Frontiers in Neuroscience

Introduzione

Le pratiche di meditazione hanno benefici consolidati nei processi affettivi e cognitivi (Tang et al., 2015). Tuttavia, esiste un’ampia varietà di pratiche di meditazione, che comprendono un insieme di pratiche utilizzate per coltivare qualità positive nella mente e per migliorare l’insight su come funziona la mente-corpo. Inoltre, la definizione di meditazione ha molti significati diversi in vari contesti. Mentre le forme cristiane, giudaiche e islamiche di meditazione sono generalmente devozionali o scritturali, altre forme di meditazione mirano all’autoregolazione interna della mente. È stato proposto che gli effetti cognitivi e affettivi possano differire a seconda del tipo di meditazione eseguita (Lutz et al., 2008a,b). Questa revisione si concentra su quattro pratiche di meditazione comuni, tra cui l’attenzione focalizzata (FA), l’open-monitoring (OM), la meditazione trascendentale (TM) e la loving-kindness (LK).

Due tipi comunemente studiati di pratiche di allenamento dell’attenzione includono FA e OM. L’attenzione focalizzata (FA) include l’Himalayan Yoga, Mantra e Metta; mentre la OM include lo Zen, l’Isha Yoga, lo Shoonya Yoga e la Vipassana. FA e OM hanno dimostrato di migliorare il controllo dell’attenzione, la regolazione delle emozioni, la consapevolezza di sé, e migliorare il controllo cognitivo del conflitto (Lippelt et al., 2014; Tang et al., 2015). La FA è la pratica di mantenere un’attenzione selettiva sostenuta su un concetto o un oggetto scelto, come il respiro, una sensazione fisica o un’immagine visiva. L’oggetto scelto serve come un’ancora per l’attenzione, e come risultato, si pensa che la FA coltivi l’acutezza mentale e la concentrazione. L’OM, d’altra parte, comporta il concentrarsi sulla consapevolezza stessa. Invece di sostenere l’attenzione selettiva su un oggetto scelto ed evitare pensieri intrusivi o distrazioni, la OM implica l’accettazione di spunti interni ed esterni con l’obiettivo di una consapevolezza non giudicante. Lo scopo dell’OM è quello di rimanere attenti a qualsiasi esperienza che può sorgere senza concentrarsi su un oggetto particolare. Da notare che l’OM e la FA non si escludono a vicenda, e mentre le pratiche di OM possono comportare alcuni aspetti della FA, il contrario non è necessariamente vero. Per esempio, le pratiche di OM spesso iniziano concentrandosi su un oggetto specifico, come le pratiche di FA. Piuttosto che mantenere quella focalizzazione come obiettivo primario, come avviene nella FA, la mente nella OM è allenata a spostare gradualmente l’attenzione da quell’oggetto e diventare consapevole del verificarsi di pensieri, sensazioni e immagini mentre sorgono e si dissolvono, e alla fine iniziare a monitorare il processo di consapevolezza stesso. Pertanto, la OM induce un focus attenzionale più ampio rispetto alla FA (Lippelt et al., 2014), e i praticanti della OM tendono ad avere una portata attenzionale generalmente più ampia e ad avere prestazioni migliori nei compiti di attenzione sostenuta (Ainsworth et al., 2013; Lippelt et al., 2014).

La meditazione trascendentale (TM) è una meditazione mantra volta ad evitare pensieri che distraggono. L’obiettivo è quello di utilizzare un suono o un mantra per essere consapevoli del presente senza un oggetto di pensiero. In questa pratica, non c’è contemplazione, FA, o monitoraggio dell’esperienza corrente (Travis e Pearson, 2000). Al contrario, la meditazione LK mira a sviluppare amore e compassione per se stessi e per tutti gli altri esseri. Il meditatore alla fine si concentrerà sulla compassione verso coloro che non si conoscono e la estenderà verso coloro che non piacciono. Le associazioni negative sono sostituite da una mentalità sociale o empatica positiva (Vago e Silbersweig, 2012; Lippelt et al., 2014). Come tale, la meditazione LK è stata associata a un migliore controllo cognitivo e al monitoraggio dei conflitti (Hunsinger et al., 2013).

Mentre i benefici della meditazione FA, OM, TM, e LK sono stati descritti altrove, i fondamenti neurobiologici di questi benefici sono ancora in fase nascente. Ci sono prove che queste forme di meditazione provocano cambiamenti sia a lungo che a breve termine nel cervello. I cambiamenti anatomici a lungo termine sono stati tradizionalmente analizzati con la risonanza magnetica strutturale (RM), che fornisce un’eccellente risoluzione spaziale. Ci sono prove che la meditazione può provocare cambiamenti strutturali nel cervello, compreso l’aumento dello spessore corticale di regioni come la corteccia prefrontale (PFC) e l’insula (Lazar et al., 2005; Santarnecchi et al., 2014; Engen et al., 2017). Inoltre, la risonanza magnetica funzionale può rilevare cambiamenti nell’attivazione corticale e sottocorticale e nella connettività funzionale; tuttavia, la risoluzione temporale per tali cambiamenti è limitata. Al contrario, l’elettroencefalografia (EEG), la magnetoencefalografia (MEG) e l’EEG source-space sono modalità di imaging con un’eccellente risoluzione temporale che possono catturare cambiamenti oscillatori a breve termine durante la meditazione, sacrificando la risoluzione spaziale. Comprendere le oscillazioni associate a diverse forme di meditazione aiuterà a perfezionare queste pratiche meditative, e potenzialmente consentire la manipolazione artificiale nel trattamento della malattia.

In questa recensione, analizziamo sistematicamente le somiglianze e le differenze nelle oscillazioni neurali tra quattro pratiche di meditazione comunemente studiate, tra cui FA, OM, TM, e meditazione LK.

Attivazione neuronale durante la meditazione

Studi di MRI funzionale (fMRI) hanno dimostrato che vari tipi di meditazione aumentano l’attività in varie regioni del cervello, tra cui la PFC, l’insula e la corteccia cingolata anteriore (ACC). È interessante notare che diverse forme di meditazione possono attivare diverse regioni del cervello. La FA provoca un aumento dell’attività cerebrale e della connettività nella ACC rispetto alla OM (Lazar et al., 2000; Botvinick et al., 2004; Manna et al., 2010). La FA è anche associata a un aumento dell’attività del PFC dorsolaterale destro e della connettività con l’insula destra, cosa che non è stata vista nella OM (D’Esposito, 2007). Inoltre, sia FA che OM dimostrano un aumento del segnale fMRI nell’insula posteriore durante i compiti di attenzione interocettiva rispetto ai compiti di eterocezione (Farb et al., 2013). Come ci si può aspettare, queste forme di meditazione sono anche associate ad un aumento della connettività nelle reti cerebrali come la rete attenzionale dorsale (Froeliger et al., 2012).

Al contrario, la maggior parte delle pratiche di meditazione, tra cui FA, OM, e LK, sono pensate per disattivare la rete di modalità predefinita (DMN). Questa DMN è attiva durante il riposo passivo da svegli o le attività involontarie e comprende il PFC mediale ventrale, il lobo temporale mediale, il precuneo e il giro cingolato posteriore (Brewer et al., 2011; Garrison et al., 2015; Simon e Engstrom, 2015). Da notare che la TM risulta in una continua elevazione dell’attività DMN (Travis e Parim, 2017).

Mentre è chiaro che le pratiche di meditazione possono attivare specifiche regioni cerebrali e la connettività funzionale associate alla funzione esecutiva e all’umore, come misurato attraverso la fMRI, queste pratiche influenzano anche i modelli di oscillazione neurale in queste regioni. In particolare, le oscillazioni neurali possono essere valutate in una regione locale o tra varie regioni del cervello. La forza di una particolare frequenza oscillatoria in una particolare regione può essere analizzata utilizzando un’analisi della potenza. La coerenza è il grado di accoppiamento di una particolare frequenza tra due diverse regioni del cervello e può essere usata come indicatore di connettività funzionale. EEG e MEG possono entrambi essere utilizzati per indagare la potenza e la coerenza all’interno di una particolare banda di frequenza. Capire come la meditazione modula queste oscillazioni neurali può aiutare a chiarire la relazione tra le oscillazioni cerebrali e i processi cognitivi.

Frequenza delta

Le oscillazioni delta provengono dal talamo o dalla corteccia e sono comprese tra 0,5 e 3 Hz. Nel contesto della meditazione e delle oscillazioni neurali, il ruolo della frequenza delta non è ben descritto. Ci sono prove limitate che suggeriscono che la frequenza delta è ridotta durante la OM, come la tradizione Vipassana. In uno studio Vipassana a lungo termine, la potenza delta frontale bilaterale (1-4 Hz), ma non la potenza delta della linea mediana, era diminuita in coloro che riferivano di non essere sonnolenti durante la meditazione (Cahn et al., 2010). Da notare che l’aumento dell’attività delta lento durante il sonno profondo e l’aumento dell’attività delta durante la meditazione suggerisce che i cambiamenti nel delta durante la meditazione promuovono uno stato di veglia migliorato. Allo stesso modo, la meditazione LK è stata associata a un aumento dell’attività delta (Basar et al., 2008). È interessante notare che in uno studio separato, la meditazione ha evidenziato una riduzione dell’attività delta; tuttavia, quando è stato presentato un elemento distrattore e il meditatore è stato incoraggiato a concentrarsi sull’elemento distrattore, la potenza delta frontale è aumentata (Cahn et al., 2013). Questo suggerisce un ruolo potenziale del ritmo delta nell’impegno attenzionale.

La frequenza theta

Il ritmo theta umano è un modello oscillatorio che si trova nelle strutture corticali e sottocorticali, caratterizzato da oscillazioni nell’intervallo 3,5-7 Hz. Negli esseri umani, un aumento delle oscillazioni corticali theta è stato descritto durante una varietà di compiti di apprendimento, compreso il riconoscimento (Raghavachari et al., 2001; Hsieh et al., 2011), il richiamo (Sederberg et al., 2003), e compiti di navigazione spaziale virtuale (Kahana et al., 1999; de Araujo et al., 2002; Caplan et al., 2003; Watrous et al., 2011). Oltre all’attività oscillatoria locale, i ritmi theta sono sincronizzati in più regioni del cervello durante compiti cognitivi complessi (Mizuhara et al., 2004; Ekstrom et al., 2005). L’aumento dell’attività corticale theta è stato dimostrato anche durante compiti di memoria di lavoro (Raghavachari et al., 2001, 2006). Studi sull’EEG del cuoio capelluto hanno dimostrato che l’aumento dell’attività theta prima di un compito di memoria è correlato al successo del recupero della memoria episodica, mentre la diminuzione dell’attività theta è stata associata alla scarsa memoria episodica (Addante et al., 2011). Mentre la meditazione è nota per migliorare l’attenzione, l’apprendimento e la memoria (Chan et al., 2017; Taren et al., 2017), non ci sono stati studi causali sul ruolo dei cambiamenti EEG della meditazione e della memoria. Gli studi di neurofeedback EEG suggeriscono miglioramenti nella cognizione, tra cui attenzione, memoria procedurale e memoria di riconoscimento (Gruzelier, 2014). L’integrazione del neurofeedback nella meditazione può aiutare a definire meglio la relazione tra memoria e meditazione.

Aumenti nell’attività theta sono stati visti in una varietà di pratiche di meditazione, tra cui FA, OM, TM, e LK (Baijal e Srinivasan, 2010; Cahn et al., 2010; Pasquini et al., 2015). È interessante notare che l’aumento della potenza theta era positivamente correlato con la quantità di allenamento e di esperienza in ogni pratica di meditazione, il che può contribuire a spiegare i miglioramenti nella memoria e nell’attenzione. Le oscillazioni theta durante la veglia si verificano nelle regioni della linea mediana frontale, come il PFC (Asada et al., 1999) e l’ACC (Onton et al., 2005) (Figura 1). Questa attività theta della linea mediana frontale (Fm theta) è stata associata all’impegno concentrativo attenzionale (Basar et al., 2001; Mitchell et al., 2008) e all’attivazione del sistema autonomo (Kubota et al., 2001; Takahashi et al., 2005). In particolare, ci sono prove di aumenti di Fm theta sia in FA che in OM (Takahashi et al., 2005; Dentico et al., 2016; Braboszcz et al., 2017). Fm theta è pensato per essere associato con attenzione interiorizzata. Come tale, c’è un aumento di Fm theta durante la pratica OM (Lippelt et al., 2014). L’attività Fm theta nei meditatori Zen era correlata ad un aumento dell’attività parasimpatica e correlata ad una diminuzione dell’attivazione simpatica, sostenendo l’idea dell’ACC come fonte di Fm theta dato il suo ruolo nella funzione cognitiva e nel controllo autonomo.

Oltre all’ampiezza della frequenza theta, ci sono anche cambiamenti nella coerenza theta (cioè, la sincronia dei modelli di sparo neurali) durante la meditazione OM. Mentre la coerenza theta frontale e parietale è associata a compiti di funzione esecutiva come la memoria di lavoro (Sauseng et al., 2005), risultati simili sono stati mostrati durante la OM (Cahn et al., 2013). C’è anche evidenza di un aumento della coerenza theta tra le aree centrali, temporali e occipitali durante la TM (Tomljenovic et al., 2016). Tuttavia, questo non è stato studiato nella meditazione FA.

Frequenza alfa

La banda di frequenza alfa varia tra 8 e 13 Hz, è prevalentemente nella corteccia occipitale, ed è più notevolmente visto in varie fasi del sonno. Sia la meditazione FA che quella OM sono state associate ad aumenti dell’attività alfa prefrontale e parietale sinistra durante i cicli di sonno NREM. Questo aumento è correlato positivamente con la quantità di allenamento alla meditazione (Dentico et al., 2016). Ci sono anche prove di un aumento della potenza alfa frontale, parietale e occipitale e della sincronia durante la meditazione (Travis, 2001; Cahn et al., 2013). Mentre sia OM che FA hanno dimostrato di dimostrare un aumento dell’ampiezza alfa frontale e della sincronia (Travis, 2001), un recente studio su pazienti svegli ha dimostrato che la tradizione OM (Vipassana) ha portato ad un aumento della potenza alfa rispetto ai controlli naïve alla meditazione e ai praticanti FA (Himalayan Yoga) durante la meditazione attiva e il mind wandering (Braboszcz et al., 2017). Ci sono anche prove che i meditatori esperti hanno un aumento della potenza alfa prefrontale e parietale durante il sonno (Dentico et al., 2016). Non sembra esserci consenso sulla presenza di alfa parieto-occipitale nei praticanti di meditazione, con alcuni studi che suggeriscono un aumento della potenza alfa posteriore, mentre altri studi suggeriscono che la meditazione FA e OM diminuiscono l’alfa (Dentico et al, 2016; Braboszcz et al., 2017).

C’è evidenza di un aumento della coerenza alfa nelle regioni frontali e parietali nelle tradizioni FA e OM così come nella TM (Travis, 2001; Cahn et al., 2013; Travis e Parim, 2017). Inoltre, al contrario della FA e della OM, l’oscillazione predominante durante la TM è il ritmo alfa frontale rispetto al ritmo theta. La pratica della Meditazione Trascendentale è stata associata a un aumento della potenza alfa tra il giro cingolato posteriore, il precuneo e la corteccia temporale mediale e inferiore (Travis e Parim, 2017; van Lutterveld et al, 2017).

Frequenza beta

Le oscillazioni beta umane (13-30 Hz) sono tipicamente associate all’elaborazione sensorimotoria (Symons et al., 2016); tuttavia, più recentemente, sono state collegate all’attenzione, alle emozioni e al controllo cognitivo (Guntekin et al., 2013; Symons et al., 2016). Ci sono prove contrastanti sugli effetti della meditazione sulle oscillazioni beta. Mentre ci sono alcune prove che suggeriscono nessun cambiamento nell’attività beta durante la OM (Pasquini et al., 2015), altri studi suggeriscono una diminuzione dell’attività beta nel giro angolare e nelle cortecce cingolate e parietali posteriori (Dor-Ziderman et al., 2013; Faber et al., 2015). Ci sono anche segnalazioni di una diminuzione delle oscillazioni beta occipitali durante la TM (Tomljenovic et al., 2016). Al contrario, ci sono prove che c’è un aumento dell’attività beta nell’insula, nel giro frontale inferiore e nel lobo temporale anteriore durante la meditazione mindfulness (Thomas et al., 2014; Schoenberg et al., 2017).

Frequenza gamma

Le oscillazioni gamma nell’uomo adulto sono comprese tra 30 e 100 Hz, e si pensa siano coinvolte in una serie di risposte sensoriali e cognitive (Pritchett et al., 2015; Kambara et al., 2017). In varie forme di FA e tradizioni OM, i praticanti hanno esibito un’attività gamma veloce con frequenze di picco intorno ai 40 Hz negli emisferi bilaterali, vista solo in meditatori altamente avanzati (Fell et al., 2010). Ci sono prove di un aumento dell’attività gamma nei praticanti avanzati di varie pratiche di meditazione, comprese le tradizioni FA, OM, LK, e TM. Più specificamente, in entrambe le pratiche FA (Himalayan Yoga) e OM (Vipassana, Isha e Shoonya Yoga), c’è un aumento della gamma parieto-occipitale (60-110 Hz) rispetto ai controlli (Braboszcz et al., 2017). L’aumento posteriore dell’attività gamma può essere legato alla spesso descritta maggiore chiarezza percettiva riportata nei processi meditativi OM (Cahn et al., 2010). In esperti meditatori buddisti tibetani, durante la meditazione di compassione c’era una maggiore potenza gamma fronto-parietale (Lutz et al., 2004). Da notare, uno studio ha suggerito che durante la meditazione Zen (un’altra forma di OM), la potenza gamma ad alta frequenza (100-245 Hz) nella corteccia cingolata e nella corteccia somatosensoriale correlava positivamente con il grado di mindfulness auto-riferito (Hauswald et al., 2015). Mentre il ruolo funzionale dell’attività gamma non è ancora chiaro, un’ipotesi è che essa induce la neuroplasticità attraverso la ripetizione, come continua ad essere visto in meditatori più esperti attraverso diverse pratiche (Braboszcz et al., 2017). Questi studi suggeriscono che le pratiche di meditazione mindfulness aumentano le oscillazioni gamma in regioni cerebrali multiple, ma specifiche a seconda del tipo specifico di meditazione.

In contrasto con la coerenza theta e alfa, ci sono prove di un aumento della coerenza delle oscillazioni gamma nelle regioni parieto-occipitali durante Vipassana e nelle regioni fronto-parietali nei praticanti buddisti (Lutz et al., 2004; Cahn et al., 2013). Ci sono alcune prove per le differenze di oscillazione gamma tra le tradizioni di meditazione, in quanto è stato riportato un aumento del rapporto gamma/alfa nei praticanti FA rispetto ai praticanti OM (Braboszcz et al., 2017).

Conclusione

La meditazione risulta in cambiamenti significativi nell’attività corticale e sottocorticale. Come ci si potrebbe aspettare, diverse forme di meditazione provocano l’attivazione di diverse regioni del cervello. Lavori precedenti hanno dimostrato che le oscillazioni elettrografiche sono importanti nella cognizione. Qui, abbiamo esaminato gli effetti della meditazione FA, OM, TM, e LK sull’attività oscillatoria neurale.

La ricerca attuale suggerisce che la meditazione ha molti effetti benefici sull’umore, la coscienza e la consapevolezza. La meditazione provoca cambiamenti strutturali e funzionali del cervello. Durante la meditazione attiva, ci sono distinti cambiamenti nell’attività elettrografica, sia a livello regionale che globale. Sembra anche che ci siano differenze distinte nei profili EEG a seconda dell’esperienza. Uno studio sui praticanti di Satyananda Yoga ha dimostrato che i praticanti intermedi (esperienza media di 4 anni) avevano aumentato le oscillazioni a bassa frequenza (theta e alfa) nel lobo frontale superiore destro, inferiore destro e temporale anteriore destro, mentre i praticanti avanzati (esperienza media di 30 anni) avevano aumentato le oscillazioni ad alta frequenza (beta e gamma) nelle stesse regioni (Thomas et al., 2014). I praticanti avanzati sembrano anche avere cambiamenti elettrografici più consistenti e il concetto di un tratto meditativo con correlati neurali oscillatori sta diventando più chiaro. Mentre ci sono state correlazioni tra l’attività elettrica e il comportamento, ulteriori ricerche devono essere effettuate per convalidare queste correlazioni.

Implicazioni cliniche e direzioni future

Determinare la base neurale della meditazione può potenzialmente essere utilizzato per migliorare l’addestramento alla meditazione e comprendere meglio i circuiti neuronali. Più specificamente, il neurofeedback oscillatorio potrebbe essere usato per correlare una misura oggettiva dell’attività cerebrale con l’esperienza soggettiva, e quindi essere usato come strumento per l’addestramento alla meditazione (van Lutterveld et al., 2017).

Comprendere l’interazione tra la meditazione e i correlati funzionali e anatomici non solo aiuta a informare come la meditazione porta benefici alla cognizione, ma potrebbe potenzialmente essere usato per determinare obiettivi per la neuromodulazione terapeutica. Poiché molti processi patologici risultano in schemi oscillatori alterati, l’identificazione di specifiche aberrazioni oscillatorie in uno stato di malattia, e viceversa forme di meditazione che invertono questi tratti, potrebbe portare a trattamenti basati sull’elettrofisiologia. Per esempio, le bande di frequenza alfa e delta sono integrali nel sonno. Chiarire meglio le perturbazioni nelle oscillazioni neurali potrebbe essere usato per trattare i disturbi del sonno attraverso la meditazione. Inoltre, ci sono oscillazioni neurali alterate nei disturbi neuropsichiatrici come la depressione, la dipendenza, il disturbo da deficit di attenzione e iperattività e il disturbo bipolare. In futuro, i trattamenti basati sulla meditazione potrebbero potenzialmente essere ampliati per questi disturbi neuropsichiatrici. Tuttavia, poiché ci sono molti tipi di tradizioni di meditazione, è necessario eseguire studi più rigorosi per chiarire le sfumature di imaging e i cambiamenti elettrofisiologici che si verificano con ogni tipo di meditazione.

Contributi degli autori

DL, EK, PG, AG e FG: hanno partecipato alla concettualizzazione delle idee, alla preparazione e alla redazione del manoscritto.

Dichiarazione di conflitto di interessi

Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di relazioni commerciali o finanziarie che potrebbero essere interpretate come un potenziale conflitto di interessi.