冥想練習對中老年女子心率變異性及腦波的影響

張靜

摘 要：目的：評價冥想練習對中年女子心率變異性及腦波的影響。方法：募集到15名45～60歲中老年女性為觀察對象。觀察其冥想訓練前后心率變異性（HRV）、腦波變化以及兩者之間的關(guān)系。結(jié)果：冥想訓練前后，其HRV指標發(fā)生了明顯變化，表現(xiàn)為冥想練習后nHF顯著增加（P=0.004），而nLF（P<0.001）和LF/HF（P<0.001）顯著下降。前額區(qū)和中央?yún)^(qū)α1（8～10 Hz）以及中央?yún)^(qū)α2（10～12 Hz）波功率顯著增加（P<0.01），而枕區(qū)α波功率沒有顯著性變化。前額區(qū)高頻段的θ2波（6～8 Hz）功率顯著增加（P<0.01）。同時，冥想訓練前后，位于額區(qū)的Fz和中央?yún)^(qū)Cz的θ2波功率變化與HRV的nHF變化呈顯著正相關(guān)，Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.603和0.486。同時，位于額區(qū)的Fz和Cz的α1（8～10 Hz）波功率變化、位于Cz的α2波功率與nLF和LF/HF呈顯著的負相關(guān)。結(jié)論：冥想練習可以影響練習者心臟的HRV功能以及腦波變化，而且冥想訓練可能通過改變腦內(nèi)局部區(qū)域的功能，進而影響自主神經(jīng)系統(tǒng)的功能。

關(guān)鍵詞：冥想;心率變異性;腦波;中老年女子

中圖分類號：G804.2文獻標識碼：A文章編號：1009-9840（2018）06-0066-05

老齡化是中國正在面臨的一個社會問題，而伴隨著老齡化出現(xiàn)的一個重要問題就是老年人心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)支配功能下降。心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)功能可以使用心率變異性（Heart Rate Variability， HRV）進行評價[1]，而心率變異性受各種生理學因素的影響，包括年齡、身體姿勢以及生物節(jié)律[2]。HRV能夠反映身體的一些病理狀態(tài)，例如充血性心力衰竭、糖尿病性神經(jīng)病變以及冠狀動脈心臟病[3]。HRV隨著年齡的增長其相關(guān)指標的變化能力下降[4]。HRV是用來衡量交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)系統(tǒng)平衡性的指標，[JP+1]而且在測量時無損傷，便于人們接受，所以目前HRV已經(jīng)成為研究自主神經(jīng)系統(tǒng)功能的一種有效手段。有研究表明冥想訓練可以影響自主神經(jīng)系統(tǒng)的活動[1]。冥想是一種深度安靜但又處于警覺狀態(tài)的精神活動[5]，冥想訓練作為一種精神訓練法可以緩解精神壓力以及輔助情感管理[6]。近些年來，有越來越多的學者使用腦電和自主神經(jīng)系統(tǒng)指標評價訓練過程中的意識變化，有研究表明冥想訓練可以提高練習者腦電α波的功率[7]。盡管目前普遍認為冥想訓練可以提高練習者內(nèi)在的注意力或?qū)Ｗ⒍龋乙呀?jīng)有研究報道冥想訓練方法能夠影響自主神經(jīng)系統(tǒng)中交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)之間的平衡性，但是有關(guān)冥想訓練過程中自主神經(jīng)系統(tǒng)的功能是如何變化以及變化的腦機制研究還鮮有報道。

目前有學者研究了長期的冥想練習對練習者安靜狀態(tài)下腦波的影響以及負面情緒的影響[8]，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過長期的霎哈嘉瑜伽冥想訓練后閉眼安靜狀態(tài)下θ波功率以及低頻段α波功率顯著增加。另外，F(xiàn)an等人發(fā)現(xiàn)經(jīng)過短期5天的身心結(jié)合意念訓練后，受試者安靜狀態(tài)下α波的功率水平顯著提高，受試者在認知任務中的反應時也相應提高[8]。Reva等人發(fā)現(xiàn)長期的霎哈嘉瑜伽冥想訓練提高了練習者情感圖片判斷誘發(fā)的ERP幅值，他們認為冥想訓練增加了前額區(qū)從上至下的信息處理能力[9]。這些研究都為本研究提供了依據(jù)，即冥想訓練可以對腦功能產(chǎn)生影響。

本研究觀察冥想訓練過程中對中老年女性練習者心率變異性和腦波的影響以及腦波變化與心率變異性變化指標的關(guān)系，為揭示冥想對心率變異性影響的腦機制研究提供依據(jù)。

1 研究方法與對象

1.1 研究對象

本研究在沈陽某社區(qū)募集到15名45～60歲的中老年女性，年齡52.5± 4.8 歲，身高160.4 ± 4.1 cm，體重60.3 ± 8.2 kg。這些受試者之前都未接觸過冥想訓練，不懂冥想技巧。排除標準：有高血壓、糖尿病、心臟病以及任何有過瑜伽和有氧健身練習經(jīng)歷和背景的人排除在外。入組標準：年齡在45～60歲之間的女性、身體健康。該實驗得到學校倫理委員的批準。實驗前向每一名受試者說明實驗的具體情況，得到了每一名受試者的同意，并且簽署了知情同意書。

1.2 研究方法

1.2.1 研究設計

在一名專業(yè)冥想訓練教師的指導下進行冥想訓練，要求練習者集中注意力于自身的呼吸，當練習者呼氣時數(shù)數(shù)字，而吸氣時不數(shù)數(shù)字，按照此要求從1數(shù)到100，完成一個小周期練習，然后再重新進行新的周期練習，一共持續(xù)時間為6 min左右。練習過程中要求閉目，注意力集中于記住自身的呼吸，呼吸頻率控制在0.25 Hz左右，為了保證呼吸頻率，使用聲音節(jié)奏引導受試者的呼吸。

在練習前采集受試者的呼吸頻率也要控制在0.25 Hz，因為HRV受呼吸頻率影響，但是不要求受試者注意力集中于記住自身的呼吸，僅僅進行平靜狀態(tài)下閉目、平穩(wěn)呼吸，同樣記錄6 min。

在兩種狀態(tài)下時，分別采集受試者的EEG和ECG，然后進行EEG腦波功率譜分析和ECG的HRV分析。比較前后兩種狀態(tài)下EEG腦波功率譜和HRV相關(guān)指標的變化。

1.2.2 數(shù)據(jù)采集與分析

1.2.2.1 ECG采集及HRV分析

利用生物反饋儀采集受試者的心電信號，采樣頻率為250 Hz，電極安放按照文獻報道的方法放置[10]。采集受試者安靜仰臥位姿勢下6 min的ECG信號。

為了減少心率波動對HRV分析的影響，本研究中將開始后和結(jié)束前30 s的EEG數(shù)據(jù)去掉，保留平穩(wěn)期內(nèi)5 min的ECG數(shù)據(jù)。

在進行HRV分析時，主要針對頻域指標進行分析。HRV的頻域指標是將原始的ECG信號通過快速傅里葉轉(zhuǎn)換（FFT）變成頻譜信號，進而對其頻率成分進行分析，低頻率成分（0.04～0.15 Hz）（low frequency，LF）、高頻率成分（0.16～0.45 Hz）（high frequency， HF）。低頻率成分對壓力感受性反射引起的心率變化產(chǎn)生反應，并且反應的是交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的混合對HRV的調(diào)節(jié)。HF反應的與呼吸有關(guān)的副交感神經(jīng)對HRV的調(diào)節(jié)（例如呼吸性竇性心率不齊）[11]。為了減少HRV個體差異性的影響，目前將LF和HF進行標準化處理，即將總功率中減去極低頻率功率成分后，LF和HF及其相對值表示為nLF和nHF，標準化的nLF和nHF能夠降低因為個體HRV的總功率不同而引起的差異。LF/HF可以評價交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的平衡性，該值變小說明副迷走神經(jīng)活動占優(yōu)勢，該值變大說明交感神經(jīng)支配占優(yōu)勢。

1.2.2.2 EEG采集及腦波分析

利用LiveAmp16導無線腦電儀采集受試者的EEG信號，接地電極位于頭頂處，參考電極為雙側(cè)顳骨乳突連接。同時監(jiān)測受試者的垂直眼電，監(jiān)測垂直眼電的電極置于右側(cè)下眼瞼處1 cm。電極采樣頻率設置為500 Hz，濾波范圍為0.5～100 Hz。采集EEG信號前，先進行洗頭發(fā)，將頭皮上的油脂和頭皮洗凈，以降低電極阻抗，然后用風筒將頭發(fā)吹成半干狀態(tài)，以便增強導電性。用專業(yè)的磨砂紙去除雙側(cè)顳骨乳突以及右側(cè)下眼瞼的角質(zhì)皮，以降低電極阻抗，通過這些處理后將所有電極阻抗都降低到10千歐姆以下。受試者準備好后，開始采集受試者者平躺仰臥位姿勢下的閉眼EEG數(shù)據(jù)6 min。

將原始腦電信號進行右眼去除偽跡處理，由于受試者處于平躺靜臥位，很少有偽跡干擾成分。將手動刪除偽跡處理后的原始腦電進行眼電校正，即將有眼電干擾的通道電極進行校正。將去除眼電干擾的連續(xù)腦電分割為若干個15 s的時間段epoch。將每一個時間段進行低通濾波，截止頻率為35 Hz;然后再次將濾波處理后的腦電進行閾值法去除偽跡，閾值標準為±70 μv。最后，無偽跡干擾的時間段epoch的個數(shù)平均為22.5±1.8個。

將這些腦電信號進行功率譜分析，功率譜分析采用FFT的方法將原始的腦電信號進行頻譜功率計算（μV2），原始的功率值取以10為底的對數(shù)作為觀察值ln。按照文獻的報道，本研究選取了θ1波（4～6 Hz）、θ2波（6～8 Hz）、α1波（8～10 Hz）、α2波（10～12 Hz）、β波（13～30 Hz）作為觀察的EEG波段，同時選取了前額區(qū)（Fz）、中央?yún)^(qū)（Cz）、枕區(qū)（Oz）作為主要的觀察腦區(qū)代表區(qū)域。

1.2.3 統(tǒng)計學分析

本研究采用的是組內(nèi)設計，冥想訓練干預前后相關(guān)指標的變化，統(tǒng)計學軟件為社會學統(tǒng)計軟SPSS17.0。首先對數(shù)據(jù)進行Kolmogorov-Smirnov正態(tài)分布檢驗，在本研究中數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布特征，因此采用配對樣本T檢驗進行統(tǒng)計學分析。

對于腦電數(shù)據(jù)來說，進行三因素重復測量方差分析：運動干預（2個水平：pre-exercise、post-exercise）×腦區(qū)（3個水平：Fz、Cz、Oz）×腦波（5個水平：θ1波、θ2波、α1波、α2波、β波）。Greenhouse–Geisser用于自由度校正，但本研究中報告的自由度為非校正之前的自由度。瑜伽冥想干預前后不同腦區(qū)位置的不同腦波比較使用配對樣本T檢驗。瑜伽冥想干預前后腦波功率變化與HRV相關(guān)指標變化之間的相關(guān)性采用Pearson correlation計算。所有數(shù)據(jù)用平均值±標準誤表示，顯著性標準為P<0.05。

2 結(jié)果

2.1 HRV變化

對于HRV來說，在本研究中主要觀察了HRV頻域指標的變化。使用二因素重復測量方差分析評價瑜伽冥想訓練對HRV的影響，冥想干預（2個水平：control、meditation）×HRV頻域指標（3個水平：nHF、nLF、LF/HF）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在瑜伽冥想的主效應F（1，14）=8.17，P<0.001，以及HRV頻域指標的顯著性差異F（2，28）=22.34，ε=0.58，P<0.001。而且存在顯著瑜伽冥想×HRV頻域指標的交互效應F（2，28）=13.8，ε=0.41，P<0.001。進一步的兩兩比較T檢驗表明，鑒于多重比較，P值經(jīng)過Bonferroni校正為0.016（0.05/3）。練習瑜伽冥想練習后nHF顯著增加t（14）=-3.76，P=0.004;而nLF和LF/HF顯著下降，分別為t（14）= 4.36，P<0.001和t（14）=4.85，P<0.001。

2.2 EEG變化

對于腦電波功率的影響來說，瑜伽冥想干預有顯著性的主效應[F（1，14）=9.87，P=0.002]，腦區(qū)對腦電波功率也存在顯著的主效應[F（2，28）=11.07，ε=0.38，P<0.001]，同時不同頻段腦波之間的功率也存在顯著性的主效應[F（4，56）=28.87，ε=0.45，P<0.001]。而且瑜伽冥想與腦區(qū)之間存在顯著的交互效應[F（2，28）=10.11，ε=0.33，P<0.001]。進一步單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，瑜伽冥想干預對θ2波[F（1，14）=4.12，P=0.03]和α1波[F（1，14）=15.26，P<0.001]有顯著性的主效應。事實上，在θ2波[F（2，28）=6.42，ε=0.31，P=0.003]、α1波[F（2，28）=7.12，ε=0.36，P<0.001]、α2波[F（2，28）=5.87，ε=0.28，P=0.004]存在著瑜伽冥想干預×腦區(qū)之間的交互相應。進一步的配對T檢驗發(fā)現(xiàn)，瑜伽冥想干預前后θ2波、α1波、α2波在不同腦區(qū)之間存在顯著性差異，鑒于多重比較，P值經(jīng)過Bonferroni校正為0.016（0.05/3）。θ2波：在Fz位置t（14）=-3.12，P=0.006;在Cz位置t（14）=-2.96，P=0.02;α1波：在Fz位置t（14）=4.34，P<0.001，Cz位置t（14）=4.44，P<0.001;α2波：在Cz位置t（14）=3.84，P< 0.001。α波在枕區(qū)并沒有發(fā)生顯著性變化。

2.3 HRV變化與EEG變化之間的關(guān)系

表1中結(jié)果顯示位于額區(qū)的Fz和Cz的θ2波功率變化與HRV的nHF變化呈顯著正相關(guān)，Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.603和0.486。同時，位于額區(qū)的Fz和Cz的α1波功率變化、位于Cz的α2波功率與nLF和LF/HF呈顯著的負相關(guān)（見表1）。

3 討論

本研究結(jié)果顯示受試者在霎哈嘉瑜伽冥想訓練過程中，其θ2波功率顯著增加。而α波功率顯著增加，表現(xiàn)為前額區(qū)的α1和中央?yún)^(qū)α2波段的功率顯著增加，但是枕區(qū)的α波的功率沒有顯著性變化。另外，本研究發(fā)現(xiàn)位于前額區(qū)的Fz和中央?yún)^(qū)Cz的θ2波功率變化與HRV的nHF變化呈顯著正相關(guān)。同時，位于額區(qū)的Fz和Cz的α1波功率變化、位于Cz的α2波功率與HRV的nLF和LF/HF呈顯著負相關(guān)。

之前已經(jīng)有研究表明，在冥想練習過程中，EEG頻譜中的慢波成分α波和θ波的功率會變大，尤其是額區(qū)皮質(zhì)區(qū)域[12]。一般來說，冥想過程中自主神經(jīng)活動的變化特征表現(xiàn)為交感神經(jīng)活動減弱同時副交感神經(jīng)活動增強[11，13-14]。在本研究中，前額區(qū)和中央?yún)^(qū)低頻段α1波功率和前額區(qū)高頻段θ2頻段顯著增加。對于HRV指標來說，在冥想過程中nLF和LF/HF顯著下降，而nHF顯著增加，說明在冥想練習過程中交感神經(jīng)活動受到抑制，同時副交感神經(jīng)活動興奮。本研究中EEG和HRV指標的變化與以前冥想的生理效果研究相似，但是本研究冥想過程中未見到枕區(qū)α波發(fā)生顯著性變化，提示困倦的生理效應沒有在本研究中出現(xiàn)，HRV指標受呼吸模式和身體姿勢的影響[15]。在本研究中我們嚴格控制了受試者的呼吸頻率以及身體姿勢，所以能夠保證HRV指標不受這兩個因素的影響。

以前的研究表明α波和θ波亞頻率帶對應著不同的生理功能，例如注意、記憶、情感以及認知活動中體現(xiàn)著不同的變化[16-17]。在本研究中低頻帶的α波和高頻帶的θ波在冥想過程中顯著增加。

有研究表明內(nèi)在注意力集中引起α波的同步化，而外在刺激引導注意力集中時導致α波去同步化[18]。Klimesch等人發(fā)現(xiàn)低頻帶α波（8～10 Hz）反映的是與非任務處理相關(guān)的認知過程，例如期待和注意過程，而高頻帶α波與具體的任務處理過程相關(guān)[19]。一次成功的冥想體驗似乎是受外部注意力切斷機制所調(diào)控的，即全部是內(nèi)在注意力，這通常伴隨著前額區(qū)低頻帶α波功率降低[19]。在本研究中前額區(qū)和中央?yún)^(qū)低頻段的α波（8～10 Hz）的變化與HRV的nLF和LF/HF變化之間呈負相關(guān)，HRV的nLF和LF/HF變化反映的是交感神經(jīng)活動強弱，因此通過冥想練習增強內(nèi)在注意力對交感神經(jīng)產(chǎn)生了一種抑制作用。Kjaer 等人發(fā)現(xiàn)在冥想過程中體內(nèi)多巴胺能神經(jīng)元活動增強[20]。因此，本研究練習冥想練習過程中練習者前額區(qū)和中央?yún)^(qū)低頻段的α波（8～10 Hz）功率增加可能與多巴胺能神經(jīng)元活動增強有關(guān)，而多巴胺分泌增加抑制機體交感神經(jīng)活動。

θ波功率隨著任務需求增加而增加，并且與任務指向、注意力、記憶力以及情感處理機制有關(guān)[19]。已經(jīng)有研究報道在冥想練習過程中θ波功率增加[21]。在本研究中我們發(fā)現(xiàn)受試者在冥想過程中前額區(qū)θ波的快頻率帶（6～7 Hz）的變化與nHF（反映副交感神經(jīng)活動）變化之間呈顯著正相關(guān)。因此，冥想練習可能增強了機體副交感神經(jīng)的興奮性。有研究報道θ波功率增加與體內(nèi)5-羥色胺能神經(jīng)元活動增強有關(guān)[22]，因此，本研究中受試者在冥想過程中可能同時激活了體內(nèi)5-羥色胺能神經(jīng)元活動，使5-羥色胺分泌增加，從而使快頻率帶的θ波功率增加。

4 結(jié)論

受試者在霎哈嘉瑜伽冥想訓練過程中其θ2波功率顯著增加。而α波功率顯著增加，表現(xiàn)為前額區(qū)的α1和中央?yún)^(qū)α2波段的功率顯著增加，但是枕區(qū)α波的功率沒有顯著性變化。另外，本研究發(fā)現(xiàn)位于前額區(qū)Fz和中央?yún)^(qū)Cz的θ2波功率變化與HRV的nHF變化呈顯著正相關(guān)。同時，位于額區(qū)的Fz和Cz的α1波功率變化、位于Cz的α2波功率與HRV的nLF和LF/HF呈顯著負相關(guān)。這說明冥想訓練通過改變腦內(nèi)局部區(qū)域的功能進而影響自主神經(jīng)系統(tǒng)的功能。

參考文獻：[HT5"SS]

[1]Castaldo R， Melillo P， Bracale U，et al.Acute mental stress assessment via short term HRV analysis in healthy adults： A systematic review with meta-analysis[J].Biomedical Signal Processing & Control，2015，18：370-377.

[2]Hegde V N， Deekshit R， Satyanarayana P S. A Review on ECG Signal Processing and HRV Analysis [J]. Journal of Medical Imaging & Health Informatics， 2013， 3（2）：270-279.

[3]Tsuji H， Venditti F J，Manders E S，et al.Reduced heart rate variability and mortality risk in an elderly cohort. The Framingham Heart Study[J].Circulation， 1994， 90（2）：878-883.

[4]Yadav K P S， Saini B S， Yadav K P S，et al.Study of the Aging Effects on HRV Measures in Healthy Subjects[J].International Journal of Computer Theory & Engineering，2012：346-349.

[5]Zanesco A P， King B G， Maclean K A，et al.Meditation training influences mind wandering and mindless reading [J].Psychology of Consciousness Theory Research & Practice，2016，3（1）：12-33.

[6]Annells S， Kho K， Bridge P. Meditate don't medicate： How medical imaging evidence supports the role of meditation in the treatment of depression[J].Radiography，2016，22（1）：e54-e58.

[7]Fan Y，Tang Y Y，Tang R，et al.Short Term Integrative Meditation Improves Resting Alpha Activity and Stroop Performance[J].Appl Psychophysiol Biofeedback，2014，39（3-4）：213-217.

[8]Golosheykin S. Impact of regular meditation practice on EEG activity at rest and during evoked negative emotions[J].International Journal of Neuroscience，2005，115（6）：893-909.

[9]Reva N V， Pavlov S V， Loktev K V，et al.Influence of long-term Sahaja Yoga meditation practice on emotional processing in the brain： An ERP study[J]. Neuroscience，2014（281）：195-201.

[10]郭峰. 長期練習太極拳對老年人自主神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能的影響 [J]. 中國應用生理學雜志， 2015， 31（2）：158-163.

[11]Takahashi T， Murata T， Hamada T，et al.Changes in EEG and autonomic nervous activity during meditation and their association with personality traits[J]. International Journal of Psychophysiology， 2005， 55（2）：199-207.

[12]P，Tassi，A， Muzet. Defining the states of consciousness.[J].Neuroscience and biobehavioral reviews， 2001，25（2）：175-91.

[13]Walton K G， Pugh N D， Gelderloos P，et al.Stress reduction and preventing hypertension： preliminary support for a psychoneuroendocrine mechanism[J].Journal of Alternative & Complementary Medicine，1995，1（3）：263-83.

[14]Yunati M， Deshpande V， Yuwanate A. Dynamics of Heart rate induced by Sahaja yoga meditation in healthy normal subjects above 40 years[J].National Journal of Physiology Pharmacy & Pharmacology，2014，4（1）：80.

[15]Sakakibara M，Takeuchi S，Hayano J.Effect of relaxation training on cardiac parasympathetic tone[J].Psychophysiology，1994，31（3）：223-228.

[16]Klimesch W. EEG alpha and theta oscillations reflect cognitive and memory performance： A review and analysis [J]. Brain Res Brain Res Rev，1999，29（2-3）：169-195.

[17]Klimesch W， Doppelmayr M，Pachinger T，et al.Brain oscillations and human memory： EEG correlates in the upper alpha and theta band [J]. Neuroscience Letters，1997，238（1-2）：9-12.

[18]Shaw J C. Intention as a component of the alpha-rhythm response to mental activity[J].International Journal of Psychophysiology，1996，24（1-2）：7-23.

[19]Klimesch W，Doppelmayr M，Russegger H，et al.Induced alpha band power changes in the human EEG and attention[J]. Neuroscience Letters，1998，244（2）：73-6.

[20]Kjaer T W，Bertelsen C，Piccini P，et al.Increased dopamine tone during meditation-induced change of consciousness [J]. Brain Research Cognitive Brain Research，2002，13（2）：255.

[21]Kubota Y，Sato W，Toichi M，et al.Frontal midline theta rhythm is correlated with cardiac autonomic activities during the performance of an attention demanding meditation procedure[J].Cognitive Brain Research，2001，11（2）：281-287.

[22]Anderer P，Saletu B，Pascual-Marqui R D.Effect of the 5-HT（1A） partial agonist buspirone on regional brain electrical activity in man： a functional neuroimaging study using low-resolution electromagnetic tomography （LORETA） [J].Psychiatry Research，2000，100（2）：81-96.