Frontiers in Neuroscience

Introduction

Meditatiepraktijken hebben bewezen voordelen in affectieve en cognitieve processen (Tang et al., 2015). Er bestaat echter een grote verscheidenheid aan meditatiepraktijken, die bestaan uit een reeks praktijken die worden gebruikt om positieve kwaliteiten in de geest te cultiveren en het inzicht in hoe het geest-lichaam functioneert te vergroten. Bovendien heeft de definitie van meditatie veel verschillende betekenissen in verschillende contexten. Terwijl christelijke, joodse en islamitische vormen van meditatie over het algemeen devotioneel of bijbels van aard zijn, zijn andere vormen van meditatie gericht op interne zelfregulering van de geest. Er is geopperd dat cognitieve en affectieve effecten kunnen verschillen naargelang het type meditatie dat wordt uitgevoerd (Lutz et al., 2008a,b). Dit overzicht richt zich op vier veel voorkomende meditatiepraktijken, waaronder gefocuste aandacht (FA), open-monitoring (OM), transcendente meditatie (TM), en liefdevolle vriendelijkheid (LK).

Twee veel bestudeerde soorten aandachttrainingpraktijken zijn FA en OM. Gerichte aandacht (FA) omvat Himalaya Yoga, Mantra, en Metta; terwijl OM Zen, Isha Yoga, Shoonya Yoga, en Vipassana omvat. Van FA en OM is aangetoond dat ze de aandachtscontrole, emotieregulatie, zelfbewustzijn en cognitieve controle van conflicten verbeteren (Lippelt et al., 2014; Tang et al., 2015). FA is de beoefening van het handhaven van een aanhoudende selectieve aandacht op een gekozen concept of object, zoals ademhaling, fysieke sensatie, of een visueel beeld. Het gekozen object dient als een anker voor de aandacht, en als gevolg daarvan wordt gedacht dat FA mentale scherpte en focus cultiveert. OM, aan de andere kant, houdt in dat men zich concentreert op het bewustzijn zelf. In plaats van de selectieve aandacht op een gekozen object te houden en opdringerige gedachten of afleidingen te vermijden, houdt OM in dat men interne en externe signalen accepteert met als doel niet-oordelend gewaar te zijn. Het doel van OM is aandachtig te blijven voor elke ervaring die zich voordoet, zonder zich te richten op een bepaald object. OM en FA sluiten elkaar niet uit, en terwijl OM-oefeningen sommige aspecten van FA met zich mee kunnen brengen, is het omgekeerde niet noodzakelijk waar. Bijvoorbeeld, OM-oefeningen beginnen vaak met het focussen op een specifiek object, vergelijkbaar met FA-oefeningen. In plaats van die aandacht als het voornaamste doel te behouden, zoals het geval is in FA, wordt de geest in OM getraind om geleidelijk de aandacht van dat object te verleggen en zich bewust te worden van het optreden van gedachten, gewaarwordingen en beelden terwijl ze opkomen en weer verdwijnen, en uiteindelijk het proces van gewaarzijn zelf te gaan volgen. Daarom induceert OM een bredere aandachtsfocus dan FA (Lippelt et al., 2014), en OM-beoefenaars hebben over het algemeen een breder aandachtsbereik en presteren beter op volgehouden aandachtstaken (Ainsworth et al., 2013; Lippelt et al., 2014).

Transcendente meditatie (TM) is een mantrameditatie gericht op het vermijden van afleidende gedachten. Het doel is om met behulp van een klank of mantra bewust te zijn van het heden zonder een object van gedachten. In deze beoefening is er geen contemplatie, FA, of monitoring van de huidige ervaring (Travis en Pearson, 2000). In tegenstelling hiermee is LK meditatie gericht op het ontwikkelen van liefde en mededogen voor zichzelf en voor alle andere wezens. De mediteerder zal zich uiteindelijk richten op mededogen jegens hen die men niet kent en het uitbreiden naar hen die men verafschuwt. Negatieve associaties worden vervangen door positieve sociale of empathische denkpatronen (Vago en Silbersweig, 2012; Lippelt et al., 2014). Als zodanig is LK-meditatie in verband gebracht met verbeterde cognitieve controle en conflictbewaking (Hunsinger et al., 2013).

Hoewel de voordelen van FA-, OM-, TM- en LK-meditatie elders zijn beschreven, bevindt de neurobiologische onderbouwing van deze voordelen zich nog in de ontluikende fase. Er zijn aanwijzingen dat deze vormen van meditatie resulteren in zowel lange- als korte-termijn veranderingen in de hersenen. Anatomische veranderingen op lange termijn zijn traditioneel geanalyseerd met structurele magnetische resonantie (MR) beeldvorming, die een uitstekende ruimtelijke resolutie biedt. Er zijn aanwijzingen dat meditatie kan leiden tot structurele veranderingen in de hersenen, waaronder een toename van de corticale dikte van regio’s zoals de prefrontale cortex (PFC) en de insula (Lazar et al., 2005; Santarnecchi et al., 2014; Engen et al., 2017). Daarnaast kan functionele MR-beeldvorming veranderingen in corticale en subcorticale activatie detecteren, evenals functionele connectiviteit; de temporele resolutie voor dergelijke veranderingen zijn echter beperkt. Elektro-encefalografie (EEG), magnetoencefalografie (MEG) en source-space EEG zijn daarentegen beeldvormingsmodaliteiten met een uitstekende temporele resolutie die korte-termijn oscillerende veranderingen tijdens meditatie kunnen vastleggen, terwijl de ruimtelijke resolutie wordt opgeofferd. Inzicht in de oscillaties geassocieerd met verschillende vormen van meditatie zal helpen bij het aanscherpen van deze meditatieve praktijken, en mogelijk kunstmatige manipulatie mogelijk maken bij de behandeling van ziekten.

In dit overzicht analyseren we systematisch de overeenkomsten en verschillen in neurale oscillaties tussen vier veel bestudeerde meditatiepraktijken, waaronder FA, OM, TM, en LK meditatie.

Neuronale Activatie Tijdens Meditatie

Functionele MRI (fMRI) studies hebben aangetoond dat verschillende soorten meditatie de activiteit verhogen in verschillende regio’s van de hersenen, waaronder de PFC, insula, en anterior cingulate cortex (ACC). Interessant is dat verschillende vormen van meditatie verschillende gebieden van de hersenen kunnen activeren. FA resulteert in verhoogde hersenactiviteit en connectiviteit in de ACC ten opzichte van OM (Lazar et al., 2000; Botvinick et al., 2004; Manna et al., 2010). FA is ook geassocieerd met verhoogde rechter dorsolaterale PFC activiteit en connectiviteit met de rechter insula, wat niet is waargenomen bij OM (D’Esposito, 2007). Daarnaast laten zowel FA als OM een verhoogd fMRI-signaal zien in de posterieure insula tijdens interoceptieve aandachtstaken in vergelijking met exteroceptieve taken (Farb et al., 2013). Zoals verwacht kan worden, zijn deze vormen van meditatie ook geassocieerd met verhoogde connectiviteit in hersennetwerken zoals het dorsale aandachtsnetwerk (Froeliger et al., 2012).

In tegenstelling hiermee wordt gedacht dat de meeste meditatiepraktijken, waaronder FA, OM, en LK, het default mode netwerk (DMN) deactiveren. Dit DMN is actief tijdens passieve wakkere rust of onwillekeurige activiteiten en omvat de ventrale mediale PFC, mediale temporale kwab, precuneus, en posterieure cingulate gyrus (Brewer et al., 2011; Garrison et al., 2015; Simon en Engstrom, 2015). Van belang is dat TM resulteert in een voortdurende verhoging van DMN-activiteit (Travis en Parim, 2017).

Hoewel het duidelijk is dat meditatiepraktijken specifieke hersenregio’s en functionele connectiviteit kunnen activeren die geassocieerd zijn met executieve functie en stemming, zoals gemeten via fMRI, beïnvloeden deze praktijken ook de neurale oscillatiepatronen in deze regio’s. In het bijzonder kunnen neurale oscillaties worden geëvalueerd in een lokale regio of tussen verschillende regio’s van de hersenen. De sterkte van een bepaalde oscillatiefrequentie in een bepaalde regio kan worden geanalyseerd met behulp van een vermogensanalyse. Coherentie is de mate van koppeling van een bepaalde frequentie tussen twee verschillende hersengebieden en kan worden gebruikt als een indicator van functionele connectiviteit. EEG en MEG kunnen beide worden gebruikt om vermogen en coherentie binnen een bepaalde frequentieband te onderzoeken. Inzicht in hoe meditatie deze neurale oscillaties moduleert kan helpen de relatie tussen hersenoscillaties en cognitieve processen te verduidelijken.

Delta frequentie

Delta oscillaties ontstaan vanuit de thalamus of cortex en variëren tussen 0,5 en 3 Hz. In de context van meditatie en neurale oscillaties, is de rol van delta frequentie niet goed beschreven. Er is beperkt bewijs dat suggereert dat de delta frequentie verlaagd wordt tijdens OM, zoals de Vipassana traditie. In één lange termijn Vipassana studie was bilateraal frontaal delta vermogen (1-4 Hz), maar niet midline delta vermogen, verminderd bij degenen die rapporteerden niet slaperig te zijn tijdens meditatie (Cahn et al., 2010). De verhoogde langzame delta activiteit tijdens diepe slaap en verhoogde delta activiteit tijdens meditatie suggereert dat de veranderingen in delta tijdens meditatie een verhoogde staat van waakzaamheid bevorderen. Op vergelijkbare wijze is LK meditatie geassocieerd met verhoogde delta activiteit (Basar et al., 2008). Interessant is dat in een aparte studie meditatie een vermindering van delta activiteit liet zien; echter, wanneer een afleidend item werd gepresenteerd en de mediteerder werd aangemoedigd om zich te concentreren op het afleidende item, nam de frontale delta kracht toe (Cahn et al., 2013). Dit suggereert een potentiële rol van het delta ritme in aandachtsbetrokkenheid.

Theta Frequentie

Het menselijke theta ritme is een oscillatoir patroon gevonden in corticale en subcorticale structuren, gekenmerkt door oscillaties in het 3,5-7 Hz bereik. Bij mensen zijn verhoogde corticale theta oscillaties beschreven tijdens een verscheidenheid aan leertaken, waaronder herkenning (Raghavachari et al., 2001; Hsieh et al., 2011), recall (Sederberg et al., 2003), en virtuele ruimtelijke navigatietaken (Kahana et al., 1999; de Araujo et al., 2002; Caplan et al., 2003; Watrous et al., 2011). Naast lokale oscillatoire activiteit, worden theta ritmes gesynchroniseerd over meerdere hersengebieden tijdens complexe cognitieve taken (Mizuhara et al., 2004; Ekstrom et al., 2005). Verhoogde corticale theta activiteit is ook aangetoond tijdens werkgeheugentaken (Raghavachari et al., 2001, 2006). Hoofdhuid EEG studies hebben aangetoond dat een verhoogde theta activiteit voorafgaand aan een geheugentaak gecorreleerd is met het succesvol ophalen van episodisch geheugen, terwijl een verlaagde theta activiteit geassocieerd is met een slecht episodisch geheugen (Addante et al., 2011). Hoewel meditatie bekend staat om het verbeteren van aandacht, leren en geheugen (Chan et al., 2017; Taren et al., 2017), zijn er geen causale studies geweest naar de rol van meditatie EEG veranderingen en geheugen. EEG neurofeedback studies suggereren verbeteringen in cognitie, waaronder aandacht, procedureel geheugen, en herkenningsgeheugen (Gruzelier, 2014). Het integreren van neurofeedback in meditatie kan helpen om de relatie tussen geheugen en meditatie beter te definiëren.

Toename van theta-activiteit is gezien bij een verscheidenheid aan meditatiepraktijken, waaronder FA, OM, TM, en LK (Baijal en Srinivasan, 2010; Cahn et al., 2010; Pasquini et al., 2015). Interessant is dat de toename in theta-vermogen positief gecorreleerd was met de hoeveelheid training en ervaring in elke meditatiepraktijk, wat de verbeteringen in geheugen en aandacht kan helpen verklaren. Theta oscillaties tijdens waakzaamheid komen voor in frontale midline regio’s, zoals de PFC (Asada et al., 1999) en ACC (Onton et al., 2005) (figuur 1). Deze frontale midline theta (Fm theta) activiteit is in verband gebracht met concentratieve aandacht (Basar et al., 2001; Mitchell et al., 2008) evenals activering van het autonome systeem (Kubota et al., 2001; Takahashi et al., 2005). In het bijzonder is er bewijs voor toenames in Fm theta in zowel FA als OM (Takahashi et al., 2005; Dentico et al., 2016; Braboszcz et al., 2017). Fm theta wordt geacht geassocieerd te zijn met geïnternaliseerde aandacht. Als zodanig is er verhoogde Fm theta tijdens OM beoefening (Lippelt et al., 2014). Fm theta activiteit bij Zen mediterenden was gecorreleerd met verhoogde parasympatische activiteit en gecorreleerd met verminderde sympathische activatie, wat het idee ondersteunt van de ACC als bron van Fm theta gezien zijn rol in cognitieve functie en autonome controle.

Naast de amplitude van de theta frequentie, zijn er ook veranderingen in de theta coherentie (dat wil zeggen, synchronie van neurale vuren patronen) tijdens OM meditatie. Terwijl frontale en pariëtale thetacoherentie geassocieerd is met uitvoerende functietaken zoals werkgeheugen (Sauseng et al., 2005), zijn vergelijkbare bevindingen aangetoond tijdens OM (Cahn et al., 2013). Er is ook bewijs voor verhoogde theta coherentie tussen de centrale, temporale en occipitale gebieden tijdens TM (Tomljenovic et al., 2016). Dit is echter niet onderzocht bij FA-meditatie.

Alfa-frequentie

De alfa-frequentieband varieert tussen 8 en 13 Hz, bevindt zich overwegend in de occipitale cortex, en wordt het meest gezien in verschillende stadia van slaap. Zowel FA als OM meditatie zijn in verband gebracht met een toename van prefrontale en linker pariëtale alfa activiteit tijdens NREM slaap cycli. Deze toename correleerde positief met de hoeveelheid meditatietraining (Dentico et al., 2016). Er is ook bewijs voor verhoogde frontale, pariëtale en occipitale alfakracht en synchronie tijdens meditatie (Travis, 2001; Cahn et al., 2013). Terwijl zowel OM als FA een verhoogde frontale alfa-amplitude en -synchronie hebben aangetoond (Travis, 2001), toonde een recente studie bij wakkere patiënten aan dat de OM-traditie (Vipassana) resulteerde in een toename van alfa-vermogen in vergelijking met meditatie-naïeve controles en FA (Himalaya Yoga) beoefenaars tijdens actieve meditatie en mind-dwaling (Braboszcz et al., 2017). Er zijn ook aanwijzingen dat ervaren mediteerders een verhoogd prefrontaal en pariëtaal alfa-vermogen hebben tijdens de slaap (Dentico et al., 2016). Er lijkt geen consensus te zijn over de aanwezigheid van pariëto-occipitale alfa bij meditatiebeoefenaars, waarbij sommige studies een verhoogd posterieur alfa-vermogen suggereren, terwijl andere studies suggereren dat FA- en OM-meditatie het alfa doen afnemen (Dentico et al, 2016; Braboszcz et al., 2017).

Er is bewijs voor verhoogde alfa-coherentie in de frontale en pariëtale regio’s in de FA- en OM-tradities, evenals TM (Travis, 2001; Cahn et al., 2013; Travis en Parim, 2017). Daarnaast is, in tegenstelling tot FA en OM, de overheersende oscillatie tijdens TM het frontale alfa-ritme in tegenstelling tot het theta-ritme. Transcendente Meditatiebeoefening is geassocieerd met verhoogde alfa-vermogen onder de posterieure cingulate gyrus, precuneus, en de mediale en inferieure temporale cortex (Travis en Parim, 2017; van Lutterveld et al, 2017).

Bèta Frequentie

Menselijke bèta oscillaties (13-30 Hz) worden typisch geassocieerd met sensorimotorische verwerking (Symons et al., 2016); meer recent zijn ze echter in verband gebracht met aandacht, emotie en cognitieve controle (Guntekin et al., 2013; Symons et al., 2016). Er is tegenstrijdig bewijs over de effecten van meditatie op bèta oscillaties. Terwijl er enig bewijs is dat suggereert dat er geen verandering is in bèta-activiteit tijdens OM (Pasquini et al., 2015), suggereren andere studies een afname van bèta-activiteit in de angulaire gyrus en de achterste cingulate en pariëtale cortex (Dor-Ziderman et al., 2013; Faber et al., 2015). Er zijn ook meldingen van verminderde occipitale bèta oscillaties tijdens TM (Tomljenovic et al., 2016). Omgekeerd zijn er aanwijzingen dat er verhoogde bèta-activiteit is in de insula, inferieure frontale gyrus en anterieure temporale kwab tijdens mindfulness meditatie (Thomas et al., 2014; Schoenberg et al., 2017).

Gamma Frequentie

Gamma oscillaties bij volwassen mensen variëren tussen 30 en 100 Hz, en worden verondersteld betrokken te zijn bij een aantal zintuiglijke en cognitieve reacties (Pritchett et al., 2015; Kambara et al., 2017). In verschillende vormen van FA- en OM-tradities hebben beoefenaars snelle gamma-activiteit vertoond met piekfrequenties rond 40 Hz in bilaterale hemisferen die alleen worden gezien bij zeer gevorderde mediteerders (Fell et al., 2010). Er zijn aanwijzingen voor verhoogde gamma-activiteit bij gevorderde beoefenaars van verschillende meditatiepraktijken, waaronder FA, OM, LK, en TM tradities. Meer specifiek, in zowel FA (Himalaya Yoga) als OM praktijken (Vipassana, Isha en Shoonya Yoga), is er een toename van parieto-occipitale gamma (60-110 Hz) in vergelijking met controles (Braboszcz et al., 2017). De posterieure toename van gamma-activiteit kan verband houden met de vaak beschreven verbeterde perceptuele helderheid gerapporteerd in OM meditatieve processen (Cahn et al., 2010). Bij deskundige Tibetaanse boeddhistische mediteerders was er tijdens compassie meditatie een hogere fronto-pariëtale gamma kracht (Lutz et al., 2004). Van belang is dat één studie suggereerde dat tijdens Zen meditatie (een andere vorm van OM), hoogfrequente gamma power (100-245 Hz) in de cingulate cortex en somatosensorische cortex positief correleerde met de mate van zelfgerapporteerde mindfulness (Hauswald et al., 2015). Hoewel de functionele rol van gamma-activiteit nog niet duidelijk is, is een hypothese dat het neuroplasticiteit induceert via herhaling, zoals het blijft worden gezien bij meer ervaren mediteerders over verschillende praktijken heen (Braboszcz et al., 2017). Deze studies suggereren dat mindfulness meditatiepraktijken gamma-oscillaties verhogen in meerdere, maar specifieke hersenregio’s, afhankelijk van het specifieke type meditatie.

In tegenstelling tot theta- en alfa-coherentie, is er bewijs voor verhoogde gamma-oscillatiecoherentie in de parieto-occipitale regio’s tijdens Vipassana en in de fronto-pariëtale regio’s bij boeddhistische beoefenaars (Lutz et al., 2004; Cahn et al., 2013). Er is enig bewijs voor gamma oscillatie verschillen tussen de meditatie tradities, aangezien er een gerapporteerde toename is in de gamma/alfa ratio bij FA beoefenaars ten opzichte van OM beoefenaars (Braboszcz et al., 2017).

Conclusie

Meditatie resulteert in significante veranderingen in corticale en subcorticale activiteit. Zoals verwacht zou kunnen worden, lokken verschillende vormen van meditatie activatie van verschillende hersengebieden uit. Eerder werk heeft aangetoond dat electrografische oscillaties belangrijk zijn in cognitie. Hier hebben we de effecten van FA, OM, TM, en LK meditatie op neurale oscillatoire activiteit bekeken.

Huidig onderzoek suggereert dat meditatie veel gunstige effecten heeft op stemming, bewustzijn, en bewustwording. Meditatie resulteert in structurele en functionele veranderingen in de hersenen. Tijdens actieve meditatie zijn er duidelijke veranderingen in de electrografische activiteit, zowel regionaal als globaal. Er blijken ook duidelijke verschillen te zijn in EEG profielen, afhankelijk van de ervaring. Een studie bij Satyananda Yoga beoefenaars toonde aan dat intermediate (gemiddelde ervaring 4 jaar) beoefenaars verhoogde laagfrequente oscillaties (theta en alpha) hadden in de rechter superieure frontale, rechter inferieure frontale, en rechter anterieure temporale kwabben, terwijl, advanced (gemiddelde ervaring 30 jaar) beoefenaars verhoogde hoogfrequente oscillaties (beta en gamma) hadden in dezelfde regio’s (Thomas et al., 2014). Gevorderde beoefenaars lijken ook meer consistente elektrografische veranderingen te hebben en het concept van een meditatieve eigenschap met neurale oscillatoire correlaten wordt duidelijker. Hoewel er correlaties zijn geweest tussen elektrische activiteit en gedrag, moet verder onderzoek worden uitgevoerd om deze correlaties te valideren.

Clinical Implications and Future Directions

Het bepalen van de neurale basis van meditatie kan mogelijk worden gebruikt om meditatietraining te verbeteren en neuronale circuits beter te begrijpen. Meer specifiek zou oscillatoire neurofeedback gebruikt kunnen worden om een objectieve maat van hersenactiviteit te correleren met subjectieve ervaring, en zo gebruikt kunnen worden als hulpmiddel voor meditatietraining (van Lutterveld et al., 2017).

Inzicht in de wisselwerking tussen meditatie en de functionele en anatomische correlaten helpt niet alleen om te informeren hoe meditatie de cognitie ten goede komt, maar het zou mogelijk ook gebruikt kunnen worden om doelen voor therapeutische neuromodulatie te bepalen. Aangezien vele ziekteprocessen resulteren in veranderde oscillatoire patronen, zou het identificeren van specifieke oscillatoire afwijkingen in een ziektetoestand, en omgekeerd meditatievormen die deze kenmerken omkeren, kunnen leiden tot elektrofysiologisch-gebaseerde behandelingen. Bijvoorbeeld, de alfa en delta frequentiebanden zijn een integraal onderdeel van de slaap. Een betere opheldering van de verstoringen in neurale oscillaties zou mogelijk kunnen worden gebruikt om slaapstoornissen te behandelen door middel van meditatie. Bovendien zijn er veranderde neurale oscillaties bij neuropsychiatrische aandoeningen zoals depressie, verslaving, aandachtstekortstoornis met hyperactiviteit, en bipolaire stoornis. In de toekomst zouden op meditatie gebaseerde behandelingen mogelijk uitgebreid kunnen worden voor deze neuropsychiatrische stoornissen. Echter, omdat er vele soorten meditatie tradities zijn, moeten meer rigoureuze studies worden uitgevoerd om de genuanceerde beeldvorming en elektrofysiologische veranderingen die optreden bij elk type meditatie op te helderen.

Bijdragen van auteurs

DL, EK, PG, AG, en FG: namen deel aan de ideevorming, voorbereiding, en redactie van het manuscript.

Conflict of Interest Statement

De auteurs verklaren dat het onderzoek werd uitgevoerd in afwezigheid van enige commerciële of financiële relaties die zouden kunnen worden opgevat als een potentieel belangenconflict.