Frontiers in Neuroscience

Introduktion

Meditationspraksis har veletablerede fordele i affektive og kognitive processer (Tang et al., 2015). Der findes imidlertid en bred vifte af meditationspraksis, som omfatter et sæt af praksisser, der bruges til at kultivere positive kvaliteter i sindet og til at øge indsigten i, hvordan sind og krop fungerer. Desuden har definitionen af meditation mange forskellige betydninger i varierende sammenhænge. Mens kristne, jødiske og islamiske former for meditation generelt er andagtsfulde eller skriftlige, er andre former for meditation rettet mod intern selvregulering af sindet. Det er blevet foreslået, at kognitive og affektive virkninger kan være forskellige alt efter den type meditation, der udføres (Lutz et al., 2008a,b). Denne gennemgang fokuserer på fire almindelige meditationspraksis, herunder fokuseret opmærksomhed (FA), åben overvågning (OM), transcendental meditation (TM) og kærlig venlighed (LK).

To almindeligt undersøgte typer af opmærksomhedstræningspraksis omfatter FA og OM. Fokuseret opmærksomhed (FA) omfatter Himalaya-yoga, Mantra og Metta; mens OM omfatter Zen, Isha Yoga, Shoonya Yoga og Vipassana. FA og OM har vist sig at forbedre opmærksomhedskontrol, følelsesregulering, selvbevidsthed og forbedre kognitiv kontrol af konflikter (Lippelt et al., 2014; Tang et al., 2015). FA er øvelse i at opretholde en vedvarende selektiv opmærksomhed på et udvalgt koncept eller objekt, såsom vejrtrækning, fysisk fornemmelse eller et visuelt billede. Det valgte objekt tjener som et anker for opmærksomheden, og som et resultat heraf menes FA at kultivere mental skarphed og fokus. OM på den anden side indebærer, at man fokuserer på selve opmærksomheden. I stedet for at fastholde selektiv opmærksomhed på et udvalgt objekt og undgå påtrængende tanker eller distraktioner indebærer OM accept af indre og ydre signaler med det formål at opnå en ikke-dømmende opmærksomhed. Målet med OM er at forblive opmærksom på enhver oplevelse, der måtte opstå, uden at fokusere på et bestemt objekt. Det skal bemærkes, at OM og FA ikke udelukker hinanden, og mens OM-praksis kan indebære nogle aspekter af FA, er det modsatte ikke nødvendigvis tilfældet. F.eks. starter OM-øvelser ofte med at fokusere på et specifikt objekt i lighed med FA-øvelser. I stedet for at fastholde dette fokus som det primære mål, som det er tilfældet i FA, trænes sindet i OM til gradvist at flytte fokus fra dette objekt og blive opmærksom på forekomsten af tanker, fornemmelser og billeder, efterhånden som de opstår og opløses, og til sidst begynde at overvåge selve bevidsthedsprocessen. Derfor inducerer OM et bredere opmærksomhedsfokus end FA (Lippelt et al., 2014), og OM-udøvere har tendens til at have et generelt bredere opmærksomhedsområde og præstere bedre på opgaver med vedvarende opmærksomhed (Ainsworth et al., 2013; Lippelt et al., 2014).

Transcendental meditation (TM) er en mantra-meditation, der har til formål at undgå distraherende tanker. Målet er at bruge en lyd eller et mantra til at være opmærksom på nuet uden et tankeobjekt. I denne praksis er der ingen kontemplation, FA eller overvågning af den aktuelle oplevelse (Travis og Pearson, 2000). I modsætning hertil har LK-meditation til formål at udvikle kærlighed og medfølelse til sig selv og til alle andre væsener. Den mediterende vil til sidst fokusere på medfølelse over for dem, man ikke kender, og udvide den til dem, man ikke kan lide. Negative associationer erstattes med positive sociale eller empatiske tankesæt (Vago og Silbersweig, 2012; Lippelt et al., 2014). Som sådan er LK-meditation blevet forbundet med forbedret kognitiv kontrol og konfliktovervågning (Hunsinger et al., 2013).

Mens fordelene ved FA-, OM-, TM- og LK-meditation er blevet beskrevet andre steder, er de neurobiologiske underbygninger af disse fordele stadig i sin vordende fase. Der er beviser for, at disse former for meditation resulterer i både langsigtede og kortsigtede ændringer i hjernen. Langsigtede anatomiske ændringer er traditionelt blevet analyseret med strukturel magnetisk resonans (MR) billeddannelse, som giver en fremragende rumlig opløsning. Der er beviser for, at meditation kan resultere i strukturelle ændringer i hjernen, herunder en forøgelse af den kortikale tykkelse af regioner som den præfrontale cortex (PFC) og insula (Lazar et al., 2005; Santarnecchi et al., 2014; Engen et al., 2017). Derudover kan funktionel MR-billeddannelse detektere ændringer i kortikal og subkortikal aktivering samt funktionel konnektivitet; den tidsmæssige opløsning for sådanne ændringer er dog begrænset. I modsætning hertil er elektroencefalografi (EEG), magnetoencefalografi (MEG) og kildeplads-EEG billeddannelsesmodaliteter med fremragende tidsmæssig opløsning, der kan fange kortvarige oscillatoriske ændringer under meditation, mens de ofrer den rumlige opløsning. Forståelse af de svingninger, der er forbundet med forskellige former for meditation, vil hjælpe med at finpudse disse meditative praksisser og potentielt muliggøre kunstig manipulation i behandlingen af sygdom.

I denne gennemgang analyserer vi systematisk ligheder og forskelle i neurale svingninger blandt fire almindeligt studerede meditationspraksisser, herunder FA, OM, TM og LK-meditation.

Neuronal aktivering under meditation

Funktionelle MRI-undersøgelser (fMRI) har vist, at forskellige typer meditation øger aktiviteten i forskellige regioner af hjernen, herunder PFC, insula og anterior cingulate cortex (ACC). Det er interessant, at forskellige former for meditation kan aktivere forskellige regioner i hjernen. FA resulterer i øget hjerneaktivitet og konnektivitet i ACC i forhold til OM (Lazar et al., 2000; Botvinick et al., 2004; Manna et al., 2010). FA er også forbundet med øget højre dorsolateral PFC-aktivitet og konnektivitet til højre insula, hvilket ikke er blevet set i OM (D’Esposito, 2007). Desuden viser både FA og OM et øget fMRI-signal i den bageste insula under interoceptive opmærksomhedsopgaver sammenlignet med exteroceptionsopgaver (Farb et al., 2013). Som det kan forventes, er disse former for meditation også forbundet med øget konnektivitet i hjernenetværk som f.eks. det dorsale opmærksomhedsnetværk (Froeliger et al., 2012).

I modsætning hertil menes de fleste meditationsmetoder, herunder FA, OM og LK, at deaktivere standardtilstandsnetværket (DMN). Dette DMN er aktivt under passiv vågen hvile eller ufrivillige aktiviteter og omfatter ventral medial PFC, medial temporal lobe, precuneus og posterior cingulate gyrus (Brewer et al., 2011; Garrison et al., 2015; Simon og Engstrom, 2015). Bemærkelsesværdigt er, at TM resulterer i fortsat forhøjelse af DMN-aktivitet (Travis og Parim, 2017).

Mens det er klart, at meditationspraksis kan aktivere specifikke hjerneområder og funktionel konnektivitet forbundet med eksekutivfunktion og humør, som målt gennem fMRI, påvirker disse praksisser også de neurale svingningsmønstre i disse regioner. Især kan neurale svingninger vurderes i en lokal region eller mellem forskellige regioner i hjernen. Styrken af en bestemt oscillatorisk frekvens i en bestemt region kan analyseres ved hjælp af en effektanalyse. Kohærens er graden af kobling af en bestemt frekvens mellem to forskellige hjerneområder og kan anvendes som en indikator for funktionel konnektivitet. EEG og MEG kan begge anvendes til at undersøge effekt og kohærens inden for et bestemt frekvensbånd. En forståelse af, hvordan meditation modulerer disse neurale svingninger, kan bidrage til at belyse forholdet mellem hjernesvingninger og kognitive processer.

Delta-frekvens

Delta-svingninger stammer fra thalamus eller cortex og varierer mellem 0,5 og 3 Hz. I forbindelse med meditation og neurale svingninger er deltafrekvensens rolle ikke velbeskrevet i forbindelse med meditation og neurale svingninger. Der er begrænset dokumentation, der tyder på, at deltafrekvensen reduceres under OM, som f.eks. i Vipassana-traditionen. I en langvarig Vipassana-undersøgelse blev bilateral frontal deltaeffekt (1-4 Hz), men ikke midline-deltaeffekt, nedsat hos dem, der rapporterede, at de ikke var søvnige under meditation (Cahn et al., 2010). Det er bemærkelsesværdigt, at øget langsom deltaaktivitet under dyb søvn og øget deltaaktivitet under meditation tyder på, at ændringerne i delta under meditation fremmer en forbedret vågen tilstand af vågenhed. På samme måde er LK-meditation blevet forbundet med øget deltaaktivitet (Basar et al., 2008). Interessant nok viste meditation i en separat undersøgelse en reduktion i deltaaktivitet; men når et distraktorelement blev præsenteret, og meditatoren blev opfordret til at fokusere på distraktorelementet, steg den frontale deltaeffekt (Cahn et al., 2013). Dette tyder på en potentiel rolle for delta rytmen i opmærksomhedsengagement.

Theta frekvens

Den menneskelige theta rytme er et oscillatorisk mønster, der findes i kortikale og subkortikale strukturer, karakteriseret ved svingninger i 3.5-7 Hz-området. Hos mennesker er øgede kortikale theta-svingninger blevet beskrevet under en række læringsopgaver, herunder genkendelse (Raghavachari et al., 2001; Hsieh et al., 2011), tilbagekaldelse (Sederberg et al., 2003) og virtuelle rumlige navigationsopgaver (Kahana et al., 1999; de Araujo et al., 2002; Caplan et al., 2003; Watrous et al., 2011). Ud over lokal oscillatorisk aktivitet er theta-rytmer synkroniseret på tværs af flere hjerneområder under komplekse kognitive opgaver (Mizuhara et al., 2004; Ekstrom et al., 2005). Øget kortikal theta-aktivitet er også blevet påvist under arbejdshukommelsesopgaver (Raghavachari et al., 2001, 2006). Scalp EEG-undersøgelser har vist, at øget theta-aktivitet forud for en hukommelsesopgave er korreleret med vellykket genfinding af episodisk hukommelse, mens nedsat theta-aktivitet er blevet forbundet med dårlig episodisk hukommelse (Addante et al., 2011). Mens meditation er kendt for at forbedre opmærksomhed, indlæring og hukommelse (Chan et al., 2017; Taren et al., 2017), har der ikke været nogen kausale undersøgelser af meditationens rolle EEG-ændringer og hukommelse. EEG neurofeedback-undersøgelser tyder på forbedringer i kognition, herunder opmærksomhed, procedurehukommelse og genkendelseshukommelse (Gruzelier, 2014). Integrering af neurofeedback i meditation kan bidrage til bedre at definere forholdet mellem hukommelse og meditation.

Stigninger i theta-aktivitet er blevet set på tværs af en række forskellige meditationspraksisser, herunder FA, OM, TM og LK (Baijal og Srinivasan, 2010; Cahn et al., 2010; Pasquini et al., 2015). Interessant nok var stigningen i thetakraft positivt korreleret med mængden af træning og erfaring i hver meditationspraksis, hvilket kan bidrage til at forklare forbedringerne i hukommelse og opmærksomhed. Theta-svingninger under vågenhed forekommer i frontale midterlinieregioner, såsom PFC (Asada et al., 1999) og ACC (Onton et al., 2005) (Figur 1) (Figur 1). Denne frontale midline theta-aktivitet (Fm theta) er blevet forbundet med koncentreret opmærksomhedsengagement (Basar et al., 2001; Mitchell et al., 2008) såvel som aktivering af det autonome system (Kubota et al., 2001; Takahashi et al., 2005). Især er der beviser for stigninger i Fm theta i både FA og OM (Takahashi et al., 2005; Dentico et al., 2016; Braboszcz et al., 2017). Fm theta menes at være forbundet med internaliseret opmærksomhed. Som sådan er der øget Fm theta under OM-øvelse (Lippelt et al., 2014). Fm theta-aktivitet hos Zen-mediterende var korreleret med øget parasympatisk aktivitet og korreleret med nedsat sympatisk aktivering, hvilket understøtter ideen om ACC som en kilde til Fm theta i betragtning af dens rolle i kognitiv funktion og autonom kontrol.

Ud over amplituden af thetafrekvensen er der også ændringer i thetakohærens (dvs. synkronisering af neurale affyringsmønstre) under OM-meditation. Mens frontal og parietal theta-kohærens er forbundet med eksekutive funktionsopgaver såsom arbejdshukommelse (Sauseng et al., 2005), er lignende resultater blevet vist under OM (Cahn et al., 2013). Der er også beviser for øget theta-kohærens mellem de centrale, temporale og occipitale områder under TM (Tomljenovic et al., 2016). Dette er imidlertid ikke blevet undersøgt i FA-meditation.

Alphafrekvens

Alphafrekvensbåndet spænder mellem 8 og 13 Hz, er overvejende i den occipitale cortex og ses mest bemærkelsesværdigt i forskellige stadier af søvn. Både FA- og OM-meditation er blevet forbundet med stigninger i præfrontal og venstre parietal alfaaktivitet under NREM-søvncyklusser. Denne stigning korrelerede positivt med mængden af meditationstræning (Dentico et al., 2016). Der er også beviser for øget frontal, parietal og occipital alfaeffekt og synkronisering under meditation (Travis, 2001; Cahn et al., 2013). Mens både OM og FA har vist sig at demonstrere en øget frontal alfaamplitude og synkronitet (Travis, 2001), viste en nylig undersøgelse hos vågne patienter, at OM-traditionen (Vipassana) resulterede i en stigning i alfaeffekt sammenlignet med meditationsnaive kontroller og FA (Himalayan Yoga) udøvere under aktiv meditation og tankeløshed (Braboszcz et al., 2017). Der er også tegn på, at erfarne mediterende har øget præfrontal og parietal alfaeffekt under søvn (Dentico et al., 2016). Der synes ikke at være konsensus om tilstedeværelsen af parieto-occipital alfa hos meditationsudøvere, idet nogle undersøgelser tyder på øget posterior alfakraft, mens andre undersøgelser tyder på, at FA- og OM-meditation reducerer alfa (Dentico et al, 2016; Braboszcz et al., 2017).

Der er beviser for øget alfakohærens i de frontale og parietale regioner i FA- og OM-traditionerne samt TM (Travis, 2001; Cahn et al., 2013; Travis og Parim, 2017). Desuden er den fremherskende svingning under TM, i modsætning til FA og OM, den frontale alfa-rytme i modsætning til theta-rytmen. Transcendental meditationsøvelse er blevet forbundet med øget alfaeffekt blandt den bageste cingulære gyrus, precuneus og den mediale og inferior temporale cortex (Travis og Parim, 2017; van Lutterveld et al, 2017).

Beta frekvens

Humane beta-svingninger (13-30 Hz) er typisk forbundet med sensomotorisk behandling (Symons et al., 2016); men for nylig er de dog blevet forbundet med opmærksomhed, følelser og kognitiv kontrol (Guntekin et al., 2013; Symons et al., 2016). Der er modstridende beviser for virkningerne af meditation på beta-oscillationer. Mens der er nogle beviser, der tyder på ingen ændring i betaaktivitet under OM (Pasquini et al., 2015), tyder andre undersøgelser på et fald i betaaktivitet i den angulære gyrus og de bageste cingulære og parietale cortexer (Dor-Ziderman et al., 2013; Faber et al., 2015). Der er også rapporter om nedsatte occipitale beta-oscillationer under TM (Tomljenovic et al., 2016). Omvendt er der tegn på, at der er øget betaaktivitet i insula, inferior frontal gyrus og forreste temporallap under mindfulness-meditation (Thomas et al., 2014; Schoenberg et al., 2017).

Gammafrekvens

Gamma-svingninger hos voksne mennesker varierer mellem 30 og 100 Hz og menes at være involveret i en række sensoriske og kognitive reaktioner (Pritchett et al., 2015; Kambara et al., 2017). I forskellige former for FA- og OM-traditioner har udøvere udvist hurtig gammaaktivitet med topfrekvenser omkring 40 Hz i bilaterale hemisfærer, der kun ses hos meget avancerede mediterende (Fell et al., 2010). Der er beviser for øget gammaaktivitet hos avancerede udøvere af forskellige meditationspraksis, herunder FA-, OM-, LK- og TM-traditioner. Mere specifikt er der i både FA (Himalaya-yoga) og OM-praksis (Vipassana, Isha og Shoonya Yoga) en stigning i parieto-occipital gamma (60-110 Hz) sammenlignet med kontroller (Braboszcz et al., 2017). Den posteriore stigning i gammaaktivitet kan være relateret til den ofte beskrevne forbedrede perceptuelle klarhed, der rapporteres i OM-meditative processer (Cahn et al., 2010). Hos ekspert tibetanske buddhistiske meditatorer var der under medfølelsesmeditation en højere fronto-parietal gammaeffekt under meditation (Lutz et al., 2004). Det er værd at bemærke, at en undersøgelse foreslog, at under Zen-meditation (en anden form for OM), højfrekvent gammakraft (100-245 Hz) i den cingulære cortex og den somatosensoriske cortex korrelerede positivt med graden af selvrapporteret mindfulness (Hauswald et al., 2015). Mens den funktionelle rolle af gammaaktivitet endnu ikke er klar, er en hypotese, at den inducerer neuroplasticitet via gentagelse, da den fortsat ses hos mere erfarne meditatorer på tværs af forskellige praksisser (Braboszcz et al., 2017). Disse undersøgelser tyder på, at mindfulness meditationspraksis øger gamma-svingninger på tværs af flere, men specifikke hjerneområder afhængigt af den specifikke meditationstype.

I modsætning til theta- og alfa-kohærens er der beviser for øget gamma-svingningssammenhæng i de parieto-occipitale regioner under Vipassana og i de fronto-parietale regioner hos buddhistiske udøvere (Lutz et al., 2004; Cahn et al., 2013). Der er nogle beviser for gamma-svingningsforskelle mellem meditationstraditionerne, da der er en rapporteret stigning i gamma/alpha-forholdet hos FA-udøvere i forhold til OM-udøvere (Braboszcz et al., 2017).

Konklusion

Meditation resulterer i betydelige ændringer i kortikal og subkortikal aktivitet. Som det kunne forventes, fremkalder forskellige former for meditation aktivering af forskellige regioner i hjernen. Tidligere arbejde har vist, at elektrografiske svingninger er vigtige i kognition. Her gennemgik vi virkningerne af FA-, OM-, TM- og LK-meditation på neuronal oscillatorisk aktivitet.

Aktuel forskning tyder på, at meditation har mange gavnlige virkninger på humør, bevidsthed og bevidsthed. Meditation resulterer i strukturelle og funktionelle ændringer i hjernen. Under aktiv meditation er der tydelige ændringer i den elektrografiske aktivitet, både regionalt og globalt. Der synes også at være tydelige forskelle i EEG-profiler afhængigt af erfaring. En undersøgelse af Satyananda-yoga-udøvere viste, at mellemliggende (gennemsnitlig erfaring 4 år) udøvere havde øgede lavfrekvente svingninger (theta og alfa) i højre øverste frontallap, højre nederste frontallap og højre forreste tindingelap, mens avancerede (gennemsnitlig erfaring 30 år) udøvere havde øgede højfrekvente svingninger (beta og gamma) i de samme regioner (Thomas et al., 2014). Avancerede udøvere synes også at have mere konsekvente elektrografiske ændringer, og begrebet om et meditativt træk med neurale oscillatoriske korrelater bliver klarere og klarere. Mens der har været korrelationer mellem elektrisk aktivitet og adfærd, skal der udføres yderligere forskning for at validere disse korrelationer.

Kliniske implikationer og fremtidige retninger

Bestemmelse af det neurale grundlag for meditation kan potentielt bruges til at forbedre meditationstræning og bedre forstå neuronale kredsløb. Mere specifikt kunne oscillatorisk neurofeedback bruges til at korrelere en objektiv måling af hjerneaktivitet med subjektiv oplevelse og dermed bruges som et værktøj til meditationstræning (van Lutterveld et al., 2017).

Forståelse af samspillet mellem meditation og de funktionelle og anatomiske korrelater hjælper ikke kun med at informere om, hvordan meditation gavner kognition, men det kan potentielt bruges til at bestemme mål for terapeutisk neuromodulation. Da mange sygdomsprocesser resulterer i ændrede oscillatoriske mønstre, kan identifikation af specifikke oscillatoriske aberrationer i en sygdomstilstand og omvendt meditationsformer, der vender disse træk, føre til elektrofysiologisk baserede behandlinger. F.eks. er alfa- og delta-frekvensbåndene afgørende for søvn. En bedre belysning af forstyrrelserne i neurale svingninger kunne muligvis bruges til at behandle søvnforstyrrelser gennem meditation. Desuden er der ændrede neurale svingninger i neuropsykiatriske lidelser som depression, afhængighed, opmærksomhedsunderskud og hyperaktiv lidelse samt bipolar lidelse. I fremtiden kunne meditationsbaserede behandlinger potentielt udvides til at omfatte disse neuropsykiatriske lidelser. Men da der er mange typer meditationstraditioner, skal der udføres mere stringente undersøgelser for at belyse de nuancerede billeddannelses- og elektrofysiologiske ændringer, der opstår med hver type meditation.

Author Contributions

DL, EK, PG, AG og FG: deltog i idékonceptualisering, forberedelse og redigering af manuskriptet.

Interessekonflikt erklæring

Forfatterne erklærer, at forskningen blev udført uden kommercielle eller finansielle relationer, der kunne opfattes som en potentiel interessekonflikt.