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PROGETTO MOZART. Brunello Tirozzi Department of Physics, University of Rome “La Sapienza ”. Ringraziamenti. Organizzazione Scienza 3 Musica Sapienza: Magnifico Rettore, Direzione artistica: Francesco Vizioli, Maestro di canto: Fabrizio Adriano Neri
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PROGETTO MOZART Brunello Tirozzi Department of Physics, University of Rome “La Sapienza”
Ringraziamenti • Organizzazione Scienza 3 • Musica Sapienza: Magnifico Rettore, Direzione artistica: Francesco Vizioli, Maestro di canto: Fabrizio Adriano Neri • Direttore del Dipartimento di Fisica, Prof. Giancarlo Ruocco • Collaboratrici: Carolina Uggenti, Daniela Bianchi
Mozart Listening Gives Short-Term Enhancement of ST Ability Rauscher et al., Nature 1993 Sonata K 448
K 448 = musica
Aumento delle capacità ST • Ascolto per 10 minuti della Musica di Mozart, ( Sonata per due pianoforti K448) effetto temporaneo • Training degli spettatori che ascoltano musiche di Mozart eseguite dal nostro gruppo (ArieMozart di MUSA) per 10 minuti intervallate dal seminario • Autotest: se vi va provate a fare il test di Stanford-Binet e fateci sapere.
Sonata in Re Maggiore K 381 a quattro mani, • Allegro, Andante, Allegro • Pianisti: • Linda Garasto, Brunello Tirozzi
Beethoven(Per Elisa) Mozart (K448)
STUDIO CON RISONANZA MAGNETICA FUNZIONALE (fMRi) K 448 • ● Subjects were exposed successively to 120s segments of 1930s popular piano music, Mozart’s sonata for 2 pianos and Beethoven’s Fur Elise. • Each Individual • piece was presented 3 successive times with a 60s music-off period between • presentations, and a 5 min interval between different pieces.
Aree del cervello attivate durante test di abilità spazio-temporali Tipico foglio “fold and cut puzzle” usato nei test di abilità spazio-temp. Muftuler LT, Bodner M, Shaw GL, Nalcioglu O (2003). “FMRI study on cortical activation correlates oflistening to Mozart and to spatial-temporal processing”. Soc. Neurosci. Abst. 33rd annual meeting
Miglioramento delle crisi epilettiche • Indice di periodicità: max intensità seguito da un secondo massimo più piccolo • Mozart, J.S. Bach, J.C. Bach, Periodi caratteristici lunghi a 30, 50, 60 sec. Ed anche corti ( da aggiungere: Vivaldi) • Philip Glass, Musica POP. Periodi corti niente effetto • Periodi caratteristici del cervello • Clinica Prof. Mauro Cacciafesta
Clinical study of effect of long-term passive music exposure on epileptic seizures Robert Turner, Medical University South Carolina
Modello dei Trioni • Organizzazione a colonne della corteccia cerebrale ( Mountcastle, Edelmann) • Pattern spazio temporale dell’ attività dei neuroni
“Una donna a quindici anni “ dall’opera Così fan tutte K 588 Piano: Brunello Tirozzi Soprano: Arianna Gaspari “Voi che sapete” dall’opera Le Nozze di Figaro K 492 Piano: Linda Garasto Soprano: Valeria Poscetti “Madamina, il catalogo è questo” dall’opera Don Giovanni K 527 Piano: Giorgio Fortunato Baritono: Valerio Iebba
L’esposizione alla musica altera in modo differente i livelli del fattore neurotrofico BDNF e il fattore di crescita NGF nell’ipotalamo del topo. Francesco Angelucci a, Enzo Ricci b, Luca Padua a, Andrea Sabino b, Pietro Attilio Tonalia a Fondazione Don C. Gnocchi, Rome, Italy; b Institute of Neurology, Catholic University, Largo Gemelli 8, 00168 Rome, Italy
Importanza della proteina BDNF Independent Cellular Processes for Hippocampal Memory Consolidation and Reconsolidation Jonathan L. C. Lee, Barry J. Everitt, Kerrie L. Thomas*† The idea that new memories undergo a time-dependent consolidation process after acquisition has received considerable experimental support. More controversial has been the demonstration that established memories, once recalled, become labile and sensitive to disruption, requiring reconsolidation” to become permanent. By infusing antisense oligodeoxynucleotides into the hippocampus of rats, we show that consolidation and reconsolidation are doubly dissociable component processes of memory. Consolidation involves brainderived neurotrophic factor (BDNF) but not the transcription factor Zif268, whereas reconsolidation recruits Zif268 but not BDNF. These findings confirm a requirement for BDNF specifically in memory consolidation and also resolve the role of Zif268 in brain plasticity, learning, and memory.
Altra Spiegazione dell’Effetto Mozart: Training ed Espansione Sinaptica Connessione con il BDNF
“Deh vieni non tardar “ dall’opera Le Nozze di Figaro K492 Piano: Brunello Tirozzi Soprano: Arianna Gaspari “Vedrai Carino” Dall’opera Don Giovanni K 527 Piano: Valerio Iebba, Soprano. Valeria Poscetti “Là ci darem la mano” Sall’opera Don Giovanni K527 Piano: Giorgio Fortunato, Soprano: Arianna Gaspari, Baritono: Valerio Iebba
Apprendimento - Linguaggio - Memoria Ippocampo
INCREMENTO dell’ IPPOCAMPO in SEGUITO ad “ALLENAMENTO” Studio su TASSISTI di Londra • Devono costruirsi mappe cognitive della città prima di iniziare a lavorare
• Espansione della parte posteriore dell’ippocampo • Gruppo di controllo (stessa età, ecc): nessun cambiamento Fig. 2. Volumetric analysis findings. The orientation of the slices measured in the volumetric analysis with respect to the hippocampus is shown (Top Right Inset). A, anterior; B, body; P, posterior. (Upper) The mean of the cross-sectional area measurements (uncorrected for ICV) for the three regions of the left hippocampus (LH). (Lower) The means for the right hippocampus (RH). Taxi drivers had a significantly greater volume relative to controls in the posterior hippocampus, and controls showed greater hippocampal volume in the anterior. There was no difference between the two groups in the hippocampus body. *, P , 0.05.
• Correlazione positiva tra espansione e tempo di attività come tassista Time as a taxi driver (months) Adjusted VBM responses posterior hippocampus Time as a taxi driver (months) Anterior hippocampal cross-sectional area (mm2)
CAMBIAMENTI della MATERIA GRIGIA in SEGUITO ad ALLENAMENTO: • Apprendimento giochi di prestigio • Studio condotto su 24 volontari (21 femmine e 3 maschi) divisi in 2 gruppi PRESTIGIATORI • NON PRESTIGIATORI • Nessuna esperienza nei giochi di prestigio • 3 mesi dopo: risonanza magnetica per visualizzare la plasticità indotta dall’apprendimento
Espansione bilaterale significativa nella zona temporale e nel solco intraparietale posteriore sinistro • Ma… • Effetto transiente: il terzo scan fa rilevare un decremento della materia grigia in seguito alla terminazione delle attività
CAMBIAMENTI della MATERIA GRIGIA in SEGUITO ad ALLENAMENTO: Capacità dell’apprendimento delle lingue di condizionare la crescita del nostro cervello(studio di Mechelli et al.) Studio su 3 gruppi di volontari • Monolingue • Bilingue “precoci” (hanno imparato la seconda lingua prima dei 5 anni) • Bilingue “tardivi” (hanno imparato la seconda lingua dopo i 10 anni) • .
INCREMENTO AREA di WERNICKE • (area sensoriale della parola) • Dimensioni strettamente correlate all’età in cui si è appreso il secondo idioma • Le regioni stimolate a crescere lo fanno tanto più quanto più precocemente nella vita si inizia a parlare la seconda lingua.
Training Music training increases the left Heschl gyrus. It is twice bigger for professional musician. Schneider P., Scherg M., Dosch H.G., Specht H.J., Gutschalk A. & Rupp A., (2002) “Morphology of Heschl's gyrus reflects enhanced activation in the auditory cortex of musicians”, IN Nat Neurosci 5(7), 688-694 Use of mathematical-physics model of the neurons for explaining: Connection of the increase of the number of neurons and synapsis and the functionality of the system. The collective firing activity patterns of the neurons as attractors of the neural dynamic. Training increases the synaptic plasticity
Sonata In Sibemolle Maggiore K358 • Pianoforte a quattro mani • Allegro Andante Allegro • Pianisti • Giorgio Fortunato, Valerio Iebba
Dinamica per attrattori • Conseguenza dell’espansione e del rafforzamento sinaptico. • Fattori fondamentale: BDNF e NGF
The point particle appended to a pendulum with friction oscillates if set far from the vertical, and, because of the friction, after some oscillations it will come back to the vertical for any initial position: 1 Initial time 2 3 Final time The lowest position on the vertical is an ATTRACTOR
Input different from zero and larger than a certain threshold: The attractor now is the oscillating behavior. For any initial condition the charge of the neurons starts oscillating. The neuron emits spikes. The spiking frequency is characteristic of the attractor.
Firing pattern independent of initial conditionsATTRACTOR • Local emission of oxytocin, dendritic spikes. • Firing rate (low activity) ≈ 2 – 10 spike/s • Burst of higher firing activity ≈ 50 – 120 spike/s • Burst duration ≈ 1 – 2.5 s • Time difference among two successive bursts (IBI) ≈ 3 – 10 min.
Modelling the growth and structure of synaptic connections through Hebbian learning The structure of the connections and of the synaptic couplings determine the set of attractors of the network, i.e. the set of different configurations of the firing frequencies of the neurons involved in the function Hebbian model of the synaptic growth.
Scheme of Hebbian learning. If the spike arriving from neuron A precedes the emission of the spike of the neuro C then the synaptic strength of AC connection increases If the spike from neuron A arrives after the emission of the spike of neuron C then the synaptic strength of AC connection decreases. Analogy with the hearth fibrillations. Simulation with 1000 I&F neurons and with Poissonian inputs. A C
Grazie per l’ascolto Fine