della corteccia frontotemporale e della vicina corteccia parietale.

Discussione

Corteccia frontale inferiore (IFC) destra e sinistra.
Nel presente studio, abbiamo impiegato una singola macchina fNIRS per misurare contemporaneamente la sincronizzazione neuronale di due partecipanti, mentre stavano cantando o canterellando insieme. Abbiamo trovato, applicando l’analisi  WTC tra due cervelli interagenti, un aumento significativo nella sincronizzazione neuronale nella IFC sinistra. In particolare, la IFC sinistra è quella regione in cui si trova l’area di Broca, centro  chiave per il canto (aree BA 44 e 45 di Brodmann dell’emisfero dominante). Un’attivazione simile nell’area di Broca nella IFC sinistra è stata osservata durante il dialogo faccia-a-faccia tra partner (Jiang et al., 2012).

Viceversa, la IFC destra è stata attivata durante l’humming, perché è implicata nella produzione coordinata della melodia (il che confermando i risultati dello studio di Cui et al. (2012), i quali avevano trovato una sincronizzazione neuronale significativa nella IFC durante la cooperazione, ma non durante la competizione). Quindi, le IFC sia sinistra che destra sono probabilmente responsabili della sincronizzazione di due cervelli, con l’attivazione della IFC sinistra, nello specifico, durante l’espressione verbale. Comunque, non è stata osservata l’attivazione della corteccia frontale superiore, riportata da Cui et al. (2012) durante il compito di cooperazione, probabilmente a causa della differenza nei compiti.

Studi recenti, che usano l’iperscanning per indagare anche gli aspetti temporali ed emotivi della produzione di musica, hanno riportato un’attività cerebrale aumentata nella fascia di frequenza teta (4–7 Hz) della corteccia prefrontale durante la produzione di musica sincrona con l’aiuto di un metronomo (Lindenberger et al. 2009). Similmente, Babiloni et al. (2012) hanno registrato contemporaneamente le attività cerebrali dei sassofonisti che suonavano in un gruppo ed hanno riportato una correlazione tra empatia e desincronizzazione alfa nel giro frontale ventro-laterale destro (BA 44/45). I nostri risultati sull’attivazione nella IFC destra durante l’humming cooperativo sono in buon accordo con questi dati.

Cooperazione faccia-a-faccia (Face-to-face)

Le interazioni sociali FtF sono probabilmente critiche per la cooperazione sincronizzata. Il nostro studio ha rivelato che la FtF tende ad aumentare  relativamente l’attività della IFC sinistra durante l’humming. La FtW mostra segni trascurabili sulla IFC e le regioni cerebrali confinanti. Questi risultati sono in buon accordo con Jiang et al. (2012), che hanno riportato un aumento significativo nella sincronizzazione neuronale nella IFC  sinistra durante il dialogo FtF, ma non durante il dialogo schiena-a-schiena (BtB), il monologo FtF o il monologo schiena-a-schiena. In più, abbiamo trovato che la FtF giocava un ruolo critico durante l’humming, mentre la FtW aveva influenza trascurabile, in parte a causa dell’importanza della cooperazione vocale, piuttosto che di quella facciale.

Prospettiva Sociale
Il cantare cooperativo può essere salutare per le persone il cui senso di cooperazione condivisa è debole. Cantando insieme, una persona stonata potrebbe armonizzarsi con un’altra intonata, provando, così, gioia attraverso queste attività.
Quindi, nelle attività cooperative il soggetto aumenta la capacità di creare relazioni sociali e di prestare attenzione. In più, cantare insieme aumenta il sollievo emotivo ed il piacere e ci si aspetta di darsi un senso di fiducia e di collaborazione gli uni con gli altri (Gaston, 1968; Anshel and Kipper, 1988).

Il cantare cooperativo può anche essere interpretato, in parte, come il risultato di attivazioni mutuali nel sistema umano dei neuroni a specchio (MNS) delle regioni prefrontali di due persone. Le persone hanno una tendenza ad imitare gli altri, usando il MNS, per conformarsi ad un indicatore dell’identità di gruppo. In più, il MNS è probabilmente posizionato nelle aree della IFC ed in quella premotoria ventrale adiacente (Rizzolatti and Arbib, 1998; Iacoboni and Dapretto, 2006).

Non è una cosa sorprendente, quindi, che il cantare cooperativo, che è una forma di esperienza collettiva, causi una sincronizzazione neuronale.

In sintesi, abbiamo esaminato come due cervelli diventano una sola mente sincronizzata, usando il cantare/humming cooperativi tra due persone e l’iperscanning. L’iperscanning permette l’osservazione della cooperazione dinamica, attraverso la quale i partecipanti interagiscono l’uno con l’altro.

Abbiamo usato la fNIRS per registrare l’attività cerebrale di due cervelli mentre cantavano o canticchiavano a bocca chiusa una canzone cooperativamente, nelle condizioni FtF o FtW. La WTC tra i due cervelli interagenti mostrava un aumento significativo nella sincronizzazione neuronale della IFC sinistra, sia per il cantare, che per l’humming, indipendentemente dalle condizioni FtF o FtW, rispetto al cantare o all’humming da soli. Dall’altra parte, la IFC destra ha mostrato maggiore attività durante la sincronizzazione neuronale solo per l’humming.

Come suggeriscono questi dati, l’applicazione dell’iperscanning durante i compiti cooperativi potrebbe aumentare la comprensione della cooperazione sociale.


Tratto da journal.frontiersin.org

(Traduzione ed adattamento a cura della Dottoressa Alice Fusella)

 

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Tags: esperimento menti sincronizzazione iperscanning attività cerebrale cooperazione

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