12 ottobre 2018

Siamo ciò che ascoltiamo? Il viaggio del suono dall'orecchio al cervello

di Francesco Bertelli

 

Nella vita di tutti i giorni siamo continuamente esposti a suoni e rumori, a tal punto che è noto ormai a tutti il concetto di inquinamento acustico e sempre più persone scelgono di dormire o studiare con i tappi nelle orecchie o di girare in città con ingombranti cuffie. Eppure, sotto tali apparecchi molto spesso sono riscontrabili intensità sonore ben superiori a quelle presenti in una metropolitana e altrettanto pericolose per la nostra salute uditiva. Purtroppo, le cellule dell’orecchio interno non si rigenerano ed ogni morte cellulare è definitiva e irreversibile. Per i timpani – piccoli diaframmi in pelle non dissimili alla membrana di un microfono – non vi è differenza alcuna fra lo stridore delle rotaie e la voce di Ed Sheeran, o fra un bambino che strilla e le armonie di Wagner, poiché tutti questi fenomeni sono essenzialmente vibrazioni trasmesse dall’aria, o più precisamente micro-variazioni della pressione atmosferica. In base a che cosa siamo in grado di distinguere la voce del nostro cantante preferito dallo stridore delle rotaie?

 

La risposta, che può sembrare ovvia, è che, se i timpani non registrano alcuna variazione nella ricezione dei diversi suoni, per l’orecchio e, soprattutto, per il cervello, bisogna operare una distinzione cruciale tra suono e rumore. Mentre il  suono è un concetto legato ad un qualche tipo di periodicità, e vi si può quindi associare una frequenza – cioè il numero di oscillazioni in un periodo, di solito un secondo – il rumore è privo di tale caratteristica (per esempio, uno scoppio è una singola oscillazione pressoria e come tale non si ripete in un periodo). La differenza tra i concetti è molto complessa dal punto di vista psico-acustico, perché suoni e rumori possono essere alternativamente piacevoli e sgradevoli. Il pianto di un bambino, noto per essere uno dei suoni più sgradevoli in assoluto (Parsons lo paragona ad un conato di vomito) è evolutivamente progettato per mettere in allarme i genitori, affinché si occupino del piccolo. È addirittura possibile che susciti nella madre un riflesso primordiale che porta i dotti galattofori del seno a contrarsi spontaneamente e far uscire qualche goccia di latte (R. Klinke, 2017). Allo stesso modo, l’analisi dello spettro di certe tipologie di musica elettronica sarebbe difficilmente distinguibile dal rumore di sottofondo udibile in una acciaieria.

 

Il fatto che il nostro orecchio riconosca un suono tra altri rumori è direttamente collegato al suo funzionamento. Il timpano, infatti, oscilla seguendo le variazioni di pressione nell’aria e trasmette tali oscillazioni alla finestra ovale della coclea, una struttura a forma di chiocciola presente nella parte interna dell’orecchio, incastonata nell’osso temporale. Essa è il trasduttore sonoro vero e 

proprio ed è composta da una lunga fila di cellule “accordate”, di cui solo una parte vibra ad un determinato suono. La coclea, infatti, va restringendosi verso l’apice e tratti diversi vibrano (risuonano) solo a determinate frequenze, esattamente come le corde di un’arpa emettono solo il loro suono, cioè le note acute per le corde più corte e le più gravi per quelle più lunghe, ma non vibrano mai tutte insieme. Quando per esempio si ascolta il suono di un diapason a 440 Hz, solo un determinato gruppo di cellule, in un punto preciso dell’intera coclea, risponde alla vibrazione, mentre il resto di esse si mantiene silente. Allo stesso modo, ricevendo un suono più complesso, composto da più frequenze (come nel caso della maggioranza dei suoni), la coclea lo scompone rapidamente nelle sue parti, che vengono codificate separatamente e inviate al cervello per essere interpretate. Questo è il modo in cui l’orecchio distingue rapidamente ed efficientemente i suoni dal rumore, e i lettori più attenti vi avranno forse intuito lo stesso funzionamento della trasformata di Fourier.

 

Tale è anche la chiave per comprendere le basi psico-acustiche dell’armonia, dal momento che quest’ultima non è che lo studio della composizione di più suoni, mentre l’orecchio non fa altro che scomporli. Già gli antichi Greci si erano accorti di come i rapporti fra le frequenze dei suoni non siano casuali, o meglio, non vengano percepiti come casuali. Per esempio, un suono a 440 Hz e uno a 880 Hz (il doppio) sono strettamente imparentati, al punto che in musica viene dato loro lo stesso nome (sono infatti entrambi un La), sebbene ad ottave diverse. Per comprendere ciò è sufficiente pensare alle onde sonore dal punto di vista fisico, cioè come delle oscillazioni periodiche. È evidente come l’onda a 880 Hz abbia un "picco" e una "valle" come quella a 440 Hz, ma al contempo ne ha anche altri due in mezzo. In questo senso, un’onda con frequenza doppia “contiene” quella di frequenza inferiore, ed è per questo che acusticamente hanno un effetto così simile. La coclea poi non farà altro che vibrare nei due punti corrispondenti, che saranno riconosciuti come non casuali dal cervello. Non potrebbe essere altrimenti: gran parte dei suoni che udiamo non sono toni puri, bensì la somma di numerose armoniche. Se non fosse così, non sarebbe distinguibile un La del pianoforte da quello di una tromba, che pure hanno la stessa frequenza. Queste armoniche stanno in un rapporto matematicamente preciso tra loro, condizione indispensabile perché si parli di suono. È anche possibile costruire vibrazioni che contengano ogni possibile frequenza, ottenendo il cosiddetto rumore bianco (a livello ottico il bianco contiene ogni altro colore), molto simile al rumore di una cascata, ma nel quale non è possibile riconoscere alcun suono.

 

Un altro fenomeno interessante si ha quando si prova a sovrapporre due suoni con frequenze di poco differenti, per esempio di 440 e 441 Hz. In questi casi, si ha la produzione dei cosiddetti battimenti, o di quello che Tartini definì «principio del terzo suono»: oltre alle due frequenze di base si ode infatti un terzo suono di frequenza pari alla differenza delle altre due (quindi di 1 Hz nell’esempio citato): esso è molto utilizzato sia per generare suoni (è infatti il principio di funzionamento del Theremin o del registro “voce umana” dell’organo, formato da due canne non perfettamente intonate, che mirano a restituire il senso di vibrato proprio della voce lirica) sia banalmente per accordare gli strumenti (nel violino si suonano due corde che dovrebbero essere all’unisono e si regolano i pioli finché non si percepiscono più battimenti). In questo caso, il meccanismo è prettamente fisico, ed è dovuto alla cancellazione e sommazione periodica delle onde di pressione.

Cosa avviene però quando due suoni di frequenza simile sono somministrati alle due orecchie in simultanea? Si potrebbe supporre che i battimenti non vengano sentiti, visto che si tratta di un fenomeno fisico e che in questo caso le onde sono veicolate separatamente. E invece, come fu scoperto quasi 200 anni fa, i battimenti vengono sentiti, segno che è possibile una sovrapposizione di suoni anche a livello cerebrale. A questo fenomeno fu dato il nome di toni binaurali, o di binaural beats. Fisiologicamente i suoni provenienti dalle orecchie sono confrontati allo scopo di localizzare precisamente la sorgente dello stimolo acustico, che è una delle nostre abilità più raffinate: sono infatti percepibili minuscole differenze di tempo di arrivo, fase e intensità fra i due lati della testa. Le strutture deputate a questo confronto sono i collicoli inferiori e i nuclei olivari superiori (collocate a livello del mesencefalo), e il risultato di questa elaborazione serve all’attuazione di riflessi (giriamo occhi e capo immediatamente nella direzione di un rumore improvviso) e di risposte coscienti (sappiamo da dove ci stanno chiamando). Un’altra prova evidente dell’effetto che i toni binaurali possono avere sulla corteccia cerebrale è data dalla capacità di questi ultimi di indurre crisi epilettiche in soggetti sensibili (gli stessi che le avrebbero se esposti a luci intermittenti), come ricorda D. Cvetkovic: in particolare si è visto che questo fenomeno si ha per frequenze molto basse di stimolazione, sotto i 50 Hz, che però non sono assenti nella vita quotidiana (basti pensare ai potenti subwoofer di un cinema IMAX, progettati per generare suoni e infrasuoni di grande potenza allo scopo di scuotere fisicamente il fruitore).

 

Infine, molto si è discusso sui possibili effetti neuropsicologici dei toni binaurali, senza arrivare a conclusioni soddisfacenti. Pare che la sensibilità ai toni vari nelle donne a seconda del ciclo mestruale,

che sia diminuita nel morbo di Parkinson e che i toni binaurali siano utilizzabili per aumentare il livello di β-endorfine in soggetti alcolizzati. Molto poco plausibili sono le ipotesi relative a tecniche di meditazione, rilassamento, potenziamento cognitivo, per non parlare dei metodi per smettere di fumare, per trattare la disfunzione erettile o persino per dimagrire. È quindi evidente come la ricerca in tale ambito sia ancora in stadio embrionale, anche se ciò non impedisce a numerosi entusiasti di farne uso, in modo più o meno discutibile. Uno degli esempi più interessanti al riguardo è l’impiego dei toni

binaurali per ottenere effetti psicoattivi ricreativi, battezzati dai giornali come “droghe virtuali”, e non del tutto a sproposito. Nel 2008, infatti, fu rilasciato un comunicato da parte del Nucleo Speciale Frodi Telematiche della Guardia di Finanza (GAT) che metteva in guardia il pubblico contro questi file audio apparentemente innocui, la cui distribuzione avveniva dapprima gratuitamente, e in un secondo tempo con la richiesta di un pagamento, in modo del tutto analogo all’adescamento da parte di uno spacciatore. E il fatto che l’intero sistema funzionasse lasciava supporre che una qualche forma di dipendenza venisse sviluppata (Pentangelo, 2008).

 

In conclusione, è opportuno adoperare un atteggiamento prudente e vigile nei confronti di ogni cosa che possa influire sul delicato equilibrio che sta all’interno della nostra testa, e tenere a mente che se il cervello è riconducibile ad un sofisticato sistema interposto fra input e output, è possibile influire su di esso anche tramite input in apparenza innocui, come i suoni. Si diventa ciò che si contempla, diceva Flaubert, e pare forse che si diventi anche ciò che si ascolta.

 

Per saperne di più:

Cvetkovic D, S. D. (s.d.). Influence of sinusoidally modulated visual stimuli at extremely low frequency range on the human EEG activity. Conference proceedings : Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society., 1311-4.

Parsons CE, Y. K. (2014). Ready for action: a role for the human midbrain in responding to infant vocalizations. Soc Cogn Affect Neurosci, 977-84.

Klinke, H.-C. P. (2017). Fisiologia. EDISES.

 

  

Immagine di whoalice-moore, licenza CC0 (attribuzione non richiesta, libera per usi commerciali); da Pixabay

 


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