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佛陀的大脑:脑神经可塑性和禅修

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发表于 2017-2-23 11:52:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
佛陀的大脑:脑神经可塑性和禅修
Buddha’s Brain: Neuroplasticity and Meditation
 
作者:理查德•J•戴维逊(主任)和安托万•鲁兹(副研究员)
Richard J. Davidson, Director and Antoine Lutz, Associate Scientist


zb1.jpg
 
作者简介:

理查德•J•戴维逊:生于1951年12月12日,是美国威斯康星大学麦迪逊分校的心理学和精神病学教授,同时也是位于魏斯曼(Waisman)中心的“精神健康研究中心”的创建者和主席。

安托万•鲁兹:美国威斯康星大学麦迪逊分校“脑成像与行为魏斯曼实验室”的一名副研究员。他与理查德•J•戴维逊教授及其实验室的其他几位工作人员共同合作研究。
 
过去的几年里,威斯康星大学麦迪逊分校“脑成像与行为魏斯曼实验室”招募了一些佛教僧侣,直接促进了该实验室对大脑与禅修关系的研究。通过研究这些特殊样本而得到的研究成果及相关工作表明:禅修达上万小时的长期修行者确实改变了他们的大脑结构和功能。本文将对神经可塑性(涵括上述改变)和这些研究成果进行讨论,并且对相关的信号加工(SP)研究所面临的挑战、现状和SP如何有助于促进研究进行评论。

 
一、   神经可塑性是什么?
 
“神经可塑性”这个术语用来描述对应体验所发生的大脑改变。从长出新神经连接到产生新神经元,神经可塑性有很多不同的机制。当用神经可塑性这一概念框架来研究禅修时,我们认为禅修的心智训练与引起大脑可塑性变化的其它技能获取形式,在本质上并没有什么不同。[1,2]
 
二、禅修是什么?
 
“禅修”这个术语泛指各种各样的练习。它范围相当广,涵盖了从放松技巧到为提高幸福感这类远大目标而做的练习。因此在进行研究时,有必要明确具体的禅修类型。在参考文献[3]中,禅修被定义为:一套复杂的情绪与注意力调节策略,可用于多种目的,包括培育幸福感和平衡情绪。在此,我们主要探讨“集中注意力(FA)”禅修和“开放式观察(OM)”禅修。
 
“集中注意力(FA)”禅修要求志愿者将注意力持续集中在一个选定的对象上。而“开放式观察(OM)”禅修则是以一种不回应(non-reactively)的方式刹那刹那观察自己的体验,主要作为一种认识情绪模式和认知模式之本性的方法。
OM禅修初期主要是FA训练,用于使内心平静和减少注意力分散。但随着FA的进步,培养观察技巧本身就成为主要练习目标。其目的是要达到这样一种状态,即不专门把注意力集中在某个特定的滞留对象上,相反,只是保持着观察状态,刹那刹那地留意内在发生的任何体验。
无论在单一阶段,还是在修行者训练的全程中,这两种常见的禅修方式常常被合在一起进行。在若干禅修系统中,包括佛教的毗钵舍那(Vipassanā)1和大手印(Mahāmudrā),也能找到这些禅修模式的变种;同时,很多流行的、借鉴佛教修行方法而创立的世俗心理疗法中,也可以找到它们的影子。
 
三、禅修中大脑的变化
 
下面总结一下练习这几种禅修模式中的每一种时,大脑发生了什么变化。这些变化包括:以功能性磁共振成像(fMRI)检测到的大脑功能模式的改变、对视觉刺激的皮层诱发反应的变化(可反映禅修对注意力的影响)、以及高频振荡的振幅和同步性的变化(可能对广泛分布的大脑回路中的连接有重要作用)。
 
1、实验设置
以下描述的实验中,用功能性磁共振成像(fMRI)测量血流动力学变化时,需要用一个高场强的磁共振成像(MRI)扫描仪,并配备适当的脉冲序列以快速获取数据,同时配有必要的光纤刺激传送装置,这样当受试者躺在仪器的磁孔中时就能对其呈现视觉刺激。在研究测量大脑电活动时,在头皮表面上使用的是64至256个电极的高密度记录系统。
 
2、FA禅修
最近一项研究[4]用功能性磁共振成像检测了FA禅修老手和新手的神经关联情况。研究对比了对外部视觉点进行FA禅修的状态与不禅修的放松状态,所谓放松状态就是告知受试者不要禅修而采取一个中立的基线状态。研究发现禅修状态激活了多个大脑区域,这些区域的功能跟观察(背外侧前额叶皮层)、注意(视觉皮层)和注意力定向(比如额上沟、辅助运动区、顶内沟)相关联。
 
一般而言,禅修老手的禅修关联激活模式比新手更强,但两者的FA禅修所涉及的相关脑区中的活动都显示为倒U型曲线。平均禅修19,000小时的专业禅修者在这些区域的激活程度比新手更为强烈,而平均禅修44,000小时的专业禅修者却没有那么强烈。这个倒U型函数类似于其他专业领域技能学习时的学习曲线,例如学习语言。而这一研究结果说明,在密集FA禅修训练后,不用费很大力气就能保持注意力集中。
 
FA禅修中,听到带有情绪的声音时,专业禅修者大脑的杏仁核激活程度比新手低。这一情感区域的激活程度与平时练习小时数呈负相关,如图1(A)所示。这个结果可能说明:高水平专注与情绪反应行为明显降低有关,后者不利于保持专注力的稳定。
 
zb2.jpg

图1. FA和OM禅修两者的神经成像和神经动力学关联

图1说明:

(a).长期佛教禅修者在FA禅修过程中出现干扰噪音时,其禅修时间(年)和杏仁核(蓝色部分)血液动力学反应的关系。图中标记为某位4年禅修者右侧杏仁核的反应。(摘自参考文献[2])
 
(b) 三个月密集毗钵舍那禅修后,在分散注意力的快速干扰信号流中给受试者两个目标刺激(T1和T2),其中,应对第一个刺激的P3b振幅(反映大脑资源分配的脑电位指数)出现下降。[3]
 
(c) 本图表明,一般情况下,随着时间推移,应对T1刺激的大脑资源分配(P3b振幅)下降越多,受试者越能准确地识别T2。(摘自参考文献[3])
 
(d-e) 长期佛教禅修者在进行OM禅修中的无缘大悲禅修时,其脑电波出现高振幅γ波的示例。[4] (e) 对应(d)图不同电极的γ波(25–42 Hz)活动强度时间进程,四个区域都以20秒滑动窗口每2秒计算一次结果,然后取电极平均值。

(f) 慈悲禅修时,所有电极中γ波与慢波(4–13 Hz)比值平均值的个体间分析。

(g)不同组别(禅修组和对照组)和状态(初始基线、进程基线和禅修状态)对该比值(γ波比慢波)有显著影响。
 
总之,这些研究结果都支持一个观点,即注意力是种可培训的技能,FA禅修的心智练习就可以强化它。

3、OM禅修

最近另一篇文献[5]用纵向研究方法验证OM禅修能否减少精细刺激加工,具体是在“注意瞬脱”实验中[译者注:视觉注意瞬脱是指在快速呈现一系列刺激时,前一个目标刺激(T1)对后面第二个目标刺激(T2)的识别造成阻碍,使得对第二个目标刺激报告率显著下降],用头皮电极记录脑电位及其性能。减少精细刺激加工能让人更好地留意外界刹那变化的刺激流,而不是“卡在”某个刺激上。

注意瞬脱现象说明大脑的信息处理能力是有限的。更具体地说,当快速事件流中的两个目标刺激T1和T2在非常接近的时间中出现,第二个目标常常不会被识别出来。这种缺陷被认为是两个目标竞争有限注意力资源的结果,也就是说当很多资源被分配来处理T1时,随后处理T2时几乎分不到资源。

参考文献[5]的研究发现,三个月密集毗钵舍那禅修(OM禅修的一种常见类型)减少了分配给第一个目标刺激的大脑资源,表现在T1引发的P3b振幅(反映大脑资源分配的脑电位指数)变小。图1(B)说明了这一点:图中P3b振幅降低了。在这个图中,用头皮Pz电极记录大脑电位,时间锁定在T1开始之时,这个脑电位可以作为函数来反映T2准确度(检测到(不瞬脱)和未检测到(出现瞬脱))、时间(三个月之前和之后)、分组(禅修组和新手组)的关联。头皮电极分布图显示了在420-440毫秒之间时,哪些部位上这三者关联比较明显。

分给T1的大脑资源减少与T2的注意瞬脱减少相关联,如图1(C)所示。由于修行者在实验期间没有进行正式禅修,因此这些结果支持这样的观点,即OM禅修的长期作用之一可能是减少了“卡在”单个目标上的倾向,这反映在(a)较少的精细刺激加工以及(b)根据任务需要开发出关注与舍弃目标刺激的有效机制。
 
前期研究[6]表明,在进行情绪模式OM禅修时,专业禅修者大脑γ波同步的高振幅模式支持了这样一种观点,即从一系列动态的全局状况角度来理解OM的状态可能更好。与新手相比较,熟练的禅修者在禅修时自己诱发了持续高幅脑电图(EEG)γ波振荡和远程相位同步,特别在侧额顶叶电极部位上。重要的是,与对照组相比较,长期禅修者在基线状态时,其γ振荡也特别明显,说明禅修者的基础生理模式已经发生了转变,如图1(G)所示。
 
虽然其准确机制还不清楚,但这种神经放电振荡的同步可能在瞬时网络(transient networks)的构造中起着至关重要的作用,这种瞬时网络能把分散的神经加工过程整合成高度有序的认知和情感功能。
 
图1(D)和(E)显示在进行一种OM禅修(无缘大悲禅修)时,长期佛教禅修者的高振幅γ波活动[6]。
 
将慈悲禅修时γ波与慢波振荡(4–13 Hz)的比值取所有电极平均值,对其进行个体内分析,其结果见图1(F)。横坐标代表受试者数量,纵坐标代表初始状态和禅修状态平均比值的差异,黑色和红色星标分别代表其数值高于基线标准差的两倍和三倍以上。

图1(G)显示不同组别(禅修组和对照组)和状态(初始基线、进程基线和禅修状态)对该比值有显著的影响。在禅修过程中,γ波的相对增长值在禅修后期更高。初始基线状态时,禅修组的相对γ波值就比对照组高,并且与禅修者此生所进行的禅修时间长度相关(摘自参考文献[6])。

4、信号加工(SP)面临的挑战

在用图表的方式表现禅修心智训练改变大脑的这一新努力上,SP有其独特的贡献机会。但还是存在一些相关的挑战,包括:确定大脑功能标志物,这些标志物可以区分不同的禅修实践;周围生理功能(如呼吸)改变所致大脑活动变化的分析;为尽可能利用最好的时间和空间分辨率,同时测定电信号和血液动力学信号。

四、对脑–机接口的影响
 
禅修和脑功能研究带来的有趣启示之一是:禅修可能有助于减少“神经噪音”,从而在某些测验中使信-噪比提高。对立足在脑功能的电记录之上的脑-机接口开发而言,禅修训练可以促进更为快速的学习过程。而这一点也保证了将来能进行系统性评价。
 
五、未来的工作
 
目前正在进行和将要进行的研究工作集中在几个不同的方向上。在这些重要领域里,有个值得重视的方向,即:探索禅修所导致的各种脑回路中的连接变化。而开发探测脑回路连接不同特性(包括结构方面和功能方面)的新方法对促进这方面的研究格外珍贵。所有这些研究的目标在于:更好地探明禅修过程如何整合了不同的脑回路,进而产生了据说是这种实践结果的心理和行为变化,包括幸福感的提升。
 
【参考文献】:

1. Berger A, Kofman O, Livneh U, Henik A. Multidisciplinary perspectives on attention and the development of self-regulation. Progress in Neurobiology. 2007;82:256–286. [PubMed]
2. Poldrack RA. Neural systems for perceptual skill learning. Behavioral and Cognitive Neuroscience Reviews. 2002;1:76–83. [PubMed]
3. Lutz A, Dunne JP, Davidson RJ. Meditation and the neuroscience of consciousness: An Introduction. In: Zelazo PD, Thompson E, editors. The Cambridge Handbook of Consciousness. Cambridge University Press; 2006.
4. Brefczynski-Lewis JA, Lutz A, Schaefer HS, Levinson DB, Davidson RJ. Neural correlates of attentional expertise in long-term meditation practitioners. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2007;104:11483–11488. [PMC free article] [PubMed]
5. Slagter HA, Lutz A, Greischar LL, Francis AD, Nieuwenhuis S, Davis JM, Davidson RJ. Mental training affects use of limited brain resources. PLoS Biology. 2007;5(6):e138. [PMC free article] [PubMed]
6. Lutz A, Greischar L, Rawlings NB, Ricard M, Davidson RJ. Long-term meditators self-induce high-amplitude synchrony during mental practice. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2004;101:16369–16373. [PMC free article] [PubMed]
 
【注释】:
1.毗钵舍那(Vipassanā):观,又音译为维巴沙那。为直观觉照一切名色法(身心现象)的无常、苦、无我本质,亦即培育智慧的修行法门。古音译作毗婆舍那、毗钵舍那。诸经论注说:”以无常等不同的行相观照为观。” (aniccādivasena vividhena ākārena passatī’ti vipassanā.) (Ds.A.132; Ps.A.83)。现也常被译为内观。
 
 
文章来源:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2944261/ 
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