Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Kombination af adfærd og EEG for at studere virkningerne af mindfulness meditation på episodisk hukommelse

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

Summary

Her præsenterer vi en protokol til kombination af mindfulness meditationstræning, en episodisk hukommelsesopgave og EEG for at forstå de adfærdsmæssige og neurale virkninger af mindfulness meditation på episodisk hukommelse.

Abstract

Selvom der for nylig har været interesse for, hvordan mindfulness meditation kan påvirke episodisk hukommelse såvel som hjernestruktur og funktion, har ingen undersøgelse undersøgt de adfærdsmæssige og neurale virkninger af mindfulness meditation på episodisk hukommelse. Her præsenterer vi en protokol, der kombinerer mindfulness meditationstræning, en episodisk hukommelsesopgave og EEG for at undersøge, hvordan mindfulness meditation ændrer adfærdsmæssige præstationer og de neurale korrelater af episodisk hukommelse. Forsøgspersoner i en mindfulness meditation eksperimentel gruppe blev sammenlignet med en venteliste kontrolgruppe. Emner i mindfulness meditation eksperimentelle gruppe tilbragte fire uger med at træne og praktisere mindfulness meditation. Mindfulness blev målt før og efter træning ved hjælp af Five Facet Mindfulness Questionnaire (FFMQ). Episodisk hukommelse blev målt før og efter træning ved hjælp af en kildegenkendelsesopgave. I hentningsfasen af kildegenkendelsesopgaven blev EEG registreret. Resultaterne viste, at mindfulness, kildegenkendelse adfærdsmæssig præstation og EEG theta magt i højre frontale og venstre parietale kanaler steg efter mindfulness meditation træning. Derudover korrelerede stigninger i mindfulness med stigninger i theta-kraft i højre frontale kanaler. Derfor afslører resultater opnået ved at kombinere mindfulness meditationstræning, en episodisk hukommelsesopgave og EEG de adfærdsmæssige og neurale virkninger af mindfulness meditation på episodisk hukommelse.

Introduction

Der har for nylig været interesse for mindfulness meditation til behandling af symptomer på psykisk sygdom og for at forbedre kognition, men der er stadig meget forskning, der skal gøres for at forstå virkningerne af mindfulness meditation på kognitiv funktion. Tidligere forskning har vist, at mindfulness meditation kan reducere symptomer på stress, depression, generaliseret angstlidelse, afhængighed, opmærksomhedsforstyrrelse og smertelidelser 1,2,3,4,5,6,7,8,9 samt øge opmærksomhed og udøvende funktion 2,3,4 ,5,6,7,10,11,12,13,14,15,16.

På trods af interesse for virkningerne af mindfulness meditation på kognition, er der kun gjort lidt forskning om virkningerne af mindfulness meditation på episodisk hukommelse17. I betragtning af bidraget fra opmærksomhed og udøvende funktion til episodisk kodning og hentning, bør mindfulness meditation også øge episodisk hukommelse. Et par nylige adfærdsstudier har vist, at mindfulness-træning øger genkendelseshukommelsens erindring18,19 og gratis tilbagekaldelse20.

Ud over adfærdsmæssige effekter af mindfulness meditation på kognition har tidligere forskning undersøgt virkningerne af mindfulness meditation på hjernen. Mindfulness meditation har vist sig at ændre både hjernens struktur og funktion. Det er vigtigt, at mindfulness meditation har vist sig at ændre hjernens struktur og funktion i netværk relateret til episodisk hukommelse21,22,23; specifikt stigende gråstofvolumen og aktivitet i den præfrontale cortex 1,24,25,26,27,28,29,30,31,32 og hippocampus 25,27,28,33,34,35 ,36,37 samt stigende theta (4\u20128 Hz) effekt og sammenhæng1,36,38,39,40,41,42,43,44,45.

Derfor har tidligere forskning separat undersøgt de adfærdsmæssige virkninger af mindfulness meditation på episodisk hukommelse 17,18,19,20 og de neurale virkninger af mindfulness meditation 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 . For at forstå virkningerne af mindfulness meditation på episodisk hukommelse og dens neurale korrelater er det vigtigt at måle både adfærd og hjerneaktivitet under episodisk hukommelse. En metode til at studere de neurale korrelater af episodisk hukommelse er med elektroencefalografi (EEG). Her beskriver vi en metode til at kombinere mindfulness meditationstræning med en episodisk hukommelsesopgave, mens vi måler EEG. Ved at kombinere træning i mindfulness meditation med adfærdsmæssige og neurale målinger af episodisk hukommelse kan vi bedre forstå virkningerne af mindfulness meditation på kognitiv funktion.

Protocol

Alle procedurer blev godkendt af Institutional Review Board of Bowdoin College i overensstemmelse med føderale retningslinjer for beskyttelse af mennesker.

1. Emnerekruttering og forberedelse til eksperimentet

  1. Rekruttér 40 18-29-årige forsøgspersoner, der er meditationsnaive, højrehåndede, flydende engelsktalende, med normal eller korrigeret til normalt syn, uden neurologiske tilstande.
    BEMÆRK: At studere yngre børn og ældre voksne ville kræve en separat aldersspecifik undersøgelse. Udviklingen af frontallapperne og parietalloberne er vigtig for at udføre den episodiske hukommelsesopgave. Og der er variation i EEG på tværs af alder. At studere yngre børn og ældre voksne kræver aldersspecifikke kognitive opgaver og specialiserede EEG-registrerings- og dataanalyseprotokoller, der ikke er indkvarteret i den nuværende protokol. Rekruttér kun højrehåndede forsøgspersoner for at reducere variabiliteten i EEG-aktivitet.
  2. Tildel tilfældigt 40 emner til en mindfulness meditation eksperimentel eller venteliste kontrolgruppe for i alt 20 emner i hver gruppe.
  3. Planlæg de eksperimentelle sessioner og mindfulness meditationstræning, således at forsinkelsen mellem eksperimentelle sessioner før træning og efter træning er ens for mindfulness meditation eksperimentelle og venteliste kontrolgrupper (se figur 1 for en visuel skildring af sessionerne).

Figure 1
Figur 1: Visuel skildring af sessionerne. Forsøgspersoner udfyldte Five Facet Mindfulness Questionnaire (FFMQ)46 og udførte den episodiske hukommelsesopgave, mens EEG blev optaget under eksperimentelle sessioner før træning og efter træning. Forsøgspersoner blev tilfældigt tildelt enten at træne i mindfulness meditation i fire uger eller forblive på en venteliste for at blive uddannet i mindfulness meditation. Klik her for at se en større version af denne figur.

  1. Informer emner om de procedurer, der er involveret i adfærdstesten, EEG-optagelsen og mindfulness meditationstræningen. Sørg for, at forsøgspersoner afholder sig fra at praktisere meditation uden for dem, der udføres til forskningsundersøgelsen.

2. Mindfulness spørgeskema

  1. For hver eksperimentel session skal forsøgspersoner udfylde Five Facet Mindfulness Questionnaire (FFMQ)46 (se supplerende fil 1).
  2. Analyser mindfulness-dataene.
    1. Mål hvert mindfulness ved at beregne score for FFMQ Total samt Observer, Beskrive, Bevidsthed, Nonjudge og Nonreactive skalaer ved at opsummere scorerne for hver underskala (bemærk, at for nogle elementer skal scoren vendes (dvs. ændre 1 til 5, 2 til 4, 4 til 2 og 5 til 1) i henhold til instruktionerne i FFMQ46 (se scoringsinstruktioner i supplerende fil 1).
    2. Sammenlign forsøgspersonernes FFMQ Total samt Observer, Beskrive, Bevidsthed, Nonjudge og Nonreactive score for mindfulness meditation eksperimentel og venteliste kontrolgruppe på tværs af eksperimentelle sessioner før træning og efter træning.

3. Episodisk hukommelsesopgave

  1. Forbered en liste over 800 adjektiver, der sidestilles med ordfrekvens i henhold til Kucera og Francis47 ordnormer (se supplerende fil 2).
  2. For hver eksperimentel session skal du få emner til at øve kodningsfasen ved at præsentere 10 ord og udføre kodningsopgaven som beskrevet nedenfor.
  3. For hver eksperimentel session skal du få emner til at udføre kodningsfasen.
    1. Få emner til at studere en liste over 200 adjektiver og enten skabe et mentalt billede af en rumlig scene beskrevet af adjektivet (stedopgave) eller tænke over ordets betydning og bedømme dets behagelighed (behagelig opgave).
    2. Efter præsentationen af hvert ord skal du bede forsøgspersonerne om at vurdere, hvor godt de udførte kodningsopgaven (se figur 2 for en visuel skildring af kodningsproceduren).
  4. For hver eksperimentel session skal du få forsøgspersoner til at øve kildehentningsfasen ved at præsentere de 10 ord, der blev vist ved kodningspraksis og fem nye ord, og udføre kildehentningsopgaven som beskrevet nedenfor.
  5. For hver eksperimentel session skal forsøgspersoner udføre kildehentningsfasen under optagelse af EEG.
    1. Præsenter de 200 ord, der blev vist ved kodning tilfældigt blandet med 200 nye ord. Send tidsstempler, der svarer til hver adfærdsmæssig tilstand, til EEG-optagelsen. Ord skal præsenteres i 20 blokke for at give forsøgspersonerne hvilepauser for at hvile øjnene.
    2. Under præsentationen af hvert ord skal du bede forsøgspersoner om at angive, om ordet var nyt, eller om de genkendte det som studeret i kodningsfasen. For genkendte ord skal du bede forsøgspersoner om at angive kilden, uanset om ordet blev undersøgt i stedopgaven eller den behagelige opgave (se figur 2 for en visuel skildring af kildehentningsproceduren).
      BEMÆRK: Den episodiske hukommelsesopgave kan designes ved hjælp af enhver software designet til adfærdsmæssig forskning, såsom EPrime, som kan sende tidsstempler til EEG-optagelsen ved hjælp af opgavehændelser (se Materialetabel). Selvstudier og eksempeleksperimenter er tilgængelige online (f.eks. https://pstnet.com, https://step.talkbank.org48).

Figure 2
Figur 2: Visuel skildring af det eksperimentelle paradigme. Under den episodiske hukommelsesopgave studerede emner adjektiver og forestillede sig enten en scene (stedopgave) eller bedømte dens behagelighed (behagelig opgave). I kildehentningsfasen besluttede emnerne, hvilken opgave der blev udført med hvert ord ("Old Place Task" eller "Old Pleasant Task") eller "New". Dette tal er ændret fra Nyhus et al.60. Klik her for at se en større version af denne figur.

  1. Marker hvert forsøg baseret på adfærdstilstanden og forsøgspersonens respons (se figur 3 og figur 4), og analyser de episodiske hukommelsesadfærdsdata.
    1. Mål forsøgspersonernes evne til at huske kildeoplysninger ved at beregne varediskriminering (punkt d', se figur 3):
      Z(hitrate) – Z(falsk alarmrate)
    2. Måle forsøgspersoners evne til at huske kildeoplysninger ved at beregne kildediskrimination (kilde d', se figur 4).
      Z(korrekt kildehastighed) – Z(forkert kildehastighed)
    3. Sammenlign forsøgspersonernes emne- og kildediskrimination (punkt og kilde d') for mindfulness meditation eksperimentel og venteliste kontrolgruppe på tværs af eksperimentelle sessioner før træning og efter træning.

Figure 3
Figur 3: Datakategorier inkluderet i målingen af ordhukommelse. Forsøg blev markeret baseret på adfærdstilstanden og forsøgspersonens reaktion og brugt til at beregne varediskrimination (punkt d'). Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 4
Figur 4: Datakategorier inkluderet i målingen af kildehukommelse. Forsøg blev markeret baseret på adfærdstilstanden og forsøgspersonens reaktion og brugt til at beregne kildediskrimination (kilde d '). Klik her for at se en større version af denne figur.

4. EEG-registrering og -analyse

  1. Opsæt EEG-loftet (se Materialeoversigt).
    BEMÆRK: En EEG-capping-tutorial og andre nyttige oplysninger er tilgængelige via online ressourcer (f.eks. https://pursue.richmond.edu49).
    1. Mål motivets hoved og sæt alle elektroderne på den korrekte størrelse EEG-hætte i henhold til det udvidede internationale 10-20-system.
    2. Rengør motivets pande med en alkoholserviet.
    3. Påfør EEG-hætten på motivets hoved ved at skille deres hår og derefter indsætte ledende gel med en Luer-lock-sprøjte med en stump nål.
    4. Ved hjælp af EEG-optagelsessoftwaren skal du klikke på impedanser og sørge for, at de er under det modstandsniveau, der anbefales af det specifikke EEG-system, der er valgt til brug af forskerne.
    5. Bed forsøgspersonen om at forblive så stille som muligt under eksperimentet. Vis motivet EEG-signalet, når de er stille, og når de blinker eller laver kæbe- eller ansigtsbevægelser.
  2. Optag EEG.
    1. Indstil EEG-forstærkeren med EEG-optagelsessoftwaren ved at klikke på rediger arbejdsområde og indstil til at erhverve signal med et .1\u2012100 Hz båndpasfilter og 500 Hz samplingshastighed for alle emner.
    2. Start EEG-optagelsen.
    3. Start kildehentningsfasen, og sørg for, at tidsstemplerne fra kildehentningsopgaven vises i EEG-registreringen.
  3. Når motivet har afsluttet kildehentningsopgaven, skal du rengøre EEG-hætten og elektroderne med deioniseret vand og desinfektionsmiddel.
  4. Behandle og analysere EEG-dataene.
    1. High-pass filtrerer dataene ved 1 Hz og low-pass filtrerer dataene ved 100 Hz.
    2. Identificer og interpoler dårlige kanaler ved hjælp af omgivende kanaler50.
    3. Omrefence dataene til en gennemsnitlig reference51.
    4. Segmentér dataene i forhold til starten af hvert tidsstempel fra kildehentningsopgaven, og træk en præstimuleringsbasisperiode fra.
    5. Identificer og fjern artefakter i EEG-dataene, f.eks. artefakter med øjenblink og øjenbevægelser. Detekter og afvis forsøg med store artefakter (spændingsudsving på over 1.000 μV eller data 5 standardafvigelser ud over normen). Rekonstruere EEG efter at have kørt uafhængig komponentanalyse (ICA)52 og identificeret og fjernet støjkomponenter53.
    6. Konverter EEG-data til tidsfrekvensdomænet på tværs af 100 log-spaced frekvenser fra 3 Hz til 125 Hz ved hjælp af en Morlet wavelet transformation med wavelet stigende fra 3 cyklusser ved 3 Hz til 25 cyklusser ved 125 Hz.
    7. Sammenlign theta-kraften i forhold til præ-stimulus baseline i mindfulness meditation eksperimentelle og venteliste kontrolgrupper på tværs af pre-training og post-training eksperimentelle sessioner i højre frontale og venstre parietale kanaler, som viser effekter under kilde hentning54,55,56,57. Alle analyser bør kontrolleres for flere sammenligninger.
      BEMÆRK: EEG-dataene kan behandles og analyseres ved hjælp af offentligt tilgængelig software designet til signalbehandling såsom EEGLab58. EEGLab træningsworkshops og tutorials er tilgængelige via Swartz Center for Computational Neuroscience (https://sccn.ucsd.edu/eeglab/index.php).

5. Mindfulness meditation træning

  1. Ansæt en mindfulness meditationsinstruktør, der er uddannet i Mindfulness Based Stress Reduction (MBSR) teknik59.
    BEMÆRK: Instruktører, der er uddannet i MBSR-teknikken, kan findes online (f.eks. https://www.brown.edu/public-health/mindfulness/programs/mbsr-teacher-recognition).
  2. Få de 20 forsøgspersoner i mindfulness meditationseksperimentalgruppen til at mødes som en gruppe i en time hver uge i fire uger med mindfulness meditationsinstruktøren.
    BEMÆRK: Standard MBSR-kurset er otte uger og inkluderer åndedrætsbevidsthed, siddende meditation, yoga og afslapningsteknikker. Mindfulness meditationstræningen bør omfatte aspekter af standard MBSR-kurset såsom åndedrætsbevidsthed og siddende meditation (se supplerende fil 3). Disse praksis, der vedrører fokusering af opmærksomhed og udøvende funktion, vil sandsynligvis bidrage til episodisk hukommelse.
  3. Få emner til at øve mindfulness meditation i mindst 20 minutter hver dag ved hjælp af en guidet åndedrætsbevidsthedsmeditationsoptagelse leveret af mindfulness meditationsinstruktøren.
  4. Spor daglig mindfulness meditationspraksis ved at spørge emner, hvor mange minutter de praktiserede mindfulness meditation, hvad de gjorde under deres meditation, og hvordan øvelsen gik for dem gennem daglige e-mailede undersøgelser (se Tabel over materialer).
    BEMÆRK: Forskere bør overveje at udelukke emner, der ikke bruger en betydelig mængde tid på at praktisere mindfulness meditation.
  5. Planlæg eksperimentel session efter træning så hurtigt som muligt efter afslutningen af mindfulness meditationstræningen.
    BEMÆRK: Forskere bør overveje at udelukke forsøgspersoner, der ikke er i stand til at gennemføre eksperimentel session efter træning kort efter afslutningen af mindfulness-meditationstræningen. Kontakt venligst eksperter inden for kognitiv neurovidenskab, der bruger EEG-teknikken til randomiserede kontrollerede eksperimenter for yderligere information.

Representative Results

Repræsentative resultater rapporteres for 40 meditationsnaive, højrehåndede, flydende engelsktalende emner (10 mandlige og 10 kvindelige forsøgspersoner fra 18 til 22 år i mindfulness meditation eksperimentelle gruppe og 7 mandlige og 13 kvindelige emner fra 18 til 22 år i venteliste kontrolgruppen). Adfærdsmæssige og EEG-data blev analyseret ved hjælp af blandet variansanalyse (ANOVA), der sammenlignede mindfulness meditation eksperimentelle og venteliste kontrolgrupper (eksperimentel, kontrol) over tid (før træning, efter træning). Alle post-hoc-tests korrigeret for flere sammenligninger.

Mindfulness spørgeskemaer
Først vurderede analysen, om mindfulness meditationstræningen var vellykket. Emner brugte en betydelig mængde tid på at praktisere mindfulness meditation, og deres mindfulness steg målt ved FFMQ. Specifikt var der en interaktion mellem gruppe og tid for FFMQ Total (F(1,38) = 11,15, MSE = 67,67, p <. 01) og en marginal interaktion mellem gruppe og tid for FFMQ Describe (F(1,38) = 3,35, MSE = 12,26, p = .08) og Nonjudge (F(1,38) = 3,87, MSE = 15,37, p = .06) skalaer. Scorerne steg fra prætræning til efteruddannelse for FFMQ Total (F(1,19) = 15,60, MSE = 63,34, p < .01), Describe (F(1,19) = 6,36, MSE = 8,44, p = .02) og Nonjudge (F(1,19) = 10,12, MSE = 8,60, p < .01) skalaer for mindfulness meditation eksperimentel gruppe, mens ventelistekontrolgruppen ikke ændrede sig (se tabel 1).

Eksperimentel Kontrol
Fortræning Efter træning Fortræning Efter træning
Total 128.13 (2.38) 138.07 (3.24) 123.59 (4.19) 121.25 (4.77)
Iagttage 26.98 (1.16) 28.70 (1.00) 23.83 (1.14) 23.70 (1.26)
Beskrive 29.5 (1.36) 31.82 (.99) 27.10 (1.25) 26.55 (1.26)
Bevidsthed 25.25 (1.06) 26.95 (1.12) 25.27 (.94) 24.05 (1.28)
Ikke-dommer 24.65 (1.26) 27.60 (1.40) 27.50 (1.42) 27.00 (2.05)
Nonreacitve 21.75 (.99) 23.00 (1.08) 19.90 (1.09) 19.95 (1.16)

Tabel 1: Fem facet Mindfulness spørgeskemadata. FFMQ Total samt Observer, Beskrive, Bevidsthed, Nonjudge og Nonreactive scorer for mindfulness meditation eksperimentelle og venteliste kontrolgruppen for pre-training sammenlignet med post-training eksperimentel session. Midler med standardfejl i parentes vises. Denne tabel er ændret fra Nyhus et al.60.

Episodisk hukommelse
For det andet undersøgte analysen effekten af mindfulness meditation på adfærdsmæssig præstation af den episodiske hukommelsesopgave. Mindfulness meditationstræningen førte til stigninger i kildehukommelsen målt ved kildediskrimination (kilde d'). Selv om der ikke var nogen interaktion mellem gruppe og tid (F(1,38) = 1,16, MSE = .12, p = .29), viste parvise sammenligninger, at kildediskrimination steg fra prætræning til efteruddannelse for mindfulness-meditationseksperimentalgruppen (F(1,19)=10,53, MSE=.12, s<,01), men ikke ventelistekontrolgruppen (se tabel 2).

Eksperimentel Kontrol
Betingelse Fortræning Efter træning Fortræning Efter træning
Slå Placer korrekt kilde .66 (.02) .67 (.03) .71 (.03) .69 (.02)
Behagelighed korrekt kilde .61 (.03) .72 (.03) .64 (.05) .74 (.03)
FA Placer forkert kilde .34 (.02) .33 (.03) .29 (.03 .31 (.02)
Behagelighed forkert kilde .39 (.03) .28 (.03) .36 (.05) .26 (.03)
Kilde d' .70 (.11) 1.06 (.12) 1.04 (.17) 1.23 (.14)
Kilde c -.06 (.05) .07 (.05) -.12 (.12) .10 (.07)

Tabel 2: Kildeadfærdsdata. Hitrate, false alarm rate, source discrimination (source d') og response bias (kilde c) for mindfulness meditationseksperimentet og ventelistekontrolgruppen for pre-training sammenlignet med eksperimentel session efter træning. Midler med standardfejl i parentes vises. Denne tabel er ændret fra Nyhus et al.60.

EEG-resultater
For det tredje undersøgte EEG-analyse effekten af mindfulness meditation på en neural korrelation af episodisk hukommelse. Specifikt blev theta-effekten undersøgt i højre frontale og venstre parietale kanaler fra 1000 til 1500 ms, da disse effekter er fundet i flere kildehentningsopgaver54,55,56,57. For de venstre parietale kanaler interagerede gruppen med tiden (F(1,37) = 9,52, MSE = .92, p < .01). Theta-effekten steg fra prætræning til eftertræning for mindfulness-meditationseksperimentalgruppen (F(1,19) = 17,37, MSE = .23, s< .01), men ikke ventelistekontrolgruppen (se figur 5).

Figure 5
Figur 5: Effekt af mindfulness meditation på theta power. Theta power til mindfulness meditation eksperimentel og venteliste kontrolgruppe til pre-training sammenlignet med post-training eksperimentelle session. (A) Tidsfrekvensspektrogrammer på tværs af tider og frekvenser i en højre frontkanal. (B) Tidsfrekvensspektrogrammer på tværs af tider og frekvenser i en venstre parietalkanal. (C) Theta magt på tværs af alle kanaler fra 1000-1500 ms og forskelle fra pre-training til post-training. (C) Sorte * mærker analyserede kanaler i højre frontale og venstre parietale regioner. Farveskala: decibelændring fra præ-stimulus baseline og p-værdi af præ-træning til forskelle efter træning. Dette tal er ændret fra Nyhus et al.60. Klik her for at se en større version af denne figur.

Endelig blev sammenhængen mellem ændringer i mindfulness og ændringer i episodisk hukommelse adfærdsmæssig præstation og EEG undersøgt i mindfulness meditation eksperimentelle gruppe. Der var en positiv sammenhæng mellem stigninger i FFMQ Beskriv score fra prætræning til eftertræning og EEG theta-effektstigninger fra prætræning til eftertræning i højre frontalkanaler (r = .72, n = 20, p < .01, tohalet, Bonferrroni korrigeret; se figur 6).

Figure 6
Figur 6: Korrelation mellem ændringer i FFMQ og theta power. Korrelation mellem den gennemsnitlige forskel i theta power mellem pre-training og post-training for hits og korrekte afvisninger i højre frontal kanaler og forskellen i FFMQ Beskriv score mellem pre-training og post-training. Dette tal er ændret fra Nyhus et al.60. Klik her for at se en større version af denne figur.

Supplerende fil 1. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende fil 2. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende fil 3. Klik her for at downloade denne fil.

Discussion

Den nuværende protokol gav det første bevis for, at mindfulness meditation kan øge kildehukommelsen og theta-svingninger. Ved at kombinere træning i mindfulness meditation med adfærdsmæssige og neurale foranstaltninger er vi bedre i stand til at forstå virkningerne af mindfulness meditation på episodisk hukommelse og dens neurale korrelater.

Selvom tidligere forskning separat har undersøgt de adfærdsmæssige virkninger af mindfulness meditation på episodisk hukommelse 17,18,19,20 og de neurale virkninger af mindfulness meditation1,21,22,23,24,25,26,27,28,29 ,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45 , ingen undersøgelse har kombineret adfærd og EEG under episodisk hukommelse. Derudover har tidligere forskning om mindfulness meditation ofte studeret ekspert mediterende 1,17,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,32,33,35, 36,37,38,39,40,41,43,44 og risikerer derfor selvvalgsbias. Ved at bruge et langsgående design med tilfældigt tildelte mindfulness meditation og venteliste kontrolgrupper var vi bedre i stand til at kontrollere for gruppeforskelle. Endelig har tidligere forskning om mindfulness meditation ofte brugt det fulde 8-ugers MBSR-kursus, men den nuværende undersøgelse viste signifikante effekter med kun 4 ugers mindfulness meditationstræning.

Der var en række vigtige trin i en vellykket implementering af disse metoder. For det første var tilfældig tildeling til mindfulness meditation eksperimentel eller venteliste kontrolgruppe afgørende for at sikre, at grupperne var nogenlunde ens. For det andet var det vigtigt at fokusere mindfulness meditationstræningen på aspekter af MBSR-kurset, der vedrører fokusering af opmærksomhed og udøvende funktion (f.eks. Åndedrætsbevidsthed), da disse mest sandsynligt vil bidrage til episodisk hukommelse. For det tredje var det vigtigt at få forsøgspersoner til at bruge en betydelig mængde tid på at praktisere mindfulness meditation og nøjagtigt rapportere den tid, de brugte på at meditere hver dag. For det fjerde var det vigtigt at ligestille tiden mellem eksperimentelle sessioner før træning og efter træning mellem mindfulness meditation eksperimentelle og venteliste kontrolgrupper for at kontrollere timingen og planlægge den eksperimentelle session efter træning så hurtigt som muligt efter mindfulness meditationstræningen, så virkningerne af mindfulness meditationstræning ikke forsvandt inden test. For det femte er det sandsynligt, at mindfulness meditation påvirker episodisk hukommelse ved at øge opmærksomheden og den udøvende funktion. Derfor var det vigtigt at bruge en episodisk hukommelsesopgave, der kræver udøvende funktion såsom kildehukommelse. Endelig er det vigtigt at få EEG-data af høj kvalitet, der er fri for artefakter.

Selvom der var fordele ved denne metode i forhold til eksisterende metoder, skal der bemærkes nogle få begrænsninger. Effekten af mindfulness meditation på kildehukommelsen var svag. Dette kunne have været resultatet af at bruge emner, der var sunde unge voksne med god hukommelsesevne eller den begrænsede tid, som forsøgspersoner brugte på at øve mindfulness meditation. Den 4-ugers mindfulness meditationstræning var kortere end standard 8-ugers MBSR-kursus, og i gennemsnit rapporterede forsøgspersoner ikke at bruge hele 20 minutter på at praktisere mindfulness-meditation hver dag. Derudover var der ingen aktiv kontrolgruppe, så det er uklart, hvordan mindfulness meditation sammenligner med andre behandlinger i at øge kildehukommelsen eller theta-svingninger. Endelig adskiller de EEG-analysemetoder, der anvendes her, ikke bidraget fra periodisk oscillerende effekt fra aperiodisk 1/f ikke-oscillerende effekt, hvilket kan påvirke fortolkningen af resultaterne. Derfor bør fremtidig forskning overveje at bruge forsøgspersoner med svagere hukommelsesevne, implementere det fulde 8-ugers MBSR-kursus, anvende en aktiv kontroltilstand og bruge nyudviklede analysemetoder, der adskiller oscillerende og 1/f ikke-oscillerende aktivitet61.

Derfor lykkedes det de nuværende metoder at kombinere adfærd og EEG for at studere virkningerne af mindfulness meditation på episodisk hukommelse. Fremtidig forskning bør bruge disse metoder til at sammenligne mindfulness meditation med andre behandlinger, der har vist sig at forbedre episodisk hukommelse og ændre hjernens struktur og funktion. Derudover bør fremtidig forskning kombinere adfærd og neurale foranstaltninger for at undersøge virkningerne af mindfulness meditation på andre facetter af kognition. Ved at kombinere adfærdsmæssige og neurale foranstaltninger og sammenligne mindfulness meditation med alternative behandlinger vil vi være bedre i stand til at bestemme de mest lovende behandlinger for kognitiv forbedring.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af administration ved Bowdoin College og Bowdoin Life Sciences Research Fellowship, Peter J. Grua og Mary G. O'Connell Faculty / Student Research Award og Kufe Family Student Research Fellowship. Vi takker Benjamin Tipton for at lede mindfulness meditationskurset og Hannah Reese for hjælp med eksperimentdesign og analyse.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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. , Guilford Press. (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. , Brown University Press. (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. The Wiley Handbook on the Cognitive Neuroscience of Memory. Addis, M., Barense, M., Duarte, A. , John Wiley & Sons, Ltd. 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. , Dell Publishing. (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

Neurovidenskab udgave 159 Adfærd mindfulness meditation episodisk hukommelse hukommelseshentning EEG theta svingninger
Kombination af adfærd og EEG for at studere virkningerne af mindfulness meditation på episodisk hukommelse
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Nyhus, E., Engel, W. A., Pitfield,… More

Nyhus, E., Engel, W. A., Pitfield, T. D., Vakkur, I. M. W. Combining Behavior and EEG to Study the Effects of Mindfulness Meditation on Episodic Memory. J. Vis. Exp. (159), e61247, doi:10.3791/61247 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter