JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
신경과학

Gedrag en EEG combineren om de effecten van Mindfulness-meditatie op episodisch geheugen te bestuderen

Published: May 11, 2020
doi:
10.3791/61247
, , ,
1Department of Psychology,Bowdoin College, 2Program in Neuroscience,Bowdoin College

Summary

Hier presenteren we een protocol voor het combineren van mindfulness-meditatietraining, een episodische geheugentaak en EEG om de gedrags- en neurale effecten van mindfulness-meditatie op het episodische geheugen te begrijpen.

Abstract

Hoewel er onlangs interesse is geweest in hoe mindfulness-meditatie het episodische geheugen en de hersenstructuur en -functie kan beïnvloeden, heeft geen enkele studie de gedrags- en neurale effecten van mindfulness-meditatie op het episodische geheugen onderzocht. Hier presenteren we een protocol dat mindfulness-meditatietraining, een episodische geheugentaak en EEG combineert om te onderzoeken hoe mindfulness-meditatie gedragsprestaties en de neurale correlaten van episodisch geheugen verandert. Proefpersonen in een experimentele groep mindfulness-meditatie werden vergeleken met een controlegroep op de wachtlijst. Proefpersonen in de experimentele groep mindfulness-meditatie brachten vier weken door met het trainen en beoefenen van mindfulness-meditatie. Mindfulness werd voor en na de training gemeten met behulp van de Five Facet Mindfulness Questionnaire (FFMQ). Episodisch geheugen werd voor en na de training gemeten met behulp van een bronherkenningstaak. Tijdens de ophaalfase van de bronherkenningstaak werd EEG geregistreerd. De resultaten toonden aan dat mindfulness, bronherkenning gedragsprestaties en EEG-thèta-kracht in rechterfrontale en linker pariëtale kanalen toenamen na mindfulness-meditatietraining. Bovendien correleerde toename van mindfulness met toename van theta-kracht in rechter frontale kanalen. Daarom onthullen de resultaten die zijn verkregen door het combineren van mindfulness-meditatietraining, een episodische geheugentaak en EEG de gedrags- en neurale effecten van mindfulness-meditatie op het episodische geheugen.

Introduction

Er is onlangs interesse in mindfulness-meditatie om symptomen van psychische aandoeningen te behandelen en de cognitie te verbeteren, maar er moet nog veel onderzoek worden gedaan om de effecten van mindfulness-meditatie op de cognitieve functie te begrijpen. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat mindfulness-meditatie symptomen van stress, depressie, gegeneraliseerde angststoornis, verslavingen, aandachtstekortstoornis en pijnstoornissen kan verminderen 1,2,3,4,5,6,7,8,9, evenals de aandacht en uitvoerende functie verhogen 2,3,4 ,5,6,7,10,11,12,13,14,15,16.

Ondanks interesse in de effecten van mindfulness-meditatie op cognitie, is er weinig onderzoek gedaan naar de effecten van mindfulness-meditatie op episodisch geheugen17. Gezien de bijdrage van aandacht en uitvoerende functie aan episodische codering en ophalen, zou mindfulness-meditatie ook het episodische geheugen moeten verhogen. Een paar recente gedragsstudies hebben aangetoond dat mindfulness-training de herkenningsgeheugenherinnering18,19 en vrije herinnering20 verhoogt.

Naast gedragseffecten van mindfulness-meditatie op cognitie, heeft eerder onderzoek de effecten van mindfulness-meditatie op de hersenen onderzocht. Van mindfulness-meditatie is aangetoond dat het zowel de structuur als de functie van de hersenen verandert. Belangrijk is dat van mindfulness-meditatie is aangetoond dat het de hersenstructuur en -functie verandert in netwerken die verband houden met episodisch geheugen 21,22,23; specifiek toenemende grijze stof volume en activiteit in de prefrontale cortex 1,24,25,26,27,28,29,30,31,32 en hippocampus 25,27,28,33,34,35 ,36,37 en verhoging van het vermogen en de samenhang van theta (4\u20128 Hz)met 1,36,38,39,40,41,42,43,44,45.

Daarom heeft eerder onderzoek afzonderlijk de gedragseffecten van mindfulness-meditatie op episodisch geheugen 17,18,19,20 en de neurale effecten van mindfulness-meditatie 1,21,22,23,24,25,26,27,28,29 onderzocht. ,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45 . Om de effecten van mindfulness-meditatie op het episodische geheugen en de neurale correlaten ervan te begrijpen, is het belangrijk om zowel gedrag als hersenactiviteit tijdens episodisch geheugen te meten. Een methode voor het bestuderen van de neurale correlaten van episodisch geheugen is met elektro-encefalografie (EEG). Hier beschrijven we een methode voor het combineren van mindfulness meditatie training met een episodische geheugentaak tijdens het meten van EEG. Door training in mindfulness-meditatie te combineren met gedrags- en neurale metingen van episodisch geheugen, kunnen we de effecten van mindfulness-meditatie op de cognitieve functie beter begrijpen.

Protocol

Alle procedures werden goedgekeurd door de Institutional Review Board van Bowdoin College, in overeenstemming met federale richtlijnen voor de bescherming van menselijke proefpersonen. 1. Werving van proefpersonen en voorbereiding op het experiment Rekruteer 40 18-29-jarige proefpersonen die meditatie naïef, rechtshandig, vloeiend Engels spreken, met normaal of gecorrigeerd naar normaal zicht, zonder neurologische aandoeningen.OPMERKING: Het bestuderen van jongere kinderen en oudere volwassenen zou een afzonderlijke leeftijdsspecifieke studie vereisen. De ontwikkeling van de frontale en pariëtale kwabben is belangrijk voor het uitvoeren van de episodische geheugentaak. En er is variabiliteit in het EEG over de leeftijd. Het bestuderen van jongere kinderen en oudere volwassenen vereist leeftijdsspecifieke cognitieve taken en gespecialiseerde EEG-registratie- en gegevensanalyseprotocollen die niet in het huidige protocol zijn ondergebracht. Rekruteer alleen rechtshandige proefpersonen om de variabiliteit in EEG-activiteit te verminderen. Wijs willekeurig 40 proefpersonen toe aan een experimentele of wachtlijstcontrolegroep voor mindfulness-meditatie voor een totaal van 20 proefpersonen in elke groep. Plan de experimentele sessies en mindfulness-meditatietraining zo in dat de vertraging tussen pre-training en post-training experimentele sessies gelijk is voor de mindfulness-meditatie experimentele en wachtlijstcontrolegroepen (zie figuur 1 voor een visuele weergave van de sessies). Figuur 1: Visuele weergave van de sessies. Proefpersonen vulden de Five Facet Mindfulness Questionnaire (FFMQ)46 in en voerden de episodische geheugentaak uit terwijl HET EEG werd opgenomen tijdens de experimentele sessies voorafgaand aan de training en na de training. Proefpersonen werden willekeurig toegewezen om vier weken lang te trainen in mindfulness-meditatie of op een wachtlijst te blijven om te worden getraind in mindfulness-meditatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Informeer proefpersonen over de procedures die betrokken zijn bij de gedragstest, de EEG-opname en de mindfulness-meditatietraining. Zorg ervoor dat proefpersonen zich onthouden van het beoefenen van meditatie buiten die welke voor het onderzoek worden uitgevoerd. 2. Mindfulness vragenlijst Laat proefpersonen voor elke experimentele sessie de Five Facet Mindfulness Questionnaire (FFMQ)46 invullen (zie Aanvullend dossier 1). Analyseer de mindfulness-gegevens.Meet de opmerkzaamheid van elk onderwerp door scores te berekenen voor FFMQ Total en observeer, beschrijf, bewustzijn, niet-oordelen en niet-reactieve schalen door de scores voor elke subschaal op te tellen (merk op dat voor sommige items de score moet worden omgekeerd (d.w.z. verander 1 tot 5, 2 tot 4, 4 tot 2 en 5 tot 1) volgens de instructies in de FFMQ46 (zie score-instructies in aanvullend bestand 1). Vergelijk de FFMQ Total en Observe, Describe, Awareness, Nonjudge en Nonreactive scores van proefpersonen voor de experimentele en wachtlijstcontrolegroep voor mindfulness-meditatie in experimentele sessies vóór en na de training. 3. Episodische geheugentaak Maak een lijst van 800 bijvoeglijke naamwoorden die gelijk worden gesteld aan woordfrequentie volgens de Kucera en Francis47 woordnormen (zie Aanvullend dossier 2). Laat proefpersonen voor elke experimentele sessie de coderingsfase oefenen door 10 woorden te presenteren en de coderingstaak uit te voeren zoals hieronder beschreven. Laat proefpersonen voor elke experimentele sessie de coderingsfase uitvoeren.Laat proefpersonen een lijst met 200 bijvoeglijke naamwoorden bestuderen en ofwel een mentaal beeld creëren van een ruimtelijke scène die wordt beschreven door het bijvoeglijk naamwoord (plaatstaak) of nadenken over de betekenis van het woord en de aangenaamheid ervan beoordelen (aangename taak). Vraag de proefpersonen na de presentatie van elk woord om te beoordelen hoe goed ze de coderingstaak hebben uitgevoerd (zie figuur 2 voor een visuele weergave van de coderingsprocedure). Laat proefpersonen voor elke experimentele sessie de fase voor het ophalen van bronnen oefenen door de 10 woorden te presenteren die werden getoond bij de coderingspraktijk en vijf nieuwe woorden, en voer de taak voor het ophalen van bronnen uit zoals hieronder beschreven. Laat proefpersonen voor elke experimentele sessie de bronophaalfase uitvoeren tijdens het opnemen van EEG.Presenteer de 200 woorden die werden getoond bij het coderen willekeurig vermengd met 200 nieuwe woorden. Stuur tijdstempels die overeenkomen met elke gedragsconditie naar de EEG-opname. Woorden moeten in 20 blokken worden gepresenteerd om proefpersonen rustpauzes te geven om hun ogen te laten rusten. Vraag de proefpersonen tijdens de presentatie van elk woord om aan te geven of het woord nieuw was of dat ze het herkenden als bestudeerd in de coderingsfase. Vraag voor herkende woorden de proefpersonen om de bron aan te geven, of het woord is bestudeerd in de plaatstaak of de aangename taak (zie figuur 2 voor een visuele weergave van de bronophaalprocedure).OPMERKING: De episodische geheugentaak kan worden ontworpen met behulp van alle software die is ontworpen voor gedragsonderzoek, zoals EPrime, die tijdstempels naar de EEG-opname kan sturen met behulp van taakgebeurtenissen (zie Materiaaltabel). Tutorials en voorbeeldexperimenten zijn online beschikbaar (bijv. https://pstnet.com, https://step.talkbank.org48). Figuur 2: Visuele weergave van het experimentele paradigma. Tijdens de episodische geheugentaak bestudeerden proefpersonen bijvoeglijke naamwoorden en stelden ze zich een scène voor (plaatstaak) of beoordeelden ze de aangenaamheid ervan (aangename taak). Tijdens de bronophaalfase bepaalden proefpersonen welke taak werd uitgevoerd met elk woord (“Old Place Task” of “Old Pleasant Task”) of “New”. Dit cijfer is aangepast van Nyhus et al.60. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Markeer elke studie op basis van de gedragsconditie en de respons van de proefpersoon (zie figuur 3 en figuur 4) en analyseer de episodische geheugengedragsgegevens.Meet het vermogen van proefpersonen om broninformatie te onthouden door itemdiscriminatie te berekenen (item d’, zie figuur 3):Z (hit rate) – Z (vals alarm tarief) Meet het vermogen van proefpersonen om broninformatie te onthouden door brondiscriminatie te berekenen (bron d’, zie figuur 4).Z (juiste bronsnelheid) – Z (onjuiste bronsnelheid) Vergelijk het item en de brondiscriminatie van proefpersonen (item en bron d’) voor de experimentele en wachtlijstcontrolegroep voor mindfulness-meditatie in experimentele sessies voorafgaand en na de training. Figuur 3: Gegevenscategorieën die zijn opgenomen in de meting van het woordgeheugen. Studies werden gemarkeerd op basis van de gedragsconditie en de respons van de proefpersoon en gebruikt om itemdiscriminatie te berekenen (item d’). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 4: Gegevenscategorieën die zijn opgenomen in de meting van het brongeheugen. Studies werden gemarkeerd op basis van de gedragsconditie en de respons van de proefpersoon en gebruikt om brondiscriminatie te berekenen (bron d’). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. 4. EEG-registratie en -analyse Stel de EEG-dop in (zie Materiaaltabel).OPMERKING: Een EEG-aftoppingshandleiding en andere nuttige informatie is beschikbaar via online bronnen (bijv. https://pursue.richmond.edu49).Meet het hoofd van de proefpersoon en plaats alle elektroden op de juiste maat EEG-dop volgens het uitgebreide internationale 10-20-systeem. Reinig het voorhoofd van de proefpersoon met een alcoholdoekje. Breng de EEG-dop aan op het hoofd van de proefpersoon door hun haar te scheiden en vervolgens geleidende gel in te brengen met een Luer-lock spuit met een stompe naald. Klik met behulp van de EEG-opnamesoftware op impedanties en zorg ervoor dat ze onder het weerstandsniveau liggen dat wordt aanbevolen door het specifieke EEG-systeem dat door de onderzoekers is gekozen voor gebruik. Vraag de proefpersoon om tijdens het experiment zo stil mogelijk te blijven. Toon de proefpersoon het EEG-signaal wanneer ze stil zijn en wanneer ze knipperen of kaak- of gezichtsbeweging maken. Neem het EEG op.Stel de EEG-versterker in met de EEG-opnamesoftware door op werkruimte bewerken te klikken en stel in om signaal te verkrijgen met een .1 \u2012100 Hz bandpass-filter en 500 Hz sampling rate voor alle onderwerpen. Start de EEG-opname. Start de fase voor het ophalen van de bron en zorg ervoor dat de tijdstempels van de bronophaaltaak worden weergegeven in de EEG-opname. Zodra het onderwerp de taak voor het ophalen van de bron heeft voltooid, reinigt u de EEG-dop en elektroden met gedeïoniseerd water en ontsmettingsmiddel. Verwerk en analyseer de EEG-gegevens.High-pass filter de gegevens op 1 Hz en low-pass filter de gegevens op 100 Hz. Identificeer en interpoleer slechte kanalen met behulp van omliggende kanalen50. Her-refence de gegevens naar een gemiddelde referentie51. Segmenteer de gegevens ten opzichte van het begin van elke tijdstempel van de bronophaaltaak en trek een basislijnperiode vóór de stimulus af. Identificeer en verwijder artefacten in de EEG-gegevens, zoals oogknipperen en oogbewegingsartefacten. Detecteer en verwerp proeven met grote artefacten (spanningsfluctuaties van meer dan 1.000 μV of gegevens 5 standaardafwijkingen boven de norm). Reconstrueer het EEG na het uitvoeren van onafhankelijke componentenanalyse (ICA)52 en het identificeren en verwijderen van geluidscomponenten53. Converteer de EEG-gegevens naar het tijdfrequentiedomein over 100 log-spaced frequenties van 3 Hz tot 125 Hz met behulp van een Morlet wavelet-transformatie waarbij de wavelet toeneemt van 3 cycli bij 3 Hz tot 25 cycli bij 125 Hz. Vergelijk het vermogen van de thèta ten opzichte van de pre-stimulus baseline in de experimentele en wachtlijstcontrolegroepen voor en na de training in de rechter frontale en linker pariëtale kanalen die effecten vertonen tijdens het ophalen van de bron 54,55,56,57. Alle analyses moeten bepalend zijn voor meerdere vergelijkingen.OPMERKING: De EEG-gegevens kunnen worden verwerkt en geanalyseerd met behulp van openbaar beschikbare software die is ontworpen voor signaalverwerking, zoals EEGLab58. EEGLab trainingsworkshops en tutorials zijn beschikbaar via het Swartz Center for Computational Neuroscience (https://sccn.ucsd.edu/eeglab/index.php). 5. Mindfulness meditatie training Huur een mindfulness meditatie instructeur in die getraind is in de Mindfulness Based Stress Reduction (MBSR) techniek59.OPMERKING: Instructeurs die zijn opgeleid in de MBSR-techniek zijn online te vinden (bijv. https://www.brown.edu/public-health/mindfulness/programs/mbsr-teacher-recognition). Laat de 20 proefpersonen in de experimentele groep mindfulness meditatie vier weken lang als groep een uur per week samenkomen met de mindfulness meditatie instructeur.OPMERKING: De standaard MBSR-cursus duurt acht weken en omvat adembewustzijn, zitmeditatie, yoga en ontspanningstechnieken. De mindfulness meditatie training moet aspecten van de standaard MBSR cursus bevatten zoals adembewustzijn en zitmeditatie (zie Aanvullend Dossier 3). Deze praktijken, die betrekking hebben op het richten van aandacht en uitvoerende functie, dragen hoogstwaarschijnlijk bij aan het episodisch geheugen. Laat proefpersonen elke dag minstens 20 minuten mindfulness-meditatie beoefenen met behulp van een begeleide adembewustzijnsmeditatie-opname die wordt aangeboden door de mindfulness-meditatie-instructeur. Volg de dagelijkse mindfulness-meditatiepraktijk door proefpersonen te vragen hoeveel minuten ze mindfulness-meditatie hebben beoefend, wat ze tijdens hun meditatie hebben gedaan en hoe de oefening voor hen verliep via dagelijkse gemailde enquêtes (zie Tabel met materialen).OPMERKING: Onderzoekers moeten overwegen om proefpersonen uit te sluiten die geen aanzienlijke hoeveelheid tijd besteden aan het beoefenen van mindfulness-meditatie. Plan de experimentele sessie na de training zo snel mogelijk in na het voltooien van de mindfulness-meditatietraining.OPMERKING: Onderzoekers moeten overwegen om proefpersonen uit te sluiten die niet in staat zijn om de experimentele sessie na de training kort na de voltooiing van de mindfulness-meditatietraining te voltooien. Neem contact op met experts in cognitieve neurowetenschappen die de EEG-techniek gebruiken voor gerandomiseerde gecontroleerde experimenten voor meer informatie.

Representative Results

Representatieve resultaten worden gerapporteerd voor 40 meditatie naïeve, rechtshandige, vloeiend Engels sprekende proefpersonen (10 mannelijke en 10 vrouwelijke proefpersonen variërend van 18 tot 22 jaar oud in de mindfulness meditatie experimentele groep en 7 mannelijke en 13 vrouwelijke proefpersonen variërend van 18 tot 22 jaar oud in de wachtlijst controlegroep). Gedrags- en EEG-gegevens werden geanalyseerd met behulp van gemengde variantieanalyse (ANOVA) waarbij mindfulness-meditatie experimentele en wachtlijstcontrolegroepen (experimenteel, controle) in de loop van de tijd (pre-training, post-training) werden vergeleken. Alle post-hoc tests gecorrigeerd voor meerdere vergelijkingen. Mindfulness vragenlijstenEerst werd bij de analyse beoordeeld of de mindfulness-meditatietraining succesvol was. Proefpersonen brachten een aanzienlijke hoeveelheid tijd door met het beoefenen van mindfulness-meditatie en hun mindfulness nam toe zoals gemeten door de FFMQ. In het bijzonder was er een interactie tussen groep en tijd voor FFMQ Total (F(1,38) = 11,15, MSE = 67,67, p <. 01) en een marginale interactie tussen groep en tijd voor FFMQ Beschrijven (F(1,38) = 3,35, MSE = 12,26, p = .08) en Nonjudge (F(1,38) = 3,87, MSE = 15,37, p = .06) schalen. Scores stegen van pre-training tot post-training voor FFMQ Total (F(1,19) = 15,60, MSE = 63,34, p < .01), Describe (F(1,19) = 6,36, MSE = 8,44, p = .02) en Nonjudge (F(1,19) = 10,12, MSE = 8,60, p < .01) schalen voor de experimentele groep mindfulness-meditatie, terwijl de controlegroep op de wachtlijst niet veranderde (zie tabel 1). Experimenteel Beheersen Vooropleiding Na de opleiding Vooropleiding Na de opleiding Totaal 128.13 (2.38) 138.07 (3.24) 123.59 (4.19) 121.25 (4.77) Waarnemen 26.98 (1.16) 28.70 (1.00) 23.83 (1.14) 23.70 (1.26) Beschrijven 29.5 (1.36) 31.82 (.99) 27.10 (1.25) 26.55 (1.26) Bewustzijn 25.25 (1.06) 26.95 (1.12) 25.27 (.94) 24.05 (1.28) Niet oordelen 24.65 (1.26) 27.60 (1.40) 27.50 (1.42) 27.00 (2.05) Niet-zelfstandig 21.75 (.99) 23.00 (1.08) 19.90 (1.09) 19.95 (1.16) Tabel 1: Vijf Facet Mindfulness Vragenlijst gegevens. FFMQ Totale en Observe, Describe, Awareness, Nonjudge en Nonreactive scores voor de mindfulness meditatie experimentele en de wachtlijst controlegroep voor de pre-training in vergelijking met de post-training experimentele sessie. Middelen met standaardfouten tussen haakjes worden weergegeven. Deze tabel is aangepast van Nyhus et al.60. Episodisch geheugenTen tweede onderzocht de analyse het effect van mindfulness-meditatie op de gedragsprestaties van de episodische geheugentaak. De mindfulness meditatie training leidde tot een toename van het brongeheugen zoals gemeten aan de hand van brondiscriminatie (bron d’). Hoewel er geen interactie was tussen groep en tijd (F(1,38) = 1,16, MSE = .12, p = .29), toonden paarsgewijze vergelijkingen aan dat brondiscriminatie toenam van voortraining tot na de training voor de experimentele groep mindfulnessmeditatie (F(1,19)=10,53, MSE=.12, p<,01), maar niet de controlegroep op de wachtlijst (zie tabel 2). Experimenteel Beheersen Conditie Vooropleiding Na de opleiding Vooropleiding Na de opleiding Slaan Plaats de juiste bron .66 (.02) .67 (.03) .71 (.03) .69 (.02) Aangenaamheid juiste bron .61 (.03) .72 (.03) .64 (.05) .74 (.03) FA Plaats onjuiste bron .34 (.02) .33 (.03) .29 (.03 .31 (.02) Aangenaamheid onjuiste bron .39 (.03) .28 (.03) .36 (.05) .26 (.03) Bron d’ .70 (.11) 1.06 (.12) 1.04 (.17) 1.23 (.14) Bron c -.06 (.05) .07 (.05) -.12 (.12) .10 (.07) Tabel 2: Bron gedragsgegevens. Hit rate, false alarm rate, source discrimination (source d’) en response bias (source c) voor de mindfulness meditatie experimenteel en de wachtlijst controlegroep voor de pre-training ten opzichte van de post-training experimentele sessie. Middelen met standaardfouten tussen haakjes worden weergegeven. Deze tabel is aangepast van Nyhus et al.60. EEG ResultatenTen derde onderzocht EEG-analyse het effect van mindfulness-meditatie op een neurale correlatie van episodisch geheugen. Specifiek werd het thètavermogen onderzocht in rechter frontale en linker pariëtale kanalen van 1000 tot 1500 ms, omdat deze effecten zijn gevonden in meerdere bron ophaaltaken 54,55,56,57. Voor de linker pariëtale kanalen had de groep interactie met de tijd (F(1,37) = 9,52, MSE = .92, p < .01). Het vermogen van theta nam toe van voortraining tot na de training voor de experimentele groep mindfulness-meditatie (F(1,19) = 17,37, MSE = .23, p<.01), maar niet de wachtlijstcontrolegroep (zie figuur 5). Figuur 5: Effect van mindfulness meditatie op theta kracht. Theta kracht voor de mindfulness meditatie experimenteel en de wachtlijst controlegroep voor de pre-training in vergelijking met de post-training experimentele sessie. (A) Tijdfrequentiespectrogrammen over tijden en frequenties in een rechter frontaal kanaal. (B) Tijdfrequentiespectrogrammen over tijden en frequenties in een linker pariëtaal kanaal. (C) Theta-vermogen over alle kanalen van 1000-1500 ms en verschillen van vooropleiding tot na de training. (C) Zwarte * markeringen geanalyseerde kanalen in rechtsvoorste en linker pariëtale gebieden. Kleurschaal: decibelverandering van pre-stimulus baseline en p-waarde van pre-training naar post-training verschillen. Dit cijfer is aangepast van Nyhus et al.60. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Ten slotte werd de correlatie tussen veranderingen in mindfulness en veranderingen in episodische geheugengedragsprestaties en EEG onderzocht in de experimentele groep mindfulness-meditatie. Er was een positieve correlatie tussen toenames in FFMQ Beschrijf scores van pre-training tot post-training en EEG theta krachttoenames van pre-training tot post-training in rechter frontale kanalen (r = .72, n = 20, p < .01, two-tailed, Bonferrroni gecorrigeerd; zie Figuur 6). Figuur 6: Correlatie tussen veranderingen in FFMQ en thèta vermogen. Correlatie tussen het gemiddelde verschil in thètavermogen tussen pre-training en post-training voor treffers en juiste afwijzingen in rechter frontale kanalen en het verschil in FFMQ Beschrijf scores tussen pre-training en post-training. Dit cijfer is aangepast van Nyhus et al.60. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Aanvullend dossier 1. Klik hier om dit bestand te downloaden. Aanvullend bestand 2. Klik hier om dit bestand te downloaden. Aanvullend dossier 3. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Discussion

Het huidige protocol leverde het eerste bewijs dat mindfulness-meditatie het brongeheugen en theta-oscillaties kan verhogen. Door training in mindfulness-meditatie te combineren met gedrags- en neurale maatregelen, zijn we beter in staat om de effecten van mindfulness-meditatie op het episodische geheugen en de neurale correlaten ervan te begrijpen.

Hoewel eerder onderzoek afzonderlijk de gedragseffecten van mindfulness-meditatie op het episodische geheugen heeft onderzocht 17,18,19,20 en de neurale effecten van mindfulness-meditatie 1,21,22,23,24,25,26,27,28,29 ,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45 , geen enkele studie heeft gecombineerd gedrag en EEG tijdens episodisch geheugen. Daarnaast heeft eerder onderzoek naar mindfulness-meditatie vaak deskundige mediteerders bestudeerd 1,17,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,32,33,35, 36,37,38,39,40,41,43,44 en riskeert dus zelfselectiebias. Door gebruik te maken van een longitudinaal ontwerp met willekeurig toegewezen mindfulness meditatie en wachtlijst controlegroepen waren we beter in staat om te controleren op groepsverschillen. Ten slotte heeft eerder onderzoek naar mindfulness-meditatie vaak de volledige MBSR-cursus van 8 weken gebruikt, maar de huidige studie toonde significante effecten met slechts 4 weken mindfulness-meditatietraining.

Er waren een aantal belangrijke stappen in het succesvol implementeren van deze methoden. Ten eerste was willekeurige toewijzing aan de experimentele of wachtlijstcontrolegroep voor mindfulness-meditatie van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat de groepen ongeveer gelijk waren. Ten tweede was het belangrijk om de mindfulness-meditatietraining te richten op aspecten van de MBSR-cursus die betrekking hebben op het richten van aandacht en uitvoerende functie (bijv. Adembewustzijn), omdat deze het meest waarschijnlijk bijdragen aan het episodische geheugen. Ten derde was het belangrijk om proefpersonen een aanzienlijke hoeveelheid tijd te besteden aan het beoefenen van mindfulness-meditatie en om nauwkeurig de tijd te rapporteren die ze elke dag doorbrachten met mediteren. Ten vierde was het belangrijk om de tijd tussen pre-training en post-training experimentele sessies tussen de mindfulness meditatie experimentele en wachtlijst controlegroepen gelijk te stellen om te controleren op timing en om de post-training experimentele sessie zo snel mogelijk na de mindfulness meditatie training te plannen, zodat de effecten van mindfulness meditatie training niet verdwenen voorafgaand aan het testen. Ten vijfde is het waarschijnlijk dat mindfulness-meditatie het episodische geheugen beïnvloedt door de aandacht en uitvoerende functie te vergroten. Daarom was het belangrijk om een episodische geheugentaak te gebruiken die een uitvoerende functie vereist, zoals brongeheugen. Ten slotte is het belangrijk om EEG-gegevens van hoge kwaliteit te verkrijgen die vrij zijn van artefacten.

Hoewel er voordelen waren aan deze methode ten opzichte van bestaande methoden, moeten enkele beperkingen worden opgemerkt. Het effect van mindfulness-meditatie op het brongeheugen was zwak. Dit kan het gevolg zijn geweest van het gebruik van proefpersonen die gezonde jonge volwassenen waren met goede geheugenprestaties of de beperkte hoeveelheid tijd die proefpersonen besteedden aan het beoefenen van mindfulness-meditatie. De 4-weekse mindfulness-meditatietraining was korter dan de standaard 8-weekse MBSR-cursus en gemiddeld meldden proefpersonen niet dat ze elke dag de volledige 20 minuten mindfulness-meditatie beoefenden. Bovendien was er geen actieve controlegroep, dus het is onduidelijk hoe mindfulness-meditatie zich verhoudt tot andere behandelingen bij het stimuleren van brongeheugen of theta-oscillaties. Ten slotte scheiden de eeg-analysemethoden die hier worden gebruikt de bijdrage van periodiek oscillerend vermogen niet van aperiodisch 1/f niet-oscillerend vermogen, wat de interpretatie van de resultaten kan beïnvloeden. Daarom zou toekomstig onderzoek moeten overwegen om proefpersonen met een zwakker geheugenvermogen te gebruiken, de volledige MBSR-cursus van 8 weken te implementeren, een actieve controleconditie te gebruiken en nieuw ontwikkelde analysemethoden te gebruiken die oscillerende en 1 / f niet-oscillerende activiteitscheiden 61.

Daarom waren de huidige methoden succesvol in het combineren van gedrag en EEG om de effecten van mindfulness-meditatie op het episodische geheugen te bestuderen. Toekomstig onderzoek zou deze methoden moeten gebruiken om mindfulness-meditatie te vergelijken met andere behandelingen waarvan is aangetoond dat ze het episodische geheugen verbeteren en de structuur en functie van de hersenen veranderen. Bovendien moet toekomstig onderzoek gedrag en neurale maatregelen combineren om de effecten van mindfulness-meditatie op andere facetten van cognitie te onderzoeken. Door gedrags- en neurale maatregelen te combineren en mindfulness-meditatie te vergelijken met alternatieve behandelingen, zullen we beter in staat zijn om de meest veelbelovende behandelingen voor cognitieve verbetering te bepalen.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd ondersteund door de administratie van Bowdoin College en de Bowdoin Life Sciences Research Fellowship, de Peter J. Grua en Mary G. O’Connell Faculty / Student Research Award en de Kufe Family Student Research Fellowship. We bedanken Benjamin Tipton voor het leiden van de mindfulness meditatie cursus en Hannah Reese voor hulp bij het ontwerpen en analyseren van experimenten.

Materials

BrainVision actiCHamp Brain Products GmbH, Gilching, Germany BP-09020 64-channel EEG system
BrainVision Recorder Brain Products GmbH, Gilching, Germany BP-00020 EEG recording software for EEG data acquisition
E-Prime 2.0 Professional Psychology Software Tools, Inc., Sharpsburg, PA PST-100577 Software designed for behavioral research that can interface with the EEG recording
Qualtrics Qualtrics, Provo, UT Core XM Survey tool
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Cahn, B. R., Polich, J. Meditation states and traits: EEG, ERP, and neuroimaging studies. Psychological Bulletin. 132 (2), 180-211 (2006).
  2. Creswell, J. D. Mindfulness Interventions. Annuaul Reviews of Psychology. 68, 491-516 (2017).
  3. Eberth, J., Sedlmeier, P. The effects of mindfulness meditation: A meta-analysis. Mindfulness. 3, 174-189 (2012).
  4. Goyal, M., et al. Meditation programs for psychological stress and well-being: a systematic review and meta-analysis. JAMA Internal Medicine. 174 (3), 357-368 (2014).
  5. Holzel, B. K., et al. How Does Mindfulness Meditation Work? Proposing Mechanisms of Action From a Conceptual and Neural Perspective. Perspectives on Psychological Science. 6 (6), 537-559 (2011).
  6. Sedlmeier, P., et al. The psychological effects of meditation: a meta-analysis. Psychological Bulletin. 138 (6), 1139-1171 (2012).
  7. Tang, Y. Y., Holzel, B. K., Posner, M. I. The neuroscience of mindfulness meditation. Nature Reviews Neuroscience. 16 (4), 213-225 (2015).
  8. Van Dam, N. T., et al. Mind the Hype: A Critical Evaluation and Prescriptive Agenda for Research on Mindfulness and Meditation. Perspectives on Psychological Science. , (2017).
  9. MacCoon, D. G., et al. The validation of an active control intervention for Mindfulness Based Stress Reduction (MBSR). Behaviour Research and Therapy. 50 (1), 3-12 (2012).
  10. Bailey, N. W., et al. Mindfulness meditators show enhanced working memory performance concurrent with different brain region engagement patterns during recall. bioRxiv. , (2019).
  11. Chiesa, A., Calati, R., Serretti, A. Does mindfulness training improve cognitive abilities? A systematic review of neuropsychological findings. Clinical Psychology Review. 31 (3), 449-464 (2011).
  12. Lutz, A., Slagter, H. A., Dunne, J. D., Davidson, R. J. Attention regulation and monitoring in meditation. Trends in Cognitive Sciences. 12 (4), 163-169 (2008).
  13. MacCoon, D. G., MacLean, K. A., Davidson, R. J., Saron, C. D., Lutz, A. No sustained attention differences in a longitudinal randomized trial comparing mindfulness based stress reduction versus active control. PLoS One. 9 (6), 97551 (2014).
  14. Mrazek, M. D., Franklin, M. S., Phillips, D. T., Baird, B., Schooler, J. W. Mindfulness training improves working memory capacity and GRE performance while reducing mind wandering. Psychological Science. 24 (5), 776-781 (2013).
  15. Wang, M. Y., et al. Mindfulness meditation alters neural activity underpinning working memory during tactile distraction. bioRxiv. , (2019).
  16. Zeidan, F., Johnson, S. K., Diamond, B. J., David, Z., Goolkasian, P. Mindfulness meditation improves cognition: evidence of brief mental training. Consciousness and Cognition. 19 (2), 597-605 (2010).
  17. Levi, U., Rosenstreich, E. Minfulness and memory: a review of findings and a potential model. Journal of Cognitive Enhancement. , (2018).
  18. Basso, J. C., McHale, A., Ende, V., Oberlin, D. J., Suzuki, W. A. Brief, daily meditation enhances attention, memory, mood, and emotional regulation in non-experienced meditators. Behavioral Brain Research. 356, 208-220 (2019).
  19. Brown, K. W., Goodman, R. J., Ryan, R. M., Analayo, B. Mindfulness Enhances Episodic Memory Performance: Evidence from a Multimethod Investigation. PLoS One. 11 (4), 0153309 (2016).
  20. Lykins, E. L. B., Baer, R. A. Performance-based tests of attentention and memory in long-term mindfulness meditators and demographically matched non-meditators. Cognitive Therapy Research. 36, 103-114 (2012).
  21. Fox, K. C., et al. Functional neuroanatomy of meditation: A review and meta-analysis of 78 functional neuroimaging investigations. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 65, 208-228 (2016).
  22. Fox, K. C., et al. Is meditation associated with altered brain structure? A systematic review and meta-analysis of morphometric neuroimaging in meditation practitioners. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 43, 48-73 (2014).
  23. Tomasino, B., Fregona, S., Skrap, M., Fabbro, F. Meditation-related activations are modulated by the practices needed to obtain it and by the expertise: an ALE meta-analysis study. Frontiers in Human Neuroscience. 6, 346 (2012).
  24. Kang, D. H., et al. The effect of meditation on brain structure: cortical thickness mapping and diffusion tensor imaging. Social Cognitive and Affective Neuroscience. 8 (1), 27-33 (2013).
  25. Lazar, S. W., et al. Functional brain mapping of the relaxation response and meditation. Neuroreport. 11 (7), 1581-1585 (2000).
  26. Lazar, S. W., et al. Meditation experience is associated with increased cortical thickness. Neuroreport. 16 (17), 1893-1897 (2005).
  27. Luders, E., et al. Global and regional alterations of hippocampal anatomy in long-term meditation practitioners. Human Brain Mapping. 34 (12), 3369-3375 (2013).
  28. Luders, E., Toga, A. W., Lepore, N., Gaser, C. The underlying anatomical correlates of long-term meditation: larger hippocampal and frontal volumes of gray matter. Neuroimage. 45 (3), 672-678 (2009).
  29. Sperduti, M., Martinelli, P., Piolino, P. A neurocognitive model of meditation based on activation likelihood estimation (ALE) meta-analysis. Consciousness and Cognition. 21 (1), 269-276 (2012).
  30. Tang, Y. Y., Rothbart, M. K., Posner, M. I. Neural correlates of establishing, maintaining, and switching brain states. Trends in Cognitive Sciences. 16 (6), 330-337 (2012).
  31. Tomasino, B., Fabbro, F. Increases in the right dorsolateral prefrontal cortex and decreases the rostral prefrontal cortex activation after-8 weeks of focused attention based mindfulness meditation. Brain and Cognition. 102, 46-54 (2016).
  32. Zeidan, F. . The Handbook of Mindfulness: Theory, Research, and Practice. The. , (2015).
  33. Engstrom, M., Pihlsgard, J., Lundberg, P., Soderfeldt, B. Functional magnetic resonance imaging of hippocampal activation during silent mantra meditation. Journal of Alternative and Complementary Medicine. 16 (12), 1253-1258 (2010).
  34. Holzel, B. K., et al. Mindfulness practice leads to increases in regional brain gray matter density. Psychiatry Research. 191 (1), 36-43 (2011).
  35. Holzel, B. K., et al. Investigation of mindfulness meditation practitioners with voxel-based morphometry. Social Cognitive and Affective Neuroscience. 3 (1), 55-61 (2008).
  36. Lou, H. C., et al. A 15O-H2O PET study of meditation and the resting state of normal consciousness. Human Brain Mapping. 7 (2), 98-105 (1999).
  37. Luders, E., Kurth, F., Toga, A. W., Narr, K. L., Gaser, C. Meditation effects within the hippocampal complex revealed by voxel-based morphometry and cytoarchitectonic probabilistic mapping. Frontiers in Psychology. 4, 398 (2013).
  38. Aftanas, L. I., Golosheikin, S. A. Changes in cortical activity during altered state of consciousness: study of meditation by high resolution EEG. Fiziologiia Cheloveka. 29 (2), 18-27 (2003).
  39. Brandmeyer, T., Delorme, A. Reduced mind wandering in experienced meditators and associated EEG correlates. Experimenal Brain Research. 236 (9), 2519-2528 (2018).
  40. Delmonte, M. M. Electrocortical activity and related phenomena associated with meditation practice: a literature review. International Journal of Neuroscience. 24 (3-4), 217-231 (1984).
  41. Fell, J., Axmacher, N., Haupt, S. From alpha to gamma: electrophysiological correlates of meditation-related states of consciousness. Medical Hypotheses. 75 (2), 218-224 (2010).
  42. Kubota, Y., et al. Frontal midline theta rhythm is correlated with cardiac autonomic activities during the performance of an attention demanding meditation procedure. Cognitive Brain Research. 11 (2), 281-287 (2001).
  43. Lee, D. J., Kulubya, E., Goldin, P., Goodarzi, A., Girgis, F. Review of the Neural Oscillations Underlying Meditation. Frontiers in Neuroscience. 12, 178 (2018).
  44. Lomas, T., Ivtzan, I., Fu, C. H. A systematic review of the neurophysiology of mindfulness on EEG oscillations. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 57, 401-410 (2015).
  45. Tang, Y. Y., et al. Central and autonomic nervous system interaction is altered by short-term meditation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (22), 8865-8870 (2009).
  46. Baer, R. A., Smith, G. T., Hopkins, J., Krietemeyer, J., Toney, L. Using self-report assessment methods to explore facets of mindfulness. Assessment. 13 (1), 27-45 (2006).
  47. Kucera, H., Francis, W. N. . Computational Analysis of Present-day American English. , (1967).
  48. MacWhinney, B., St James, J., Schunn, C., Li, P., Schneider, W. STEP–a System for Teaching Experimental Psychology using E-Prime. Behavior Research Methods, Instruments & Computers. 33 (2), 287-296 (2001).
  49. Bukach, C. M., Stewart, K., Couperus, J. W., Reed, C. L. Using Collaborative Models to Overcome Obstacles to Undergraduate Publication in Cognitive Neuroscience. Frontiers in Psychology. 10, 549 (2019).
  50. Srinivasan, R., Nunez, P. L., Tucker, D. M., Silberstein, R. B., Cadusch, P. J. Spatial sampling and filtering of EEG with spline laplacians to estimate cortical potentials. Brain Topography. 8 (4), 355-366 (1996).
  51. Dien, J. Issues in the application of the average reference: Review, critiques, and recommendation. Behavior Research Methods, Instruments & Computers. 30, 34 (1998).
  52. Bell, A. J., Sejnowski, T. J. An information-maximization approach to blind separation and blind deconvolution. Neural Computation. 7 (6), 1129-1159 (1995).
  53. Chaumon, M., Bishop, D. V., Busch, N. A. A practical guide to the selection of independent components of the electroencephalogram for artifact correction. Journal of Neuroscience Methods. 250, 47-63 (2015).
  54. Medrano, P., Nyhus, E., Smolen, A., Curran, T., Ross, R. S. Individual differences in EEG correlates of recognition memory due to DAT polymorphisms. Brain and Behavior. 7 (12), 1-16 (2017).
  55. Nyhus, E., Badre, D., Addis, M., Barense, M., Duarte, A. . The Wiley Handbook on the Cognitive Neuroscience of Memory. , 131-149 (2015).
  56. Ross, R. S., et al. Genetic variation in the serotonin transporter gene influences ERP old/new effects during recognition memory. Neuropsychologia. 78, 95-107 (2015).
  57. Ross, R. S., Smolen, A., Curran, T., Nyhus, E. MAO-A Phenotype Effects Response Sensitivity and the Parietal Old/New Effect during Recognition Memory. Frontiers in Human Neuroscience. 12, 53 (2018).
  58. Delorme, A., Makeig, S. EEGLAB: an open source toolbox for analysis of single-trial EEG dynamics including independent component analysis. Journal of Neuroscience Methods. 134 (1), 9-21 (2004).
  59. Kabat-Zinn, J. . Full catastrophe living: Using the wisdom of your body and mind to face stress, pain, and illness. , (1990).
  60. Nyhus, E., Engel, W. A., Pitfield, T. D., Vakkur, I. M. W. Increases in Theta Oscillatory Activity During Episodic Memory Retrieval Following Mindfulness Meditation Training. Frontiers in Human Neuroscience. 13, 311 (2019).
  61. Haller, M., et al. Parameterizing neural power spectra. bioRxiv. , (2018).

Tags

Mindfulness MeditationEpisodic MemoryEEGEncodingBehavioral TestingFive Facet Mindfulness QuestionnaireWord EncodingMental ImagerySpatial SceneWord PleasantnessEEG CapImpedances

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Nyhus, E., Engel, W. A., Pitfield, T. D., Vakkur, I. M. Combining Behavior and EEG to Study the Effects of Mindfulness Meditation on Episodic Memory. J. Vis. Exp. (159), e61247, doi:10.3791/61247 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image