Summary
压力是生活中不可避免和持久的组成部分, 其管理的整体方法正在考虑之中。建立了一个标准化的方法, 以证明基于呼吸的压力管理协议的可行性, 可用于商业上可用的便携式技术。
Abstract
以务实的呼吸为基础的干预, 有利于人类的表现和压力管理, 是及时和宝贵的个人寻求整体的方式, 情绪调节和优化补偿储备机制。该协议的目的不仅是教导身心意识, 而且还提供反馈利用生理数据和调查结果。这项研究的主要结果表明, 在四周的呼吸基础上的冥想压力协议后, 心脏的相干性和α变量之间有显著的相关性。冥想和有节律的呼吸导致阿尔法脑活动的显著增加。这些大脑生理反应符合微分变异性指数 (元) 的变化, 表明人体进入冥想状态和有效地管理压力的能力。在每天练习了四周的压力管理协议中所使用的技术后, 根据五方面的正念问卷进行评估, 在应用正念技能方面有了改进。在4周的干预期后, 整体正念评分、微分变异性指数 (元) 和灌注指数 (PI) 增加。脑电图 (脑电波) 的结果与在后研究后续会议期间的冥想状态是一致的。这提供了证据, 可穿戴的设备是可行的数据收集在呼吸为基础的压力管理干预。这一协议可以很容易和有效地实施到任何研究设计, 其中生理数据是需要在一个非实验室的基础设置。
Introduction
虽然压力是生活中不可避免的和持久的组成部分, 对物理和情感刺激的管理的替代方法被认为是1,2,3,4。不间断的压力与糖尿病、肥胖、心脏和脑血管疾病等慢性病的早期发病和发展有关4,5。近年来, 越来越多的美国人报告压力对他们的身心健康有负面影响6, 而且相当比例的人没有感觉到他们在管理他们的压力方面做得够多了.7。此外, 最近的一项研究表明, 当个人认为压力会对他们的身体健康产生负面影响时, 过早死亡的风险就会升高8。
传统上, 公共卫生和医务专业人员把精力集中在体力活动上, 以此作为管理压力的手段。然而, 美国的大部分人口发展不良的生活方式习惯 (即, 吸烟或过量饮酒) 或不健康的行为 (即, 不良的饮食模式), 由于压力的生活方式。目前, 越来越多的美国人意识到有可能使用各种形式的瑜伽和呼吸练习来进行压力管理4,6,9。然而, 由于缺乏科学验证, 文化拨款, 和必要的物理环境 (即, 瑜伽工作室), 美国人口的很大一部分没有考虑这些替代方法的压力管理6。
为了提供整体的压力管理技术, 如瑜伽呼吸和引导的放松, 以更广泛的观众, 一个协议是开发和交付给一小部分人在非实验室设置。以前的研究表明, 交替鼻孔呼吸的技术可以有效地提供更轻松的心境和身体4。
直到最近, 科学研究的复杂的生理测量, 如大脑活动, 呼吸和组织灌注仅限于实验室设置, 因此研究依赖于不太复杂的措施, 如动态动脉血压(总部基地), 呼吸率 (RR), 心率 (HR)。然而, 随着更科学准确, 可穿戴设备的发展, 对压力管理干预措施的生理反应可以在非实验室环境中进行研究。
该项目的目标是创建一个可访问的, 成本低廉的压力管理程序, 是可实验室和非实验室设置。此外, 本文还提供了一种基于证据的方法来调查在非实验室环境中的压力管理协议期间的生理反应, 同时利用商用可穿戴设备。
建议允许调查人员研究更好的压力管理干预措施, 以及系统地设置和利用便携式脑电图系统, 这很容易适应各种环境。指定了复制程序所需的详细信息。
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Protocol
该议定书得到了机构审查委员会 (IRB) 的批准, 所有与会者都签署了一份知情同意书。简单地说, 十二健康, 正常, 不吸烟的主题 (五男性, 七妇女) 年龄在31和65岁之间 (平均年龄 = 44 ±12年) 自愿参加这项研究。布朗和 Gerbarg 的3研究了不同年龄段 (14-85 岁) 的人在焦虑、创伤后应激障碍、整体健康和生活方式管理方面的冥想和类似的呼吸技术。
1. 参与者选择
- 对所有参与者执行以下操作: 电话屏蔽、基线访问 (主页)、4周干预期和端点访问 (与基线访问相同或类似的设置)。
- 与感兴趣的志愿者安排电话放映。在电话中, 通过询问有关病史和药物的问题来确定资格。
- 为有资格和感兴趣的志愿者 (家庭或类似设置) 安排基线访问。在访问前提交同意表格供审阅。
注: 在文献中很好地描述了人类在实验室中进行的研究可以与环境和认知压力有关, 因为他们的意识被观察到 (例如, 霍桑效应)。基于家庭的协议的主要优点之一是能够将外部环境 (如临床或实验室设置) 对生理措施的潜在影响降到最低。此外, 调查人员可以将研究协议扩展到基于社区的干预措施, 而不必要求参与者进入实验室。 - 在参加者签署同意书前, 以书面和口头方式到达家庭或预先干预的设置, 并说明研究的目的、程序、风险和不适、利益、保密和责任。
- 确认包含和排除标准。
- 让参与者完成对正念10的主观调查表。为参与者配备生理设备。
- 记录基线测量10分钟, 在一个舒适的坐姿, 在最初的干预后10分钟, 在4周的干预后10分钟基线, 和10分钟后, 个人完成呼吸和冥想协议。
注意: 数据收集设置在给定的个人中具有相同的前和后干预。10分钟的数据记录周期被储存起来作进一步分析, 并报告为10分钟的平均值。 - 在完成同意的程序后, 立即传授三呼吸技术, 紧接着是收听20分钟引导松弛3、11、12的录制前音频。重复四次以建立基线。
- 只报告最后的呼吸和冥想协议数据作为最初的干预时间点。给所有参与者一个紧凑的光盘 (CD) 与呼吸技术指令和20分钟引导放松音频。
- 为每人提供四周自我指导的每日呼吸技术的详细说明, 并指示他或她完成呼吸练习, 以及20分钟的引导放松, 每天早上四周。
- 让研究小组的成员与每个人一起跟进, 以确保该协议被遵循并协助处理任何教学问题。
- 在4周的干预期之后, 返回到参与者的家中完成端点访问, 以与基线访问相同的方式进行。另外, 让参加者完成39项五方面的正念问卷。
注: 本文的目的是描述呼吸协议的方法和在非实验室环境中使用生理监测。本文所描述的基于呼吸的冥想压力管理协议和生理监测装置的研究人员可能需要使用一个控制组来实现内部有效性。以前的研究检查冥想和控制呼吸的好处, 利用了各种控制组, 如时间匹配的有氧运动, 其他冥想的做法, 生物反馈技术, 严重的游戏和指导冥想瑜伽套路, 没有干预的时间控制。
2. 研究级无线脑电图 (eeg) 系统的设置
- 要导出、评估和分析数据, 请向参与者提供/装备带有串行端口的个人笔记本电脑。
- 设置一个脑电图控制面板, 允许用户监控耳机脑电图的状态和特征, 包括面部表情和情绪13。数据收集将实时进行, 而主题佩戴 EEG 耳机。
- 在开始记录 eeg 数据之前, 打开 eeg 耳机, 确保电池完全充电。现在可以为用户设置该设备。
- 在记录 EEG 会话之前, 请执行以下步骤。
- 水合物的十二传感器。组装耳机。用0.5% 盐水溶液彻底浸透毡垫。当耳机放在头皮上时, 垫子会感到湿。
- 戴上耳机将耳机放在用户头上, 确保 EEG 电极与操作者的头皮进行良好的接触 (定义为低于五ω)。调整耳机, 直到每个传感器的阻抗低于五ω。
- 将参考传感器定位到耳朵后面的皮肤上。重要的是, 参考传感器与耳后的皮肤接触, 传感器阻抗低于五ω。
- 将转换器插入设备的 USB 端口。当耳机配对时, 指示灯应迅速闪烁。如果不是这种情况, 请重新插入转换器并重试。
- 在笔记本电脑上启动软件。
- 打开耳机。电源开关在耳机的背面。指示灯指示耳机何时亮起。
- 通过检查控制面板上的引擎状态来验证信号质量。
注: 由于 EEG 数据被记录, 可以利用软件平台对情绪状态和面部表情进行额外的研究质量分析13,14,15。
3. 启用蓝牙的脉冲血的设置
- 捕获和记录脉冲氧使用脉冲血, 连接到一个右或左无名指, 这是激活时, 连接。
- 确保志愿者处于直立状态, 双脚都在地板上。将手与脉搏血舒适地放在大腿上。
- 暴露脉冲血传感器的内部, 并插入一个非显性的手指。定位手指, 使指尖接近传感器的末端。轻轻地关闭设备, 使手指与传感器垫接触。
注: 一旦便携式脉冲血在手指上闭合, 设备应显示心率 (HR)、呼吸速率 (RR)、灌注指数 (PI) 和微分变异性指数 (元)16,17。HR、RR、PI 和元显示在脉冲血设备上, 可以通过蓝牙在智能平板电脑或计算机上显示。
4. 概述五小平面正念调查表
注: 此调查表可用于管理10的纸张和电子格式。本文的表格载于附录 A。五方面的每一个都基于从1到5的正念尺度。没有得分为铭记或不铭记;而是从低到高的连续统一体。每一个与正念的五面相关的分量都在下面。
- 观察保持和存在的能力, 不要全神贯注于从1到5的身体感觉、感觉和思想, 五是完成这项任务最容易的, 也是完成这项任务最困难的。
- 评估的能力, 定义的情绪和期望, 过去或现在的规模从1到 5, 五是最容易完成这项任务, 一个是最难完成这项任务。
- 评估在身体上或精神上不受干扰的情况下保持现状的能力, 从1到 5, 五是完成这项任务最容易的, 也是完成这项任务最困难的。
- 评估是否有能力继续成见过去的经验或试图认知地批评目前的经验, 从1到5的规模, 五是最容易完成这项任务, 一个是最难完成这项任务。
- 评估的能力, 认识到存在的情绪和想法, 而不响应他们的身体或精神, 从1到5的规模, 五是最容易完成这项任务, 一个是最难完成这项任务。
5. 交替鼻孔呼吸协议 (5 分钟)
- 舒适地坐在脊柱上, 左膝和眼睛紧闭。
- 把右手放在脸上。把食指和中指放在眉毛之间。把戒指和小手指轻轻地放在左鼻孔, 把拇指放在右鼻孔上。
- 深呼吸一下
- 按下右鼻孔的拇指, 关闭它, 并通过左呼气。从鼻子的左侧吸气。
- 之后, 通过用无名指按压鼻孔, 关闭鼻子的一侧。松开拇指, 从右侧呼气。然后, 用右鼻孔吸气。
- 重复 5.4-5.5, 连续交替吸入和呼, 5 分钟。
- 认识到情绪和思想的存在, 而不以身体或精神的方式回应他们, 继续把你的注意力放在进入和离开鼻子的空气中。
6. 胜利呼吸协议 (5 分钟)
- 舒适地坐在脊柱直立。
- 慢慢地深呼吸。
- 闭上嘴巴, 用鼻子呼气, 掐住喉咙的背部。这种轻微的喉咙收缩会对空气的通道产生阻力。
- 轻轻地吸气, 使呼吸与压迫喉咙的背部产生阻力。
- 轻轻地吸入和呼气, 慢慢地, 深深地反对这个收缩在喉咙后面创造一个舒缓的声音像海浪上升和下落。
- 继续这个呼吸循环5分钟, 而坐在坐姿。
- 认识到情绪和思想的存在, 而不是对他们的身体或精神反应, 继续把你的注意力放在进入和退出鼻子的空气中。
7. 波纹管呼吸协议 (5 分钟)
- 坐得高高的, 肩膀放松。
- 通过鼻子慢慢地深呼吸。
- 闭着眼睛吸气, 从鼻子里出来。
- 弯曲手臂, 使肘部靠近肋骨和松散的拳头靠近肩膀。
- 主动吸气, 张开拳头时抬起头顶的手臂。
- 用有力的呼气, 使手臂向下, 使肘部靠近肋骨和双拳的肩膀。
- 重复步骤7.1 到 7.3, 连续15到20次, 使一组。
- 做3套以暂停10到十五年代在每个集合之间。
8. 导弛松弛体扫描 (8-10 分钟)
注: 将这些说明读给与会者: "这种引导式放松的目的是使人们注意到身体的不同部位, 并有助于提高身体各部位对身体感觉的认识。提请注意身体的各个区域训练头脑更细心的这些感受。
- 坐在舒适的椅子或地板上, 15 秒后闭上眼睛。确保环境是安全的, 安静的, 没有干扰的。
- 观察大脑和身体现在的感觉。观察身体的任何感觉或思想中的任何想法。继续注意身体是如何感觉和观察任何想法在头脑。
- 开始扫描身体: 闭上眼睛, 精神上扫描身体。记得深呼吸, 让它周期性地去做。认识到情绪和思想的存在, 而不是对他们的身体或精神反应, 继续把你的注意力放在进入和退出鼻子的空气中。
- 用右脚开始扫描;移动到右腿和右臀部。用左脚、腿和臀部重复扫描。慢慢地穿过身体的每一部分。再次重复此操作, 从右侧开始, 向左移动。
- 继续扫描身体慢慢地移动到胃, 身体的左方面, 身体的右边, 上部到下背部和最后对胸口, 从脖子开始和移动下来到胃。
- 继续在精神上扫描左手、左臂和左肩;继续检查右手、右臂和右肩。
- 慢慢地扫描头部, 从脸开始, 移动到颈部, 后脑勺, 和头顶。
- 观察身体的任何紧张状态, 并将精神注意力带到该区域并重新扫描。
- 最后, 在睁开眼睛之前, 花一点时间观察一下思想、感觉和感觉。现在对身体扫描有什么想法？尽量不要判断扫描;只要观察呼吸和身体。
- 最后一口气, 坚持4秒, 让它去。现在慢慢睁开眼睛。
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Representative Results
这项研究的主要结果表明, 心脏的相干性和α变量是显著相关后, 主要终点, 基线后四周, 和终点后四周的呼吸为基础的冥想压力协议, 但不在基线测量期间 (图 1)。根据这些研究结果, 结论是, 该议定书产生了与冥想状态一致的阿尔法脑活动的显著增加。这些脑部生理变化与元变化 (图 2) 一致, 表明人体进入冥想状态并有效地管理压力的能力。在对压力管理协议中使用的技术进行了四周的日常实践评估后, 根据五方面的正念问卷, 实现了对正念技能的改进。所有的五方面-观察, 描述, 行动的意识, 非判断的内在经验, 和 nonreactivity 的内部经验-平均增加0.9 到1.3 点的规模 1 (从不) 到 5 (经常)。
从方法论的角度来看, 这项研究证实了这个基于家庭的压力管理程序可以进行, 并可以捕获可穿戴设备的可用数据。这些全身生理变化的测量在非临床或实验室环境中是切实可行的。基于证据的压力管理程序是必要的, 参与者的能力, 观察他们自己的生理数据后, 研究可以是有价值的。
图 1。在4 周的压力管理协议过程中, 在四时段内用 EEG 耳机捕获的 Alpha 活动数据.
在4周的结束时观察到阿尔法活动的重大变化, 这暗示了冥想状态的实现。请单击此处查看此图的较大版本.
图 2。微分可变性指数 (元) 在4周的压力管理协议过程中, 在四时间段内捕获的脉冲血的数据.
在4周结束时观察到元的显著变化, 这可能与血管张力和循环血容量中更敏感的生理因素相一致。请单击此处查看此图的较大版本.
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Discussion
穿戴技术的演变和它准确地跟踪生理反应的能力可以革命性的日常管理的压力和监测的物理和认知性能在一系列的干预措施18。已经有许多临床应用涉及压力干预, 包括但不限于血压, 心率, 运动或活动预测。这些技术通过诸如微分变异性指数 (元) 和补偿性储备指数等机器学习算法不断改进, 可扩展到任何研究或社区干预的学术研究领域19. 然而, 无线传感技术必须证明对一系列临床和人类 performance–related 活动的可靠性、有效性和生理反应性。
在非实验室环境中交付协议的一个限制是需要确保环境因素, 如噪音、环境温度、光照和意外访客最小化。本研究成功地说明了在非实验室环境的独特约束和特性范围内, 可穿戴技术实施呼吸练习的可行性和有效性。
教授如何培养更适应生活压力的方法的细节是任何 instructor–student 关系的关键部分。审查其生理数据的机会给参与者提供了一种方法来量化压力管理的有效性, 并在一种非常规的方法来管理压力, 因为他们越来越意识到注意力、警觉、和呼吸速率都反映了压力水平。这一呼吸议定书的一个关键特点是灵活地将其部署在不同的人群中, 满足长期受重视的个人和社区的需要, 并改善他们的人的表现。
对门脉系统的使用者和元脉冲氧有重要的技术考虑。由于弹簧加载系统贴在塑料耳机上, EEG 电极可能会沿头皮移动。此外, 电极的阻抗是基于保持适当的盐水, 因此调查人员必须确保电极有适量的盐水, 以减少在调查过程中干燥的可能性。在较长的记录会话过程中, 可能需要将盐水溶液的损耗替换为一些电极。
这是必要的调查, 以尽量减少任何外部干扰在脑电图和元脉冲血记录的设备可能产生不必要的结果和过度的噪音, 脑电图和元录音。
一些人报告说, 在长时间 (超过2小时) 内佩戴脑电图耳机时会有轻微不适。在这项调查中, 记录会议的时间限制在少于2小时, 以减少与来自电极和耳机的压力有关的极端不适的可能性。
以前的研究报告说志愿者在冥想和呼吸的过程中感到厌烦, 而另一些人则报告说利用一些生物反馈技术来使呼吸任务更愉快。本文中描述的协议与高度遵从性相关。重要的是, 参与者都非常舒适的指导冥想和呼吸任务。大多数个人报告说, 带导音呼吸功能和冥想的 CD 具有重要的价值。
有兴趣使用此技术和压力管理协议的调查人员需要为正在研究的人群确定一个适当的控制组。虽然本文的重点是生理监测和压力管理协议, 但我们认识到, 需要一个控制组来验证该协议的任何潜在好处。本文的研究范围是报告压力管理协议、相关的无线生理监测装置和压力反应问卷。
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Disclosures
作者声明他们没有竞争利益。
Acknowledgments
作者想感谢 Dr. Harpreet Dhanoa 对呼吸和冥想计划的设计的慷慨的洞察力, 以便它是安全的, 治疗性的和有压力的管理问题的个人。
KC, RC, 和约翰构思的项目。RC 和 KC 进行了文献检索、研究选择和数据抽取。所有的作者都参与了手稿的开发, 并为最终版本提供了投入。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Epoc+ 14 channel wireless EEG | Emotiv Systems | Assemble the headset. Fully saturate the felt pads using 0.5% saline solution. When the headset is placed on the scalp, the pads should feel wet. Measurements: Brain Waves, Facial Expression, Mental Command | |
| Fingertip Pulse Oximeter with Bluetooth and Pleth Variability Index | Masimo Mighty Sat with PVI | Measurements: Pulse Rate, Oxygen Saturation, Perfusion Index, Pleth Variability Index (PVI) | |
| The 39-item Five Facet Mindfulness Questionnaire | A psychometric instrument used to assess five facets of mindfulness | Questionnaire available in electronic and pencil and paper versions. Measurements: Mood, cognition function |
References
- Sperduti, M., Martinelli, P., Piolino, P. A neurocognitive model of meditation based on activation likelihood estimation (ALE) meta-analysis. Conscious Cogn. 21 (1), 269-276 (2012).
- Seppälä, E. M., et al. Breathing-based meditation decreases posttraumatic stress disorder symptoms in US Military Veterans: A randomized controlled longitudinal study. J Trauma Stress. 27 (4), 397-405 (2014).
- Brown, R. P., Gerbarg, P. L. Yoga breathing, meditation, and longevity. Ann N Y Acad Sci. 1172 (1), 54-62 (2009).
- Carter, K. S., Carter, R. Breath-based meditation: A mechanism to restore the physiological and cognitive reserves for optimal human performance. World J Clin Cases. 4 (4), 99-102 (2016).
- Mohan, A., Sharma, R., Bijlani, R. L. Effect of meditation on stress-induced changes in cognitive functions. J Altern Complement Med. 17 (3), 207-212 (2011).
- Astin, J. A. Stress reduction through mindfulness meditation. Psychother Psychosom. 66 (2), 97-106 (1997).
- Hahn, R. G., Rundgren, M. Vasopressin and amino acid concentrations in serum following absorption of irrigating fluid containing glycine and ethanol. Br J Anaesth. 63 (3), 337-339 (1989).
- Keller, A., et al. Does the perception that stress affects health matter? The association with health and mortality. Health Psychol. 31 (5), 677-684 (2012).
- Gaylord, C., Orme-Johnson, D., Travis, F. The effects of the transcendental meditation technique and progressive muscle relaxation on EEG coherence, stress reactivity, and mental health in black adults. Int J Neurosci. 46 (1-2), 77-86 (1989).
- 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).
- Brown, R. P., Gerbarg, P. L. Sudarshan Kriya yogic breathing in the treatment of stress, anxiety, and depression: part I-neurophysiologic model. J Altern Complement Med. 11 (1), 189-201 (2005).
- Bhatia, M., Kumar, A., Kumar, N., Pandey, R. M., Kochupillai, V. Electrophysiologic evaluation of Sudarshan Kriya: an EEG, BAER, P300 study. Indian J Physiol Pharmacol. 47 (2), 157-163 (2003).
- Lievesley, R., Wozencroft, M., Ewins, D. The Emotiv EPOC neuroheadset: an inexpensive method of controlling assistive technologies using facial expressions and thoughts. J Assist Technol. 5 (2), 67-82 (2011).
- Badcock, N. A., et al. Validation of the Emotiv EPOC(R) EEG gaming system for measuring research quality auditory ERPs. Peer J. 1, 38 (2013).
- Duvinage, M., et al. Performance of the Emotiv Epoc headset for P300-based applications. Biomed Eng Online. 12 (1), 1 (2013).
- Cannesson, M., et al. Pleth variability index to monitor the respiratory variations in the pulse oximeter plethysmographic waveform amplitude and predict fluid responsiveness in the operating theatre. Br J Anaesth. 101 (2), 200-206 (2008).
- Cannesson, M., et al. Does the Pleth variability index indicate the respiratory-induced variation in the plethysmogram and arterial pressure waveforms. Anesth Analg. 106 (4), 1189-1194 (2008).
- Lin, Y., Fisher, M. E., Roberts, S. M., Moser, J. S. Deconstructing the Emotion Regulatory Properties of Mindfulness: An Electrophysiological Investigation. Front Hum Neurosci. 10, (2016).
- Poh, P. Y., et al. Respiratory pump contributes to increased physiological reserve for compensation during simulated haemorrhage. Exp Physiol. 99 (10), 1421-1426 (2014).
