冥想对杏仁核和海马体神经调节的颅内基础

神经病学 生命科学 医学
冥想 杏仁核 海马体 神经调节 脑电图

关于冥想对大脑神经调节作用的研究：以慈心冥想为例

学术背景

冥想作为一种心理训练技术，长期以来被认为能够调节情绪、提升心理健康。特别是慈心冥想（Loving-Kindness Meditation, LKM），作为一种专注于培养对自己和他人的积极情感的冥想方式，被认为对情绪调节和心理健康有显著益处。然而，尽管冥想对大脑活动的影响已经通过功能性磁共振成像（fMRI）和脑电图（EEG）等非侵入性技术进行了广泛研究，但其在深部脑区（如杏仁核和海马体）中的神经机制仍不明确。深部脑区在情绪调节和记忆中扮演着重要角色，但由于技术限制，研究这些区域的活动一直是一个挑战。

本研究的作者团队希望通过利用癫痫患者植入的响应性神经刺激系统（Responsive Neurostimulation System, RNS）采集颅内脑电图（iEEG）数据，探索慈心冥想对杏仁核和海马体的神经活动影响。这种独特的研究方法能够提供高时空分辨率的脑活动记录，帮助揭示冥想对深部脑区的即时神经调节作用。

论文来源

本论文由多位神经科学家共同完成，主要作者包括 Christina Maher、Lea Tortolero 等，他们来自美国纽约的西奈山伊坎医学院（Icahn School of Medicine at Mount Sinai）以及威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin–Madison）等机构。论文于2025年2月4日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，论文标题为《Intracranial substrates of meditation-induced neuromodulation in the amygdala and hippocampus》（《冥想诱导的神经调节在杏仁核和海马体中的颅内基底》）。

研究流程

1. 参与者和实验设计

研究招募了8名因难治性癫痫（Drug-Resistant Epilepsy, DRE）而植入RNS系统的患者。这些患者在术后能够自由活动，同时RNS系统可以记录其深部脑区的局部场电位（Local Field Potentials, LFPs）。所有参与者均为冥想新手，实验在Mount Sinai的定量生物计量实验室（Q-Lab）中进行，该实验室提供了安静的冥想环境。

实验设计包括两个阶段：
- 基线阶段：参与者先接受5分钟的音频指导，了解冥想的基本方法和目标。
- 冥想阶段：随后进行10分钟的音频引导慈心冥想，参与者被引导将注意力集中在对自己和他人的积极情感上。

2. 数据采集与预处理

实验过程中，RNS系统以250赫兹的采样率记录双侧或单侧杏仁核和海马体的脑电活动。数据预处理包括以下步骤：
- 电极定位：通过将术后CT图像与术前MRI图像配准，确定电极在杏仁核和海马体中的位置。
- 数据清理：手动剔除存在癫痫发作或噪声的数据，最终约6%的数据被排除。
- 分析频段：由于RNS系统的采样率限制，分析范围限制在0到125赫兹之间，重点关注β波（13-30赫兹）和γ波（30-55赫兹）。

3. 数据分析

研究人员使用两种方法来分析神经活动：
- Fooof方法：用于分离周期性（振荡）和非周期性（背景活动）神经信号。通过该方法，研究人员计算了每个频段的功率（power）和带宽（bandwidth）。
- EBOSC方法：用于检测振荡事件的持续时间。通过该方法，研究人员评估了不同频段振荡事件的时间比例。

4. 结果分析

  • 基线 vs. 冥想阶段的比较：研究人员对比了基线阶段和冥想阶段杏仁核和海马体的神经活动变化，重点关注β波和γ波的功率和持续时间。
  • 个体水平分析：通过1秒的时间窗口分析每个参与者的β波和γ波功率变化，并进行归一化处理以评估冥想期间的相对变化。

主要结果

1. γ波功率的增加

研究发现，慈心冥想显著增加了杏仁核和海马体的γ波功率。这种变化在群体水平和个体水平均得到了验证。γ波的增加被认为与局部神经元的激活有关，可能与情绪调节和记忆处理相关。

2. β波持续时间的减少

研究发现，慈心冥想显著减少了杏仁核和海马体β波振荡的持续时间。β波的减少可能与注意力从外部环境转向内部状态有关，反映了冥想对注意力调节的作用。

3. 非周期性神经活动未受影响

研究发现，慈心冥想并未显著改变大脑的非周期性神经活动（如兴奋/抑制平衡），表明冥想主要影响周期性振荡活动。

结论与意义

本研究首次通过颅内脑电图技术揭示了慈心冥想对杏仁核和海马体的即时神经调节作用。研究发现，慈心冥想显著增加了γ波功率并减少了β波持续时间，这些变化可能与情绪调节、记忆和注意力处理相关。研究结果不仅为冥想对大脑深部区域的影响提供了直接的神经生理证据，还表明即使是初次接触冥想的个体，也能通过冥想实现大脑状态的即时调节。

研究亮点

  1. 创新性方法：利用RNS系统记录颅内脑电图，提供了高时空分辨率的深部脑区活动数据。
  2. 发现新机制：首次揭示了慈心冥想对杏仁核和海马体γ波和β波的即时调节作用。
  3. 临床应用潜力：研究结果表明，慈心冥想可能作为一种非侵入性的神经调节手段，用于治疗情绪障碍和心理健康问题。

其他有价值的信息

研究团队还指出，未来的研究可以进一步探索不同类型的冥想对大脑的影响，以及长期冥想对大脑“特质”变化的作用。此外，扩展研究对象和增加对照实验设计将有助于提高研究结果的普遍性和可靠性。

通过这项研究，我们不仅加深了对冥想神经机制的理解，也为开发基于冥想的神经调节疗法提供了重要的科学依据。