• coscienza
• mindfulness
• olfatto
• pranayama

RIASSUNTO
Questo lavoro ha come obiettivo l’analisi della relazione tra attività respiratoria e stati di coscienza nell’uomo. L’ipotesi che sta alla base di questa tesi è che, oltre al ruolo del ritmo respiratorio nel modificare lo stato psicofisiologico del soggetto, intervenga la selettiva stimolazione dell’aria sull’epitelio olfattivo e non-olfattivo della volta nasale che, modulando l’attività del bulbo olfattivo, è in grado di sincronizzare globalmente la frequenza di scarica dei neuroni della corteccia, conducendo ad uno stato simil-meditativo con prevalenza di onde lente all’EEG.
La prima parte di questo lavoro consiste nella revisione della letteratura sulle relazioni esistenti tra respirazione e stato di coscienza, sulle evidenze che esplicitamente collegano il passaggio dell’aria nelle narici alla modificazione degli stati cerebrali e sulle tecniche utilizzate per controllare volontariamente respirazione nasale e stato di coscienza, come la meditazione ed il Pranayama.
La seconda parte di questa tesi descrive la fase sperimentale, nella quale sono state indagate, per la prima volta nell’uomo, le risposte psicofisiologiche in soggetti svegli e senza alcuna esperienza di tecniche meditative. I 12 volontari sani (6 maschi) sottoposti all’esperimento sono stati stimolati per circa venti minuti mediante una cannula nasale che insufflava aria compressa selettivamente sull’epitelio olfattivo e non-olfattivo della volta nasale, ad una frequenza di circa 0.05 Hz, che richiama quella utilizzata nelle tecniche Pranayama. I soggetti sono stati sottoposti anche ad una condizione di controllo con naso tappato. Tutti i segnali EEG sono stati acquisiti mediante EEG ad alta densità. Lo stato di coscienza ed alcune funzioni cognitive sono state testate dopo ogni sessione sperimentale mediante un approccio psicometrico. I risultati EEG confermano che, indipendentemente dalla frequenza del respiro, la stimolazione lenta dell’epitelio della volta nasale induce un rallentamento globale delle frequenze EEG corticali, con prevalenza delle bande di frequenza delta e teta. 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 orbito-frontale, il cingolo anteriore e posteriore, il precuneo ed il cuneo. I test psicometrici evidenziano 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.
In conclusione i risultati di questo lavoro di tesi mettono in luce due aspetti:
1) Sul piano teorico viene posto l’accento sul 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.
2) Sul piano sperimentale, questo lavoro di tesi indica come una stimolazione controllata dell’epitelio nasale sia in grado di generare una modificazione dell’attività elettrica cerebrale, sovrapponibile a quella di tipico riscontro negli studi sul Pranayama. Sul piano più squisitamente psicofisiologico, questa tesi mette in luce come 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 risultati elettrofisiologici sono supportati anche da quelli ottenuti mediante l’approccio psicometrico che mettono in evidenza l’induzione di uno stato alterato di coscienza.

ABSTRACT
The aim of this work is the analysis of the correlation between respiratory activity and states of consciousness in humans. The hypothesis is that, beside the rhythm of the respiration, the psychophysiologic state of the subject depends on the selective stimulation of the olfactory and non-olfactory epithelium of the nasal meatus which, modulating the electrical activity of the olfactory bulb, can globally synchronize the firing rate of cortical neurons, leading to a pseudo-meditative state with the prevalence of slow waves in the EEG.
The first part of this work is the review of the literature on correlations between respiration and states of consciousness, on the evidences that link the passage of air into the nostrils to the modification of brain states, and on the techniques that are used to voluntarily control nasal respiration and states of consciousness, like meditation and Pranayama.
The second part of this work describes the experimental phase where, for the first time in humans, the psychophysiological responses in awake subjects without any past practice of meditation are investigated. Twelve healthy volunteers (6 males) have been stimulated for twenty minutes with a nasal cannula, that selectively pulsed air-puffs on the olfactory and non-olfactory epithelium with a frequency of 0.05 Hz, similar to that used in Pranayama. Subjects also underwent a control condition with closed nostrils. All EEG signals were acquired with high-density EEG. The state of consciousness and other cognitive functions have been tested after both conditions with a psychometric approach. EEG results confirmed that, independently from the breath frequency, slow stimulation of nasal epithelium leads to a global slowing down of cortical EEG frequencies, with increase of theta and delta frequencies. The application of source analysis to EEG signals (LORETA) showed that EEG delta and theta mainly appear in the olfactory cortex, enthorinal cortex, uncus, anterior parahippocampal gyrus, orbitofrontal cortex, anterior cingulated cortex, posterior cingulate cortex, precuneus and cuneus. Psychometric tests show statistically significant changes in perception of the body, in directionality of attention (more directed on the inside), in perception of time, in subjective sensation of being in an altered state of consciousness and in reduction of rationality and control of thoughts.
In conclusion these results highlight two aspects:
1) From a theoretical perspective, this work focuses on the thus far neglected role of the passage of air into the nostrils and of the olfactory bulb activity in the genesis of slow waves during breath-control techniques.
2) From an experimental perspective, this work shows how a controlled stimulation of the nasal epithelium can lead to a modification of the electrical brain activity similar to those found in literature on Pranayama. From a more strictly psychophysiologic point of view, this work shows that a stimulation of the bulbo-cortical circuit can modulate the activity of areas involved in the Default Mode Network (DMN), in line with literature about relationships between the DMN and meditation. The electrophysiological results are also supported by the psychometric approach, that shows the induction of an altered state of consciousness.