Frontiers in Neuroscience

Introduktion

Meditationsövningar har väletablerade fördelar i affektiva och kognitiva processer (Tang et al., 2015). Det finns dock ett stort antal olika meditationsövningar, som omfattar en uppsättning övningar som används för att odla positiva egenskaper i sinnet och för att öka insikten om hur sinnet-kroppen fungerar. Dessutom har definitionen av meditation många olika betydelser i varierande sammanhang. Medan kristna, judiska och islamiska former av meditation i allmänhet är andaktsfulla eller skriftspråkliga, syftar andra former av meditation till att internt självreglera sinnet. Det har föreslagits att kognitiva och affektiva effekter kan skilja sig åt beroende på vilken typ av meditation som utförs (Lutz et al., 2008a,b). Den här granskningen fokuserar på fyra vanliga meditationsmetoder, inklusive fokuserad uppmärksamhet (FA), öppen övervakning (OM), transcendental meditation (TM) och kärleksfullhet (LK).

Två vanligt studerade typer av metoder för uppmärksamhetsträning är FA och OM. Fokuserad uppmärksamhet (FA) omfattar Himalaya-yoga, Mantra och Metta, medan OM omfattar Zen, Isha Yoga, Shoonya Yoga och Vipassana. FA och OM har visat sig förbättra uppmärksamhetskontrollen, känsloregleringen, självmedvetenheten och förbättra den kognitiva kontrollen av konflikter (Lippelt et al., 2014; Tang et al., 2015). FA är en övning där man upprätthåller en ihållande selektiv uppmärksamhet på ett valt begrepp eller objekt, t.ex. andning, fysisk känsla eller en visuell bild. Det valda objektet fungerar som ett ankare för uppmärksamheten, och som ett resultat av detta anses FA kultivera mental skärpa och fokus. OM, å andra sidan, innebär att man fokuserar på själva medvetandet. I stället för att upprätthålla selektiv uppmärksamhet på ett utvalt objekt och undvika påträngande tankar eller distraktioner, innebär OM att man accepterar inre och yttre signaler med målet att vara medveten utan att döma. Målet med OM är att förbli uppmärksam på alla upplevelser som kan uppstå utan att fokusera på ett visst objekt. Det är viktigt att notera att OM och FA inte utesluter varandra, och även om OM-metoderna kan innehålla vissa aspekter av FA är det motsatta inte nödvändigtvis sant. Till exempel börjar OM-övningar ofta med att fokusera på ett specifikt objekt, i likhet med FA-övningar. I stället för att behålla detta fokus som det primära målet, vilket är fallet i FA, tränas sinnet i OM att gradvis skifta fokus från det objektet och bli medveten om förekomsten av tankar, förnimmelser och bilder när de uppstår och upplöses, och så småningom börja övervaka själva medvetandeprocessen. Därför inducerar OM ett bredare uppmärksamhetsfokus än FA (Lippelt et al., 2014), och OM-utövare tenderar att ha ett generellt bredare uppmärksamhetsfokus och presterar bättre på uppgifter med bibehållen uppmärksamhet (Ainsworth et al., 2013; Lippelt et al., 2014).

Transcendentala meditationen (TM) är en mantrameditation som syftar till att undvika distraherande tankar. Målet är att använda ett ljud eller mantra för att vara medveten om nuet utan ett tankeobjekt. I denna praktik förekommer ingen kontemplation, FA eller övervakning av den aktuella upplevelsen (Travis och Pearson, 2000). LK-meditation syftar däremot till att utveckla kärlek och medkänsla för sig själv och för alla andra varelser. Meditatören kommer så småningom att fokusera på medkänsla mot dem man inte känner och utvidga den mot dem man inte tycker om. Negativa associationer ersätts med positiva sociala eller empatiska tankesätt (Vago och Silbersweig, 2012; Lippelt et al., 2014). Som sådan har LK-meditation förknippats med förbättrad kognitiv kontroll och konfliktövervakning (Hunsinger et al., 2013).

Men även om fördelarna med FA-, OM-, TM- och LK-meditation har beskrivits på andra ställen, är de neurobiologiska underliggande faktorerna till dessa fördelar fortfarande i sin begynnande fas. Det finns bevis för att dessa former av meditation resulterar i både långsiktiga och kortsiktiga förändringar i hjärnan. Långsiktiga anatomiska förändringar har traditionellt analyserats med strukturell magnetresonans (MR), som ger utmärkt rumslig upplösning. Det finns bevis för att meditation kan resultera i strukturella förändringar i hjärnan, inklusive ökad kortikaltjocklek i regioner som prefrontal cortex (PFC) och insula (Lazar et al., 2005; Santarnecchi et al., 2014; Engen et al., 2017). Dessutom kan funktionell MR-avbildning upptäcka förändringar i kortikal och subkortikal aktivering samt funktionell konnektivitet; den tidsmässiga upplösningen för sådana förändringar är dock begränsad. Däremot är elektroencefalografi (EEG), magnetoencefalografi (MEG) och källplats-EEG avbildningsmodaliteter med utmärkt temporal upplösning som kan fånga kortsiktiga oscillatoriska förändringar under meditation samtidigt som den rumsliga upplösningen offras. Att förstå de oscillationer som är förknippade med olika former av meditation kommer att hjälpa till att finslipa dessa meditativa praktiker och potentiellt möjliggöra artificiell manipulation vid behandling av sjukdomar.

I den här översikten analyserar vi systematiskt likheterna och skillnaderna i neurala oscillationer mellan fyra allmänt studerade meditationsmetoder, inklusive FA-, OM-, TM- och LK-meditation.

Neuronal aktivering under meditation

Funktionella MRT-studier (fMRI) har visat att olika typer av meditation ökar aktiviteten i olika regioner i hjärnan, inklusive PFC, insula och anterior cingulate cortex (ACC). Intressant nog kan olika former av meditation aktivera olika regioner i hjärnan. FA resulterar i ökad hjärnaktivitet och konnektivitet i ACC i förhållande till OM (Lazar et al., 2000; Botvinick et al., 2004; Manna et al., 2010). FA är också förknippat med ökad aktivitet i höger dorsolaterala PFC och konnektivitet till höger insula, vilket inte har setts i OM (D’Esposito, 2007). Dessutom uppvisar både FA och OM ökad fMRI-signal i den bakre insulan under interoceptiva uppmärksamhetsuppgifter jämfört med exteroceptionsuppgifter (Farb et al., 2013). Som man kan förvänta sig är dessa former av meditation också förknippade med ökad konnektivitet i hjärnnätverk som det dorsala uppmärksamhetsnätverket (Froeliger et al., 2012).

Däremot anses de flesta meditationsmetoder, inklusive FA, OM och LK, inaktivera standardlägesnätverket (DMN). Detta DMN är aktivt under passiv vaken vila eller ofrivilliga aktiviteter och omfattar ventrala mediala PFC, mediala temporalloben, precuneus och posterior cingulate gyrus (Brewer et al., 2011; Garrison et al., 2015; Simon och Engstrom, 2015). Noterbart är att TM resulterar i en fortsatt förhöjning av DMN-aktiviteten (Travis och Parim, 2017).

Samtidigt som det är tydligt att meditationsövningar kan aktivera specifika hjärnregioner och funktionell konnektivitet som är associerade med exekutiv funktion och humör, vilket mäts genom fMRI, påverkar dessa övningar också de neurala oscillationsmönstren i dessa regioner. I synnerhet kan neurala oscillationer utvärderas i en lokal region eller mellan olika regioner i hjärnan. Styrkan hos en viss oscillerande frekvens i en viss region kan analyseras med hjälp av en effektanalys. Koherens är graden av koppling av en viss frekvens mellan två olika hjärnregioner och kan användas som en indikator på funktionell konnektivitet. EEG och MEG kan båda användas för att undersöka effekt och koherens inom ett visst frekvensband. Att förstå hur meditation modulerar dessa neurala oscillationer kan bidra till att belysa förhållandet mellan hjärnans oscillationer och kognitiva processer.

Deltafrekvens

Deltaoscillationer uppstår från thalamus eller cortex och varierar mellan 0,5 och 3 Hz. I samband med meditation och neurala oscillationer är deltafrekvensens roll inte väl beskriven. Det finns begränsade bevis som tyder på att deltafrekvensen reduceras under OM, t.ex. inom Vipassana-traditionen. I en långtidsstudie av Vipassana minskade den bilaterala frontala deltaeffekten (1-4 Hz), men inte deltaeffekten i mittlinjen, hos dem som rapporterade att de inte var sömniga under meditationen (Cahn et al., 2010). Noterbart är att ökad långsam deltaaktivitet under djupsömn och ökad deltaaktivitet under meditation tyder på att förändringarna i delta under meditation främjar ett förbättrat tillstånd av vakenhet. På samma sätt har LK-meditation förknippats med ökad deltaaktivitet (Basar et al., 2008). Intressant nog visade meditation i en separat studie på en minskning av deltaaktiviteten, men när ett distraktionsobjekt presenterades och meditatören uppmuntrades att fokusera på distraktionsobjektet ökade den frontala deltaaktiviteten (Cahn et al., 2013). Detta tyder på en potentiell roll för deltarytmen i uppmärksamhetsengagemang.

Tetafrekvens

Den mänskliga thetarytmen är ett oscillatoriskt mönster som finns i kortikala och subkortikala strukturer och kännetecknas av oscillationer i intervallet 3,5-7 Hz. Hos människor har ökade kortikala theta-svängningar beskrivits under olika inlärningsuppgifter, inklusive igenkänning (Raghavachari et al., 2001; Hsieh et al., 2011), återkallande (Sederberg et al., 2003) och uppgifter för virtuell rumslig navigering (Kahana et al., 1999; de Araujo et al., 2002; Caplan et al., 2003; Watrous et al., 2011). Förutom lokal oscillatorisk aktivitet synkroniseras thetarytmer över flera hjärnregioner under komplexa kognitiva uppgifter (Mizuhara et al., 2004; Ekstrom et al., 2005). Ökad kortikal thetaaktivitet har också påvisats under arbetsminnesuppgifter (Raghavachari et al., 2001, 2006). EEG-studier på skalp har visat att ökad thetaaktivitet före en minnesuppgift är korrelerad med framgångsrik återvinning av episodiskt minne, medan minskad thetaaktivitet har förknippats med dåligt episodiskt minne (Addante et al., 2011). Även om det är känt att meditation förbättrar uppmärksamhet, inlärning och minne (Chan et al., 2017; Taren et al., 2017) har det inte gjorts några kausala studier om meditationens roll för EEG-förändringar och minne. Studier av EEG neurofeedback tyder på förbättringar av kognition, inklusive uppmärksamhet, procedurminne och igenkänningsminne (Gruzelier, 2014). Att integrera neurofeedback i meditation kan bidra till att bättre definiera förhållandet mellan minne och meditation.

Ökningar i thetaaktivitet har setts i en mängd olika meditationsmetoder, inklusive FA, OM, TM och LK (Baijal och Srinivasan, 2010; Cahn m.fl., 2010; Pasquini m.fl., 2015). Intressant nog var ökningen av thetakraften positivt korrelerad med mängden träning och erfarenhet i varje meditationsutövning, vilket kan bidra till att förklara förbättringarna av minne och uppmärksamhet. Theta-svängningar under vakenhet förekommer i främre mellanlinjens regioner, såsom PFC (Asada et al., 1999) och ACC (Onton et al., 2005) (figur 1). Denna thetaaktivitet i den främre mittlinjen (Fm theta) har förknippats med koncentrerad uppmärksamhet (Basar et al., 2001; Mitchell et al., 2008) samt aktivering av det autonoma systemet (Kubota et al., 2001; Takahashi et al., 2005). Det finns särskilt belägg för ökningar av Fm theta i både FA och OM (Takahashi et al., 2005; Dentico et al., 2016; Braboszcz et al., 2017). Fm theta tros vara förknippat med internaliserad uppmärksamhet. Som sådan finns det en ökad Fm theta under OM-träning (Lippelt et al., 2014). Fm theta-aktivitet hos Zen-meditatörer var korrelerad med ökad parasympatisk aktivitet och korrelerad med minskad sympatisk aktivering, vilket stödjer idén om ACC som en källa till Fm theta med tanke på dess roll i kognitiv funktion och autonom kontroll.

Förutom amplituden av thetafrekvensen finns det också förändringar i thetakoherensen (dvs. synkronitet av neurala avfyrningsmönster) under OM-meditation. Medan frontal och parietal theta-koherens är förknippad med exekutiva funktionsuppgifter som arbetsminne (Sauseng et al., 2005) har liknande resultat visats under OM (Cahn et al., 2013). Det finns också belägg för ökad theta-koherens mellan de centrala, temporala och occipitala områdena under TM (Tomljenovic et al., 2016). Detta har dock inte undersökts vid FA-meditation.

Alfafrekvens

Alfafrekvensbandet sträcker sig mellan 8 och 13 Hz, finns främst i den occipitala cortexen och ses framför allt i olika sömnstadier. Både FA- och OM-meditation har förknippats med ökningar av prefrontal och vänster parietal alfaaktivitet under NREM-sömncykler. Denna ökning korrelerade positivt med mängden meditationsträning (Dentico et al., 2016). Det finns också bevis för ökad frontal, parietal och occipital alfaeffekt och synkronisering under meditation (Travis, 2001; Cahn et al., 2013). Medan både OM och FA har visat sig visa en ökad frontal alfaamplitud och synkronitet (Travis, 2001), visade en nyligen genomförd studie på vakna patienter att OM-traditionen (Vipassana) resulterade i en ökning av alfakraften jämfört med meditationsnaiva kontroller och FA-utövare (Himalayan Yoga) under aktiv meditation och sinnesvandring (Braboszcz et al., 2017). Det finns också bevis för att erfarna meditatörer har ökad prefrontal och parietal alfakraft under sömn (Dentico et al., 2016). Det verkar inte finnas någon konsensus om förekomsten av parieto-occipitalt alfa hos meditationsutövare, där vissa studier tyder på ökad bakre alfakraft, medan andra studier tyder på att FA- och OM-meditation minskar alfa (Dentico et al, 2016; Braboszcz et al., 2017).

Det finns belägg för ökad alfakoherens i de frontala och parietala regionerna i FA- och OM-traditionerna samt TM (Travis, 2001; Cahn et al., 2013; Travis och Parim, 2017). Dessutom är den dominerande oscillationen under TM, till skillnad från FA och OM, den frontala alfa-rytmen i motsats till theta-rytmen. Praktiken med transcendental meditation har förknippats med ökad alfakraft bland den bakre cingulära gyrus, precuneus och den mediala och nedre temporala cortexen (Travis och Parim, 2017; van Lutterveld et al, 2017).

Betafrekvens

Humana betasvängningar (13-30 Hz) är vanligtvis förknippade med sensomotorisk bearbetning (Symons et al., 2016); på senare tid har de dock kopplats till uppmärksamhet, känslor och kognitiv kontroll (Guntekin et al., 2013; Symons et al., 2016). Det finns motstridiga bevis för effekterna av meditation på betasvängningar. Medan det finns vissa bevis som tyder på att det inte sker någon förändring av betaaktiviteten under OM (Pasquini et al., 2015), tyder andra studier på en minskning av betaaktiviteten i den angulära gyrus och de bakre cingulära och parietala kortiklarna (Dor-Ziderman et al., 2013; Faber et al., 2015). Det finns också rapporter om minskade occipitala betasvängningar under TM (Tomljenovic et al., 2016). Omvänt finns det belägg för att det finns en ökad betaaktivitet i insula, inferior frontal gyrus och främre temporalloben under mindfulnessmeditation (Thomas et al., 2014; Schoenberg et al., 2017).

Gammafrekvens

Gammaoscillationer hos vuxna människor varierar mellan 30 och 100 Hz och tros vara involverade i ett antal sensoriska och kognitiva reaktioner (Pritchett et al., 2015; Kambara et al., 2017). I olika former av FA- och OM-traditioner har utövare uppvisat snabb gammaaktivitet med toppfrekvenser runt 40 Hz i bilaterala hemisfärer som endast ses hos mycket avancerade meditatörer (Fell et al., 2010). Det finns bevis för ökad gammaaktivitet hos avancerade utövare av olika meditationsmetoder, inklusive FA-, OM-, LK- och TM-traditioner. Mer specifikt finns det en ökning av parieto-occipital gammaaktivitet (60-110 Hz) i både FA- (Himalaya-yoga) och OM-praktiker (Vipassana, Isha och Shoonya Yoga) jämfört med kontroller (Braboszcz et al., 2017). Den bakre ökningen av gammaaktivitet kan vara relaterad till den ofta beskrivna förbättrade perceptuella klarheten som rapporteras i OM-meditativa processer (Cahn et al., 2010). Hos erfarna tibetanska buddhistiska meditatörer fanns det under medkänsla-meditation en högre fronto-parietal gammaaktivitet (Lutz et al., 2004). Noterbart är att en studie föreslog att under zenmeditation (en annan form av OM), högfrekvent gammakraft (100-245 Hz) i den cingulära cortexen och den somatosensoriska cortexen korrelerade positivt med graden av självrapporterad mindfulness (Hauswald et al., 2015). Även om gammaaktivitetens funktionella roll ännu inte är klar, är en hypotes att den inducerar neuroplasticitet via repetition, eftersom den fortsätter att ses hos mer erfarna meditatörer i olika övningar (Braboszcz et al., 2017). Dessa studier tyder på att övningar i mindfulnessmeditation ökar gammaoscillationerna i flera, men specifika hjärnregioner beroende på den specifika typen av meditation.

I motsats till theta- och alfakoherens finns det belägg för ökad koherens av gammaoscillationerna i de parieto-occipitala regionerna under Vipassana och i de fronto-parietala regionerna hos buddhistiska utövare (Lutz et al., 2004; Cahn et al., 2013). Det finns vissa bevis för skillnader i gammaoscillation mellan meditationstraditionerna, eftersom det finns en rapporterad ökning av gamma/alpha-förhållandet hos FA-utövare i förhållande till OM-utövare (Braboszcz et al., 2017).

Slutsats

Meditation resulterar i signifikanta förändringar i kortikal och subkortikal aktivitet. Som man kan förvänta sig framkallar olika former av meditation aktivering av olika regioner i hjärnan. Tidigare arbete har visat att elektrografiska oscillationer är viktiga för kognition. Här har vi granskat effekterna av FA-, OM-, TM- och LK-meditation på neuronal oscillatorisk aktivitet.

Aktuell forskning tyder på att meditation har många positiva effekter på humör, medvetande och medvetenhet. Meditation resulterar i strukturella och funktionella förändringar i hjärnan. Under aktiv meditation sker tydliga förändringar i den elektrografiska aktiviteten, både regionalt och globalt. Det verkar också finnas tydliga skillnader i EEG-profiler beroende på erfarenhet. En studie av Satyananda-yogautövare visade att utövare på mellannivå (medellång erfarenhet 4 år) hade ökade lågfrekventa oscillationer (theta och alfa) i högra övre frontalloben, högra nedre frontalloben och högra främre tinningloberna, medan utövare på avancerad nivå (medellång erfarenhet 30 år) hade ökade högfrekventa oscillationer (beta och gamma) i samma regioner (Thomas et al., 2014). Avancerade utövare verkar också ha mer konsekventa elektrografiska förändringar och konceptet om ett meditativt drag med neurala oscillatoriska korrelat blir allt tydligare. Även om det har funnits korrelationer mellan elektrisk aktivitet och beteende måste ytterligare forskning utföras för att validera dessa korrelationer.

Kliniska implikationer och framtida inriktningar

Den neurala grunden för meditation kan potentiellt användas för att förbättra meditationsträning och bättre förstå neuronala kretsar. Mer specifikt kan oscillatorisk neurofeedback användas för att korrelera ett objektivt mått på hjärnaktivitet med subjektiv upplevelse, och därmed användas som ett verktyg för meditationsträning (van Lutterveld et al., 2017).

Förståelsen av samspelet mellan meditation och de funktionella och anatomiska korrelaten hjälper inte bara till att informera om hur meditation gynnar kognition, utan kan potentiellt användas för att bestämma mål för terapeutisk neuromodulering. Eftersom många sjukdomsprocesser resulterar i förändrade oscillatoriska mönster kan identifiering av specifika oscillatoriska avvikelser i ett sjukdomstillstånd, och omvänt meditationsformer som reverserar dessa drag, leda till elektrofysiologiskt baserade behandlingar. Alfa- och deltafrekvensbanden är till exempel viktiga för sömnen. En bättre belysning av störningarna i neurala oscillationer skulle eventuellt kunna användas för att behandla sömnstörningar genom meditation. Dessutom finns det förändrade neurala svängningar vid neuropsykiatriska störningar som depression, missbruk, hyperaktivitetsstörning med uppmärksamhetsunderskott och bipolär sjukdom. I framtiden skulle meditationsbaserade behandlingar eventuellt kunna utökas för dessa neuropsykiatriska störningar. Men eftersom det finns många typer av meditationstraditioner måste mer rigorösa studier utföras för att belysa de nyanserade avbildnings- och elektrofysiologiska förändringar som sker med varje typ av meditation.

Författarbidrag

DL, EK, PG, AG och FG: deltog i idékonceptualisering, förberedelse och redigering av manuskriptet.

Intressekonfliktförklaring

Författarna förklarar att forskningen utfördes i avsaknad av kommersiella eller ekonomiska relationer som skulle kunna tolkas som en potentiell intressekonflikt.