本研究使用功能性近红外光谱 (fNIRS) 测量了 27 名成人在 23 分钟块状设计瑜伽体式序列中的前额叶皮层活动。在练习前后记录静息态连接。研究结果强调了 fNIRS 在基于运动的研究中的有效性,并为瑜伽体式的效果提供了神经学见解。
方法文章
本研究使用功能性近红外光谱 (fNIRS) 测量了 27 名成人在 23 分钟块状设计瑜伽体式序列中的前额叶皮层活动。在练习前后记录静息态连接。研究结果强调了 fNIRS 在基于运动的研究中的有效性,并为瑜伽体式的效果提供了神经学见解。
本研究旨在使用功能性近红外光谱 (fNIRS) 移动神经成像技术来检查瑜伽体式(身体瑜伽姿势)之前、期间和之后前额叶皮层 (PFC) 活动的变化。共有 27 名健康成年人参加了使用块状设计的 23 分钟瑜伽体式课程。在序列之前和之后,参与者完成了两个 6 分钟的、与任务无关的静息状态。使用位于颅骨前部区域的 fNIRS 仪器连续记录 PFC 活性。该会话包括一个控制姿势和三个主动姿势交替。每个主动姿势保持 30 s,然后是 25-30 s 的控制姿势间隔,重复 8 次。这种块设计产生了 25 个控制姿势间隔和每个活动姿势的 24 次重复。分析包括对原始 fNIRS 数据进行预处理以计算氧合血红蛋白 (HbO) 和脱氧血红蛋白 (HbR) 的浓度、运动伪影校正以及使用具有 Bonferroni 校正的方差分析进行统计评估。连接分析检查了前额叶皮层的半球间和半球内相关性。总之,本研究证明了 fNIRS 在现实世界、基于运动的环境中的效用,并提供了对瑜伽体式效果的神经学见解。
瑜伽是一种古老的印度练习,它融合了身体姿势 (体式)、呼吸练习 (pranayama)、冥想和道德原则,以促进整体身心健康。近年来,瑜伽越来越被认为是治疗心理健康状况的补充干预措施,并得到了越来越多的科学研究的支持。大量研究表明,定期练习瑜伽可以显着减轻焦虑、抑郁和压力的症状,同时增强情绪、情绪调节和整体心理弹性 1,2,3。荟萃分析和随机对照试验进一步证实了瑜伽作为抑郁症和创伤后应激障碍辅助疗法的疗效,证据还表明可以改善生活质量和认知功能 4,5,6,7,8。
尽管有这些有希望的证据基础,但基于运动的瑜伽练习背后的神经机制,尤其是身体姿势(体式),仍然知之甚少 9,10。这种知识差距阻碍了将瑜伽整合到神经认知干预模型的努力。本研究的目标是实时调查与瑜伽体式练习相关的大脑活动,从而有助于对基于运动的沉思练习如何影响皮质功能的机械理解。
为了实现这一目标,我们采用了功能性近红外光谱 (fNIRS),这是一种非侵入性、便携式神经成像技术,可测量大脑皮层的血流动力学反应11。使用 fNIRS 的基本原理植根于它能够在自然、直立运动期间监测大脑活动——这种方法是 fMRI 或 PET 等传统成像方法无法实现的,该方法要求参与者在人工环境中保持不动12。与这些替代方案相比,fNIRS 具有几个优点:它安静、运动容忍,并允许在真实环境中研究生态有效的任务13。因此,它已被广泛用于运动学习、认知工作量、婴儿发育、步态和平衡以及正念练习的研究,对静态和动态条件下的前额叶皮层活动产生可靠的见解 14,15,16,17,18.它在自然环境中的应用,尤其是在运动过程中,为研究具身认知和综合健康干预的神经基质开辟了新的途径。
然而,很少有研究专门将这种技术应用于瑜伽体式,而且很少有人在一次训练的整个时间弧线上这样做——从练习前到练习中再到练习后——使用具有人口代表性的样本。为了解决这个问题,目前的研究采用了使用 fNIRS 的块设计方案来检查结构化瑜伽体式序列之前、期间和之后的皮质活动和静息态连接。该研究是在自然主义的环境中进行的,包括来自墨西哥的 27 名以西班牙语为母语的参与者,从而解决了关于瑜伽对拉丁裔西班牙语人群影响的文献中的重大空白。参与者的年龄从 18 岁到 65 岁不等,包括具有广泛瑜伽经验的男性和女性,从完全的初学者到具有长达 15 年定期练习的练习者。所有参与者都报告没有严重的心理或生理状况会阻止他们完成 23 分钟的瑜伽课程。患有严重精神疾病或行动受限的身体状况的个体被排除在外。虽然参与者没有接受特定的医学病理学检查,如高血压或糖尿病,但在会议前明确解释说,如果他们感到不适或不舒服,他们可以随时停止。事先商定,任何未完成的会议都将被排除在分析之外。
在最初的 30 名参与者中,没有人因瑜伽练习期间的不适而退出。然而,由于硬件干扰或技术软件故障可能引起的信号噪声过大,3 项研究被排除在最终分析之外。通过包括人口统计学上多样化和具有代表性的样本并允许实时、运动容忍成像,这项研究提高了研究结果的生态有效性和普遍性。寻求研究基于运动的冥想练习的神经动力学的研究人员和临床医生可能会发现这种方法与认知神经科学、康复科学和综合心理健康研究中的应用特别相关。
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实验程序根据赫尔辛基宣言进行,由圣路易斯波托西自治大学伦理委员会机构审查委员会 [CIACYT-CEI-003] 审查和批准。所有参与者都提供了签署的知情同意书。
1. 参与者招募和人口统计
2. 实验程序
3. 静息状态、瑜伽体式块设计、测量练习
注意:如图 4 所示,每个动态姿势(B、C、D)保持 30 秒,并与姿势 A 交错作为基线条件,保持 25-30 秒。该基线作为生理参考点,以隔离和比较特定于其他姿势的大脑活动。为了最大限度地减少疲劳并确保研究侧重于形式而不是劳累,参与者使用 Kurunta 绳索以每个姿势提供支持,Kurunta 绳索是艾扬格瑜伽治疗性的一种方法,可以让保持姿势而不会拉伤。此外,在体式序列之前和之后记录了 6 分钟的静息态测量值,在此期间,参与者闭着眼睛坐着,以捕捉练习前后的大脑连接。
4. 瑜伽体式期间血流动力学反应功能的 fNIRS 数据分析
注意:功能性近红外光谱 (fNIRS) 通过两个主要参数测量皮质血流动力学的变化:氧合血红蛋白 (HbO) 和脱氧血红蛋白 (HbR)。这些生物标志物是由神经血管耦合原理介导的神经活动的血管相关性。神经元激活增加导致耗氧率增加,局部脑血流量升高过度补偿,通常导致 HbO 同时增加和 HbR 降低。在这项研究中,使用多通道 fNIRS 系统记录这两个参数,以量化瑜伽体式练习期间的血流动力学反应。测量平均 HbO 值提供了一个稳健可靠的激活指标,尤其是在基于运动的任务中,因为它对噪声和建模假设的敏感性低于模型衍生的 β 系数 26。然而,虽然 HbO 因其较高的信噪比而经常被优先考虑,但结合 HbR 对于增强数据的生理解释至关重要。HbR 信号通过深入了解大脑的代谢反应和氧提取动力学来补充 HbO27。同时分析 HbO 和 HbR 有助于避免过度简化并增强观察到的神经模式的有效性 28。

5. 静息态功能连接的 fNIRS 数据分析
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主动通道的初步分析显示,控制姿势 A 与姿势 B 和 C 之间存在显着差异(图 5A-B)。然后使用软件包 Origin(Pro) 2018 版进行单向重复测量方差分析,以评估跨通道估计的血流动力学反应函数 (HRF) 的平均 HbO 值的统计差异。使用 Shapiro-Wilk 检验评估正态性假设。
当使用多通道功能近红外光谱 (fNIRS) 时,从多个通道收集数据需要执行大量统计测试。这自然会增加 I 类错误的可能性,其中至少一个真零假设可能会因比较量大而被错误地拒绝46。为了解决这个问题,考虑到显着性阈值 p < 0.05,应用了与 Bonferroni 校正的事后成对比较来调整多重比较。Bonferroni 校正根据为帮助管理系列误差率 (FWER) 而进行的检验数量修改显著性阈值。尽管 Bonferroni 方法以高度保守而闻名,可能导致更高的 II 型错误率或错过真实效果,但它在本研究中是合...
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本研究利用 fNIRS 来评估结构化瑜伽体式练习期间的 PFC 活动,强调实际神经影像学的关键方法学考虑和进步。关键的协议要素包括精确的 fNIRS 光头放置、最佳源-检测器间距 (3.0 cm) 和适当的光头-头皮耦合,以确保准确的信号采集。在瑜伽绳索的支持下,在主动姿势 (B、C、D) 和基线姿势 (A) 之间交替的随机块设计,最大限度地减少了参与者的疲劳并确保了一致的数据收集。使用较短的分离通道(间距 1.0 cm)减少了浅表血流动力学干扰,提高了测量精度。为了隔离神经信号并减轻基于运动的研究中常见的运动伪影,采用了 GLM 和 TCCA 滤波器。
实时监测光电定位和信号质量,允许立即进行调整,以防止信号因毛发或耦合不良而退化。尽管采取了这些预防措施,但残余运动伪影仍然存在,这凸显了信号校正算法和硬件进一步改进的必要性。
这种方法的主要局限性是它对运动伪影的敏感性,尽管有 TCCA 滤波器和短分离通道回归,这仍然导致了数据可变性。自适应滤波技术、卡尔曼滤...
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M. Goodrick 是瑜伽工作室 Karmuka Yoga 的老板。其余作者没有需要声明的利益冲突。
作者衷心感谢 CONAHCYT 的财政支持,其中包括为主要作者提供奖学金和购买 fNIRS 设备的资金。作者还对志愿者表示衷心的感谢,他们的参与对这项研究的成功至关重要。M. Goodrick 通过奖学金编号感谢 CONAHCYT 的支持。CVU 1241565。E. Guevara 感谢 CONAHCYT 前沿科学项目 20884 的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 3-D 数字化仪 | 阿蒂尼斯医疗 | DGT-456型 | 用于瓶盖放置和区域映射 |
| Brite MKII fNIRS 设备 | 阿蒂尼斯医疗 | BR-MK2型 | 用于PFC数据的便携式fNIRS仪器 |
| Harmony 瑜伽垫 3/16”(5 毫米)厚 68 英寸(173 厘米) | 玉 | HAR368 | 练习体式的稳定表面 |
| HOMER 3 软件 | 波士顿大学神经光子学中心(开源) | 荷马 v1.54 | 用于fNIRS数据预处理 |
| Origin(Pro) 软件 | 起源实验室 | 组织-2023 | 数据统计分析 |
| Oxysoft 软件 | 阿蒂尼斯医疗 | 氧-001 | 实时信号采集 |
| Piola 棉 12 毫米绳索 | 防水布用品 | 不适用 | 壁挂式瑜伽绳系统的一部分 |
| PowerPoint 演示文稿设置 | Microsoft | 不适用 | 用于教学视觉效果 |
| 不锈钢挂钩 | 霍姆希尔 | 流西-050 | 壁挂式瑜伽绳系统的一部分 |
| 壁挂式瑜伽绳系统 | 定制 | 不适用 | 瑜伽姿势的辅助工具 |
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