Qui, presentiamo un protocollo per indagare i correlati neurofisiologici di varie forme di meditazione, incluso il canto religioso. Questo metodo integra in modo univoco i risultati degli autovettori fMRI per la selezione della regione nell'analisi della sorgente dell'elettroencefalogramma (EEG) utilizzando il clustering k-means. I risultati forniscono una comprensione approfondita dei processi neurali coinvolti nel canto religioso ripetitivo.
Questo protocollo presenta un approccio di neuroimaging multimodale per esplorare la potenziale attività cerebrale associata al canto religioso ripetitivo, una forma diffusa di allenamento mentale sia nelle culture orientali che in quelle occidentali. L'elettroencefalogramma ad alta densità (EEG), con la sua risoluzione temporale superiore, consente di catturare i cambiamenti dinamici nell'attività cerebrale durante il canto religioso. Attraverso i metodi di localizzazione delle fonti, questi possono essere attribuiti a varie potenziali fonti alternative della regione del cervello. Venti praticanti di canto religioso sono stati misurati con EEG. Tuttavia, la risoluzione spaziale dell'EEG è meno precisa, rispetto alla risonanza magnetica funzionale (fMRI). Pertanto, un professionista di grande esperienza si è sottoposto a una sessione di scansione fMRI per guidare la localizzazione della sorgente in modo più preciso. I dati fMRI hanno contribuito a guidare la selezione della localizzazione della sorgente EEG, rendendo più preciso e affidabile il calcolo delle medie K della localizzazione della sorgente EEG nel gruppo di 20 professionisti intermedi. Questo metodo ha migliorato la capacità dell'EEG di identificare le regioni cerebrali specificamente impegnate durante il canto religioso, in particolare il ruolo cardinale della corteccia cingolata posteriore (PCC). La PCC è un'area del cervello correlata alla messa a fuoco e all'elaborazione autoreferenziale. Questi risultati di neuroimaging multimodale e neurofisiologici rivelano che il canto religioso ripetitivo può indurre una minore centralità e una maggiore potenza delle onde delta rispetto al canto non religioso e alle condizioni di stato di riposo. La combinazione di fMRI e analisi della sorgente EEG fornisce una comprensione più dettagliata della risposta del cervello al canto religioso ripetitivo. Il protocollo contribuisce in modo significativo alla ricerca sui meccanismi neurali coinvolti nelle pratiche religiose e meditative, che sta diventando sempre più importante al giorno d'oggi. I risultati di questo studio potrebbero avere implicazioni significative per lo sviluppo di future tecniche di neurofeedback e interventi psicologici.
Il canto religioso, una pratica molto popolare nelle culture orientali, è spesso paragonato alla preghiera nelle società occidentali1. Nonostante la sua prevalenza, la ricerca scientifica sui correlati neurali del canto religioso rimane piuttosto limitata. In questo studio sono state utilizzate sofisticate tecniche elettrofisiologiche e di neuroimaging multimodali per colmare questa lacuna di conoscenza e per esplorare le associazioni neurali del canto dell'Amitābha Buddha, una delle tradizioni religiose più diffuse e una delle più antiche attivamente conservate 2,3. Il canto religioso ripetitivo può servire come tecnica efficace nella consulenza buddista per aiutare a calmare la mente da pensieri ed emozioni turbolenti.
Data l'elevata risoluzione spaziale della risonanza magnetica funzionale (fMRI), può essere applicata per superare i limiti degli studi EEG tradizionali4. Combinando la risonanza magnetica funzionale e il clustering della sorgente dell'elettroencefalogramma (EEG) tramite l'analisi delle componenti indipendenti (ICA), lo studio identifica e raggruppa le componenti indipendenti dell'attività cerebrale tra i partecipanti. Questo metodo introduce una nuova strategia per identificare i segnali provenienti da sorgenti EEG miste o da fonti disparate tra i partecipanti, che è stata impegnativa a causa delle differenze nell'anatomia del cervello e nel posizionamento degli elettrodi.
La forma di canto religioso ripetitivo che è stata studiata con questo protocollo prevede la recitazione ripetitiva del nome di Amitābha Buddha. È anche una pratica meditativa che è stata segnalata per suscitare sensazioni di beatitudine ed esperienze trascendentali. Tra le diverse pratiche buddiste, la pratica del canto di Amitābha Buddha è semplice e facilmente accessibile. Questa pratica promette la rinascita nella Terra Pura per tutti coloro che invocano sinceramente questo nome, che ha somiglianze con certe tradizioni della religione occidentale 1,3.
Attraverso il neuroimaging multimodale, questo studio mira a fornire una comprensione completa dei correlati neurali del canto religioso ripetitivo. Il protocollo può contribuire al fiorente campo della ricerca sugli effetti neurofisiologici di diverse pratiche religiose e meditative.
Lo studio ha ipotizzato che il canto religioso ripetitivo porterebbe a cambiamenti significativi del segnale nelle regioni del cervello responsabili dei processi auto-correlati. Inoltre, date le emozioni positive attribuite ad Amitābha Buddha, abbiamo ipotizzato che durante il canto religioso si sarebbero verificati cambiamenti emotivi. È probabile che questi cambiamenti efficaci coincidano con modifiche negli indicatori fisiologici periferici, come le variazioni degli indici di variabilità della frequenza cardiaca multibanda (HRV) e della frequenza respiratoria5.
L'approvazione etica per lo studio è stata ottenuta dall'Università di Hong Kong prima dell'esperimento. Tutti i partecipanti avevano firmato un modulo di consenso scritto prima di partecipare agli esperimenti EEG e fMRI.
1. Selezione e preparazione dei partecipanti
2. Acquisizione e analisi dei dati EEG
3. Acquisizione dati MRI
4. Acquisizione dati fisiologici
5. Analisi dei dati EEG
6. Analisi dei dati fMRI
7. ECG e altre analisi di dati fisiologici
I risultati dell'analisi fMRI hanno indicato che la differenza più forte nella centralità degli autovettori tra il canto religioso e quello non religioso era prevalentemente localizzata nella corteccia cingolata posteriore (PCC); vedere la Figura 1. Questo risultato è stato sfruttato per valutare e convalidare la selezione del clustering dei componenti EEG-indipendente, che in modo simile manifestava un cluster in prossimità della regione PCC.
Figura 1: Neuroimaging multimodale e risultati elettrofisiologici. La mappatura della centralità degli autovettori applicata ai dati fMRI, ha rivelato che la corteccia cingolata posteriore è l'area del cervello che diminuisce maggiormente in centralità durante il canto religioso rispetto al canto non religioso. Questa cifra è stata ottenuta con il permesso di Gao et al.1. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
L'analisi del clustering dei componenti indipendenti dall'EEG ha prodotto sette distinti cluster IC, ciascuno corrispondente a una fonte di attività EEG. In particolare, uno di questi cluster era situato nel PCC, un risultato che si allinea con i risultati della risonanza magnetica funzionale (vedi Figura 2).
Figura 2: L'analisi del clustering dei componenti indipendenti dall'EEG presentava anche un cluster nel PCC. Questa cifra è stata ottenuta con il permesso di Gao et al.1. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Questo particolare cluster è stato successivamente scelto per un'analisi approfondita, compresa l'analisi dello spettro. Un'ANOVA unidirezionale ha rivelato un effetto principale significativo del canto sulla potenza della banda di frequenza delta (1-4 Hz, vedi Figura 3 e Figura 4).
Figura 3: L'ANOVA unidirezionale ha rivelato un effetto principale significativo del canto sulla potenza della banda delta (1-4 Hz). Questa cifra è stata ottenuta con il permesso di Gao et al.1. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Analisi post hoc delle condizioni di canto religioso rispetto a quelle non religiose. L'analisi ha mostrato che il canto religioso induce una potenza delta più elevata rispetto alla condizione di canto non religioso (p = 0,011). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Ulteriori analisi post hoc hanno indicato una potenza significativamente inferiore dell'HRV durante il canto religioso rispetto alla condizione di assenza di canto (vedi Figura 5).
Figura 5: Analisi post hoc dello stato di riposo senza canto rispetto alle condizioni di canto religioso. L'analisi ha mostrato che, rispetto allo stato di riposo senza canto, il canto religioso induce una potenza totale HRV inferiore, una potenza assoluta ad alta frequenza inferiore e una potenza assoluta a frequenza molto bassa inferiore. Questa cifra è stata ottenuta con il permesso di Gao et al.1. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
I risultati indicano che, rispetto al canto non religioso, c'è una diminuzione della centralità degli autovettori nel PCC, probabilmente guidata da un aumento regionale delle oscillazioni delta endogene. Questi cambiamenti funzionali sono indipendenti dalle attività cardiache o respiratorie periferiche e non sono innescati dall'elaborazione implicita del linguaggio. Invece, sembrano essere associati a esperienze di beatitudine trascendentale e a una riduzione della cognizione egocentrica.
File supplementare 1: Pipeline di elaborazione dati 1. Clicca qui per scaricare questo file.
File supplementare 2: Pipeline di elaborazione dati 2. Clicca qui per scaricare questo file.
Sebbene il sistema EEG a 128 canali utilizzato fosse un sistema EEG ad alta densità, la risoluzione spaziale dell'EEG rimane relativamente scarsa rispetto alla fMRI e questa carenza influisce anche sull'accuratezza della localizzazione della sorgente EEG, specialmente quando sono plausibili più candidati della regione cerebrale. Pertanto, la risoluzione spaziale più profonda e più elevata della risonanza magnetica può migliorare significativamente l'accuratezza spaziale dell'analisi della sorgente EEG6 e guidare la selezione dei cluster più importanti per ulteriori analisi. Il presente protocollo utilizza strumenti di neuroimaging multimodale, tra cui metodi di acquisizione e analisi dei dati EEG, ECG e fMRI. Dimostra un approccio completo all'esplorazione dei correlati neurofisiologici del canto religioso e potenzialmente di altre forme di allenamento mentale. Un passaggio critico del protocollo è l'applicazione dei risultati della risonanza magnetica funzionale nell'analisi della sorgente EEG. La qualità dei dati EEG acquisiti rimane fondamentale per la successiva analisi e interpretazione dei risultati. L'uso del clustering ICA e k-means nell'analisi dei dati EEG, in combinazione con i risultati della fMRI, consente una comprensione più sfumata dei dati 7,8. La modulazione osservata della potenza della banda delta durante il canto religioso si allinea con la letteratura che suggerisce che i ritmi delta possono regolare il comportamento attraverso la sincronizzazione dell'attività neurale. L'onda delta può favorire l'attenzione focalizzata e una potenziale riduzione del pensiero autoreferenziale associato alla rete in modalità predefinita. Questa maggiore attività delta, indicativa di stati profondamente ricostituenti, potrebbe sostenere gli effetti terapeutici del canto rafforzando l'elaborazione cognitiva ed emotiva9.
I risultati di questo studio evidenziano un aumento significativo della potenza della banda delta durante il canto religioso, rispetto al canto non religioso. I risultati della risonanza magnetica funzionale indicano una forte diminuzione della centralità nelle regioni cerebrali associate all'elaborazione auto-correlata10 durante il canto religioso. I risultati dei dati fisiologici dimostrano anche che gli effetti del canto religioso sono distinti da quelli del canto non religioso ed escludono altri potenziali fattori confondenti, comprese le differenze dovute all'elaborazione del linguaggio o all'attività cardiaca. Nel complesso, i risultati implicano una strada promettente verso l'applicazione clinica del canto religioso attraverso la consulenza buddista al fine di facilitare la promozione del "non attaccamento"1,11,12.
Le limitazioni includono il fatto che i dati fMRI ed EEG sono stati acquisiti da soggetti diversi13. In secondo luogo, data la notevole variazione tra i soggetti per quanto riguarda la loro esperienza di canto religioso 1,14, sarebbe preferibile se tutti i soggetti fossero stati sottoposti anche a risonanza magnetica funzionale. La nostra ricerca futura mirerà ad affrontare queste limitazioni e ad esplorare ulteriormente gli effetti neurofisiologici di diverse pratiche religiose e meditative.
Nonostante queste limitazioni, questo protocollo è unico nel combinare il neuroimaging multimodale e gli strumenti di misurazione fisiologica, tra cui i dati EEG, ECG e fMRI, per fornire una visione più completa dei correlati neurofisiologici del canto religioso. Questo approccio di neuroimaging multimodale consente una comprensione più profonda delle pratiche religiose e meditative, cosa che non sarebbe possibile utilizzando metodi che si basano esclusivamente su un singolo tipo di dati15,16.
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.
La ricerca è stata sostenuta dal National Natural Science
Fondazione della Cina (NSFC.61841704).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3.0 T Philips MRI scanner | Philips | 3.0T | MRI data acquisition device |
EEGLAB | Swartz Center for Computational Neuroscience | 13.6.5b | EEG analysis software |
Electroencephalogram (EEG) system | Electrical Geodesics, Inc. (EGI) | GES 200 | EEG acquisition device |
HRVAS | Ramshur, J. | Version 1 | Plug-in for EEGLAB to process ECG data |
HydroCel GSN 128 channels | Electrical Geodesics, Inc. (EGI) | GSN 130 | EEG cap |
iMac 27" | Apple | Version 10.8 | Running the Netstation software |
LabChart | ADInstruments | Version 8 | Physiological data acquisition software |
LIPSIA | Max-Planck-Institute for Human Cognitive and Brain Sciences | Version 2.2.7 | fMRI data analysis software |
Matlab | MathWorks | R2011a | EEGLAB is based on Matlab, statistical analysis tool for EEG data |
Netstation | Electrical Geodesics, Inc. (EGI) | Version 3 | EEG acquisition software |
PowerLab 8/35 | ADInstruments | PL3508 | Physiological data acquisition hardware |
SPSS | IBM | Version 27 | Statistical analysis tool for behavior and EEG ROI data |
Windows PC | Dell | Version 8 | Running the LabChart software |
Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi AutorizzazioneThis article has been published
Video Coming Soon