여기에서 우리는 종교적 성가를 포함한 다양한 명상 형태의 신경 생리학적 상관 관계를 조사하기 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 방법은 k-means 클러스터링을 사용하여 뇌파(EEG) 소스 분석에서 영역 선택을 위한 fMRI 고유 벡터 결과를 고유하게 통합합니다. 그 결과는 반복적인 종교 성가와 관련된 신경 과정에 대한 심층적인 이해를 제공합니다.
이 프로토콜은 동양과 서양 문화 모두에서 널리 퍼진 마음 훈련 형태인 반복적인 종교 노래와 관련된 잠재적인 뇌 활동을 탐구하기 위한 다중 모드 신경 영상 접근 방식을 제시합니다. 고밀도 뇌파(EEG)는 우수한 시간 해상도를 통해 종교 성가를 부르는 동안 뇌 활동의 역동적인 변화를 포착할 수 있습니다. 소스 국소화 방법을 통해, 이들은 다양한 대체 잠재적인 뇌 영역 소스에 기인할 수 있습니다. 종교 성가를 부르는 20명의 수련자를 EEG로 측정했습니다. 그러나 EEG의 공간 해상도는 기능적 자기 공명 영상(fMRI)에 비해 덜 정확합니다. 따라서 경험이 풍부한 한 명의 실무자가 소스 위치 파악을 보다 정확하게 안내하기 위해 fMRI 스캐닝 세션을 받았습니다. fMRI 데이터는 EEG 소스 국소화 선택을 안내하는 데 도움이 되었으며, 20명의 중급 실무자 그룹에서 EEG 소스 국소화의 K-평균 계산을 보다 정확하고 신뢰할 수 있게 만들었습니다. 이 방법은 종교 성가를 부르는 동안 특별히 관여하는 뇌 영역, 특히 후대상피질(PCC)의 주요 역할을 식별하는 EEG의 능력을 향상시켰습니다. PCC는 초점 및 자기 참조 처리와 관련된 뇌 영역입니다. 이러한 다중 모드 신경 영상 및 신경 생리학적 결과는 반복적인 종교 성가가 비종교적 성가 및 휴식 상태에 비해 더 낮은 중심성과 더 높은 델타파 파워를 유발할 수 있음을 보여줍니다. fMRI와 EEG 소스 분석의 조합은 반복적인 종교 노래에 대한 뇌의 반응에 대한 보다 자세한 이해를 제공합니다. 이 프로토콜은 종교 및 명상 행위와 관련된 신경 메커니즘에 대한 연구에 크게 기여하고 있으며, 이는 오늘날 더욱 두드러지고 있습니다. 이 연구의 결과는 미래의 뉴로피드백 기법 및 심리적 중재를 개발하는 데 중요한 시사점을 가질 수 있다.
동양 문화에서 매우 인기 있는 종교 성가(聖歌)는 종종 서양 사회에서 기도와 비교된다1. 그 만연에도 불구하고, 종교적 노래의 신경 상관 관계에 대한 과학적 연구는 다소 제한적인 상태로 남아 있습니다. 이 연구에서는 이러한 지식 격차를 해소하고 가장 널리 퍼져 있고 가장 오래 보존된 종교 전통 중 하나인 아미타불(Amitābha Buddha)을 구송하는 것의 신경 연관성을 탐구하기 위해 정교한 다중 모드 전기 생리학 및 신경 영상 기술을 활용했습니다 2,3. 반복적인 종교 구호는 혼란스러운 생각과 감정으로부터 마음을 진정시키는 데 도움이 되는 불교 상담에서 효과적인 기법이 될 수 있습니다.
기능적 자기공명영상(functional magnetic resonance imaging, fMRI)의 높은 공간 해상도를 감안할 때, 이는 전통적인 뇌파 연구의 한계를 극복하는 데 적용될 수 있다4. 독립 구성 요소 분석(ICA)을 통해 fMRI와 뇌파(EEG) 소스 클러스터링을 결합한 이 연구는 참가자 간의 뇌 활동의 독립적인 구성 요소를 식별하고 그룹화합니다. 이 방법은 참가자 간에 혼합된 EEG 소스 또는 이질적인 소스의 신호를 식별하기 위한 새로운 전략을 도입하는데, 이는 뇌 해부학적 구조와 전극 배치의 차이로 인해 어려웠습니다.
이 프로토콜로 연구된 반복적인 종교 구송의 형태는 아미타바 붓다(Amitābha Buddha)의 이름을 반복적으로 암송하는 것을 포함합니다. 그것은 또한 행복한 감각과 초월적 경험을 이끌어내는 것으로 보고된 명상 수행입니다. 다양한 불교 수행 중에서도 아미타불(Amitābha Buddha)을 구송하는 수행은 간단하고 쉽게 접근할 수 있습니다. 이 수행은 이 이름을 진심으로 부르는 모든 사람들에게 정토에서의 재생을 약속하며, 이는 서양 종교의 특정 전통과 유사합니다 1,3.
이 연구는 다중 모드 신경 영상을 통해 반복적인 종교 성가의 신경 상관 관계에 대한 포괄적인 이해를 제공하는 것을 목표로 합니다. 이 프로토콜은 다양한 종교 및 명상 관행의 신경 생리학적 효과에 대한 호황을 누리고 있는 연구 분야에 기여할 수 있습니다.
이 연구는 반복적인 종교 성가가 자기 관련 과정을 담당하는 뇌 영역에서 상당한 신호 변화를 일으킬 것이라는 가설을 세웠다. 더욱이, 아미타불의 긍정적인 감정을 감안할 때, 우리는 종교적 독송 중에 감정적 변화가 일어날 것이라는 가설을 세웠다. 이러한 효과적인 변화는 다구간 심박변이도(HRV) 지수 및호흡수5의 변화와 같은 말초 생리학적 지표의 수정과 일치할 가능성이 높다.
실험 전에 홍콩 대학으로부터 연구에 대한 윤리적 승인을 받았습니다. 모든 참가자는 EEG 및 fMRI 실험에 참석하기 전에 서면 동의서에 서명했습니다.
1. 참가자 선정 및 준비
2. EEG 데이터 수집 및 분석
3. MRI 데이터 수집
4. 생리학적 데이터 수집
5. EEG 데이터 분석
6. fMRI 데이터 분석
7. ECG 및 기타 생리학적 데이터 분석
fMRI 분석 결과, 종교적 성가와 비종교적 성가 사이의 고유벡터 중심성에서 가장 큰 차이는 주로 후대상피질(posterior cingulate cortex, PCC)에 위치하는 것으로 나타났다. 그림 1을 참조하십시오. 이 발견은 EEG 독립적 구성 요소 클러스터링의 선택을 평가하고 검증하는 데 활용되었으며, 이는 PCC 영역 부근에서 클러스터를 유사하게 나타냈습니다.
그림 1: 멀티모달 신경영상 및 전기생리학적 결과. fMRI 데이터에 적용된 고유벡터 중심성 매핑(eigenvector centrality mapping)은 후대상피질(posterior cingulate cortex)이 비종교적 성가에 비해 종교적 성가를 부르는 동안 중심성이 가장 많이 감소하는 뇌 영역임을 밝혀냈다. 이 그림은 Gao et al.1의 허가를 받아 얻은 것입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
EEG 독립적 구성 요소 클러스터링 분석은 각각 EEG 활성의 소스에 해당하는 7개의 고유한 IC 클러스터를 생성했습니다. 주목할 만한 점은 이러한 클러스터 중 하나가 PCC에 위치했다는 것인데, 이는 fMRI 결과와 일치하는 결과입니다( 그림 2 참조).
그림 2: EEG 독립적 성분 군집화 분석에는 PCC의 군집도 포함되었습니다. 이 그림은 Gao et al.1의 허가를 받아 얻은 것입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이 특정 클러스터는 이후 스펙트럼 분석을 포함한 심층 분석을 위해 선택되었습니다. 일원 분산 분석(one-way ANOVA)은 델타 주파수 대역(1-4Hz, 그림 3 및 그림 4 참조)의 전력에 대한 챈팅의 중요한 주요 효과를 보여주었습니다.
그림 3: 일원 분산 분석(one-way ANOVA)은 챈팅(chanting)이 델타 대역(1-4Hz)의 전력에 미치는 유의미한 주요 효과를 나타냈습니다. 이 그림은 Gao et al.1의 허가를 받아 얻은 것입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 종교적 성가와 비종교적 성가의 조건에 대한 사후 분석. 분석 결과, 종교적 성가를 부르는 것이 비종교적 성가를 부르는 경우보다 더 높은 델타 파워를 유발하는 것으로 나타났다(p =.011). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
추가 사후 분석에서는 종교 성가를 부르는 동안 성가를 부르지 않는 상태에 비해 HRV의 강도가 현저히 낮다는 것이 나타났습니다( 그림 5 참조).
그림 5: 성가를 부르지 않는 휴식 상태와 종교적 성가를 부르는 상태에 대한 사후 분석. 분석 결과, 성가를 부르지 않는 상태에서 예배를 듣는 경우와 비교했을 때, 종교 성가를 부르면 HRV 총 전력이 낮고, 절대 고주파 전력이 낮으며, 절대 저주파 전력이 더 낮은 것으로 나타났다. 이 그림은 Gao et al.1의 허가를 받아 얻은 것입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이 연구 결과는 비종교적 성가와 비교했을 때, PCC에서 고유벡터 중심성의 감소가 있음을 시사하는데, 이는 아마도 내인성 델타 진동의 지역적 급증에 의해 주도된 것으로 보인다. 이러한 기능적 변화는 말초 심장 또는 호흡 활동과 무관하며 암시적 언어 처리에 의해 유발되지 않습니다. 대신, 그들은 초월적 행복의 경험과 자기 중심적 인지의 감소와 관련이 있는 것으로 보인다.
보충 파일 1: 데이터 처리 파이프라인 1. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 2: 데이터 처리 파이프라인 2. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
사용된 128채널 뇌파 시스템은 고밀도 뇌파 시스템이었지만 뇌파의 공간 해상도는 fMRI에 비해 상대적으로 낮으며, 이러한 단점은 특히 여러 뇌 영역 후보가 그럴듯할 때 EEG 소스 국소화 정확도에도 영향을 미칩니다. 따라서, MRI의 더 깊고 더 높은 공간 해상도는 EEG 소스 분석6의 공간 정확도를 크게 향상시킬 수 있으며, 추가 분석을 위해 가장 중요한 클러스터의 선택을 안내할 수 있다. 본 프로토콜은 EEG, ECG 및 fMRI 데이터 수집 및 분석 방법을 포함한 다중 모드 신경 영상 도구를 사용합니다. 그것은 종교적 노래와 잠재적으로 다른 형태의 마음 훈련의 신경 생리학적 상관 관계를 탐구하는 포괄적인 접근 방식을 보여줍니다. 프로토콜의 중요한 단계는 EEG 소스 분석에 fMRI 결과를 적용하는 것입니다. 획득한 EEG 데이터의 품질은 후속 분석 및 결과 해석에 여전히 중요합니다. fMRI 결과와 함께 EEG 데이터 분석에서 ICA 및 k-means 클러스터링을 사용하면 데이터를 보다 세밀하게 이해할 수 있습니다 7,8. 종교적 성가를 부르는 동안 관찰된 델타 대역 전력의 변조는 델타 리듬이 신경 활동의 동기화를 통해 행동을 조절할 수 있음을 시사하는 문헌과 일치합니다. 델타파는 집중된 주의를 촉진하고 기본 모드 네트워크와 관련된 자기 참조 사고의 잠재적 감소를 촉진할 수 있습니다. 이처럼 고조된 델타 활동은 깊은 회복 상태를 나타내며, 인지적, 정서적 처리를 강화함으로써 구호 부르기의 치료 효과를 뒷받침할 수 있다9.
이 연구의 결과는 비종교적 성가에 비해 종교적 성가를 부르는 동안 델타 밴드 전력이 크게 증가했음을 강조합니다. fMRI 결과는 종교 성가를 부르는 동안 자기 관련 처리(self-related processing)10와 관련된 뇌 영역의 중심성이 크게 감소했음을 나타낸다. 생리학적 데이터의 결과는 또한 종교적 노래의 효과가 비종교적 노래의 효과와 구별되며 언어 처리 또는 심장 활동으로 인한 차이를 포함한 다른 잠재적인 교란 요인을 배제한다는 것을 보여줍니다. 전반적으로, 이 연구 결과는 "무애착"1,11,12을 촉진하기 위해 불교 상담을 통한 종교적 성가를 임상적으로 적용할 수 있는 유망한 길을 암시합니다.
fMRI 및 EEG 데이터가 서로 다른 피험자로부터 획득되었다는 점도 한계가 있다13. 둘째, 피험자들 간에 종교적 성가대 경험1,14에 대한 상당한 차이를 감안할 때, 모든 피험자가 fMRI 스캔을 받았더라면 더 좋았을 것이다. 우리의 향후 연구는 이러한 한계를 해결하고 다양한 종교 및 명상 관행의 신경 생리학적 효과를 더 탐구하는 것을 목표로 할 것입니다.
이러한 한계에도 불구하고 이 프로토콜은 EEG, ECG 및 fMRI 데이터를 포함한 다중 모드 신경 영상 및 생리학적 측정 도구를 결합하여 종교 성가의 신경 생리학적 상관 관계에 대한 보다 포괄적인 관점을 제공한다는 점에서 독특합니다. 이러한 멀티모달 신경영상 접근법은 종교 및 명상 행위에 대한 더 깊은 이해를 가능하게 하는데, 이는 한 가지 유형의 데이터에만 전적으로 의존하는 방법으로는 불가능할 것이다15,16.
저자는 경쟁하는 재정적 이익이 없다고 선언합니다.
이 연구는 국립 자연 과학(National Natural Science)의 지원을 받았습니다
중국 재단 (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 |
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