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长期慈悲冥想者应用功能磁共振成像对脑结构和脑功能的影响分析

2020-06-18 324 上传者：管理员

摘要：目的研究长期慈悲冥想者脑结构和功能的改变。材料与方法招募同一年龄段、性别一致、慈悲冥想年限3年以上并世居于青海的长期慈悲冥想者15例及非冥想志愿者16例，使用Prisma3.0T磁共振扫描仪对所有受检者进行脑结构及脑功能序列的图像采集，应用基于体素的形态学(VBM)及局部一致性(ReHo)等方法处理并进行组间对比，提取差异脑区脑灰质体积(GMV)与ReHo值。结果与对照组相比，长期慈悲冥想组在双侧颞上回、右侧枕中回、左侧中央前回及右侧上部中央后回的GMV增加；ReHo值增加的脑区有双侧丘脑及左侧小脑4/5区；ReHo值减低的脑区有右侧岛盖部额下回、右侧三角部额下回、右侧额中回。结论长期慈悲冥想者出现多个脑区GMV增加，存在ReHo值的变化，长期慈悲冥想组和对照组脑结构和功能的差异在某种程度上为冥想辅助治疗临床疾病提供了一定的参考依据。

关键词：
冥想
功能磁共振成像
基于体素的形态测量学
局部一致性
灰质体积
脑功能
脑结构
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冥想是一种状态，在这种状态下无条件的爱心和慈悲感弥漫在整个头脑中，它作为一种独特的存在方式，没有其他的考虑及思考的干扰，其最终长期的利益和目标是获得更强的注意力和情感意识，净化心灵和心理，减轻压力，以追寻获得更大的幸福、智慧、平静、慈悲、解放及开悟等方面的超脱。Nash等[1]等将冥想分为超念冥想、太极拳、藏传冥想及慈悲冥想等8种类型。基于探索长期冥想对脑结构和功能的影响，本研究利用基于体素的形态测量学(VBM)、局部一致性(ReHo)等方法，拟通过影像新技术了解长期慈悲冥想者脑结构和功能的变化。

1、材料与方法

1.1临床资料

招募年龄、性别、体重指数(BMI)、海拔、受教育年限及慈悲冥想年限(3年以上)相同的健康BMI男性15例(设为冥想组)，同期招募条件相匹配的非冥想男性16例(设为对照组)，长期冥想者均每天慈悲冥想8h以上，所有受检者有相同的教育背景及宗教信仰，且均为右侧利手。排除标准：(1)具有头颅磁共振检查禁忌证及常规头颅MRI显示有疾病者；(2)患有神经、精神疾病或者患有慢性代谢性疾病；(3)既往有颅脑损伤史，或者接受过外科手术；(4)有慢性高原病或者继发红细胞增多症；(5)有长期吸烟，酗酒或者药物滥用史。本研究通过了本院伦理委员会的审核，所有受检者在检查前均得到了详细告知并签署了知情同意书。

1.2检查方法

本研究所有的MRI数据采集均用3.0T磁共振扫描仪(MagnetomPrisma,SiemensHealthineer)与64通道头颅线圈。检查前使所有受检者放松平卧于检查床上，平静呼吸并闭眼，不产生任何思维，首先进行头颅MRI常规序列扫描，由一名高级职称的影像诊断医师判定脑实质内未见明显异常后，即可进行下一步结构像和功能像的序列扫描，结构像的获取采用T1加权双磁化准备快速获得梯度回波序列(MP2RAGE)序列，参数：TR5000ms,TE2.98ms，矩阵240×265，层厚1mm，获得160幅图像。静息态功能磁共振成像(restingstatefMRI,rs-fMRI)图像的获取采用多层同时采集技术(simultaneousmulti-slice,SMS)，参数：TR3000ms,TE30.0ms，层厚2.0mm，层数72,FOV220mm×220mm，获得8640幅图像；图像所有序列的执行均由本科室同一名资深技师执行。

1.3结构及功能的后处理

先从SEMENSPrismaWorkstationsyngo.via拷贝所有图像数据，将结构像及功能像数据分组保存。

结构像的处理使用SPM8的嵌套软件VBM8进行处理，首先在MATLAB2010b平台使用DPARSFAdvancedEdition进行预处理。(1)将MP2RAGE结构像的原点定于前联合进行进行校正，图像分割成脑灰质、脑白质、脑脊液；(2)将每位受检者的图像配准至标准头颅模板进行空间标准化；(3)进行非线性调制，校正标准化后产生的体积变化；(4)图像空间平滑采用半高全宽均为8mm的三维高斯核；功能像的处理首先在MATLAB2010b平台使用DPARSFAdvancedBasic进行预处理。(1)为保证磁场的均匀性，去除每位受检者的前10个时间点，然后对剩余数据110个时间点进行时间层校正；(2)头动校正，剔除头动平移>1.5mm和角度>1.5°的数据；(3)空间标准化，图像标准配准至蒙特利尔神经研究所(montrealneurologicalinstitute,MNI)的脑模板，所有体素重采样为3mm×3mm×3mm;(4)去线性漂移，消除其他诸多干扰因素。(5)低频滤波，对所有信号进行滤波以后，保留0.01～0.08Hz信号。(6)去除协变量，为去除运动及全脑信号对低频同步振荡信号的影响。(7)ReHo值的计算，利用DPARSF软件计算每一个体素的肯德尔系数(kendallcoefficientofconcordance,KCC)值，标准化的mReHo图等于每一体素的KCC值除以全脑平均KCC值，所有标准化的mReHo图使用8mm的三维高斯平滑核进行空间平滑。

1.4统计学分析

一般资料应用SPSS19.0统计软件对两组的一般资料进行统计分析，正态分布的计量资料用表示，两组之间均数的比较用独立样本t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

脑结构及功能的统计分析运用SPM8内嵌的统计软件进行冥想组及对照组的两样本t检验(检验参数P<0.01,alphasim校正)，得到统计结果，选取相邻体素大于74的组块视为有差异的脑区。

2、结果

2.1一般资料统计(表1)

表1长期冥想组与正常对照组一般人口统计学资料

2.2VBM结果

与对照组相比，长期冥想者在双侧颞上回、右侧枕中回、左侧中央前回及右侧上部中央后回的灰质体积增加(表2，图1)。

2.3ReHo结果

与对照组相比，ReHo值增加的脑区有双侧丘脑、左侧小脑4/5区；ReHo值减低的脑区有右侧岛盖部额下回、右侧三角部额下回、右侧额中回(表2，图2)。

图1冥想组与对照组相比，灰质体积存在差异的脑区，红黄色代表灰质体积增加

3、讨论

3.1本研究概述

本研究的重点是一组独特的长期慈悲冥想者脑结构和脑功能的变化，利用磁共振结构及功能成像对长期慈悲冥想者的灰质体积及ReHo值进行分析研究，并得到了较为明显的差异。结构像的采集应用MP2RAGE序列，MP2RAGE是一种新的T1加权双磁化准备快速获得梯度回波序列，具有自动脑分割功能，可对各种脑结构进行精确的自动分割，在深度脑灰质中，MP2RAGE比MPRAGE具有更高的重现性和更好的组织对比度[2];rs-fMRI的采集应用SMSBold序列，该序列可缩短扫描时间，提高血氧水平依赖(bloodoxygenationleveldependent,BOLD)的时间、空间分辨率，从而提高fMRI的时间、空间分辨率，这使得能够将一种特定冥想的脑结构和功能变化区分开来。

3.2灰质体积增加脑区的意义

VBM可对全脑灰质体积进行完整、定量、高精度的评估，对大脑局部结构的细微变化显示敏感。本研究结果显示多个脑区灰质体积增加，扩展了长期冥想者fMRI研究的结果。刘广宇等[3]发现长期冥想可以提升执行功能的工作记忆功能，改善认知能力的下降，对生命质量有积极作用，尤其是心理健康方面。

表2长期冥想组与对照组相比脑灰质体积、ReHo存在差异的脑区

图2冥想组与对照组相比，ReHo存在差异的脑区，红黄色代表ReHo值增加，蓝色代表ReHo值减少

颞叶与听觉、语言、记忆及情绪等高级精密活动密切相关，认知功能障碍包括记忆力减退。Kakig等[4]认为颞叶负责疼痛认知与情感的关系，本研究中双侧颞上回灰质体积增加，提示长期冥想在认知方面具有积极意义；Lazar等[5]发现，与非冥想者相比，冥想者额叶中回和额上回皮质厚度增加；Holzel[6]等观察到当累积冥想时间与灰质体积之间存在正相关时，冥想主要影响的脑区是前额叶内侧皮质；Luders等[7]的研究显示，与Lazar等[5]和Holzel等[6]相比，在更低更横向位置的前额叶区，冥想者中的脑灰质体积有所增加；正如Davidson等[8]总结的一样，一些功能、行为和病变的研究表明眶部额叶皮层与情绪密切相关，因此，目前观察到的长期冥想者眶部额叶皮质中的灰质增加，可能反映出冥想者在情绪自我调节和行为有关方面有着卓越能力。

中央后回是位于顶叶初级感觉皮层，不仅与语言加工、视觉处理等过程相关，并在情感介导与视觉识别中发挥重要作用[9]，本研究中右侧上部中央后回脑灰质体积增加，提示长期慈悲冥想在以上方面具有积极作用。

3.3ReHo值变化的意义

本研究应用ReHo值来代表特定脑区域BOLD信号的时间同步性及神经元自发活动的强弱，观察到长期冥想者与对照组相比，ReHo值有明显差异。Kral等[10]发现冥想训练可以通过降低杏仁核的反应性来提高情感反应，在情感刺激过程中提高杏仁核的前额叶腹内侧正中区连接强度可以反映出冥想训练对情感调节能力产生了有益影响的潜在机制。

大脑边缘系统由边缘叶及皮质下结构组成，这些区域与情绪、精神、记忆等高级神经活动有关。另外，丘脑及海马旁回是边缘系统的重要组成部分。本研究中发现冥想者在双侧丘脑及左侧海马旁回均处于正激活状态，可推测长期慈爱冥想者在情绪控制及精神记忆方面具有一定的优势。Hsieh等[11]研究了冥想时利用9个单词的短语来练习呼吸，结果显示在丘脑区、前扣带区、后扣带区、颞中回及壳核等区域均有脑激活区，这与本研究存在相同的脑激活区域，他们推测冥想练习与认知功能有关，而下丘脑在冥想练习中可以被激活，可能与内分泌有关。

小脑参与了空间的定位，本试验中左侧小脑有正激活区，是在前期试验基础上未报到过的脑激活区，空间定位是通过多个脑区的协同作用完成，因此笔者推测长期冥想者在空间定位方面有一定的优势。此外，小脑还参与情绪的处理，可能与长期冥想者的情绪调节有关。

额叶属于大脑发育中最高级的部分，主要负责智力与精神活动，Behrman-Lay等[12]研究表明，老年人认知功能退化的一个主要原因是额叶功能障碍。Fitzgibbon等[13]研究发现，前额叶的激活状态与工作记忆等任务具有相关性。Engen等[14]研究发现，相对于非冥想状态在仁爱冥想期间，双侧多个前额叶和岛侧区域振幅增加。Hölzel等[15]研究调查了冥想者和非冥想者在冥想时大脑活动的差异，发现这15名长期内观冥想者在两侧的吻侧前扣带皮层和背侧内侧前额叶皮层表现出比对照组更强的激活，由此他们得出冥想者前扣带皮层的活跃程度越高，可能反映出他们对分心事件的处理能力越强，内侧前额叶皮层活动的增加可能反映出冥想者在情绪处理方面的优势。但武丽莎[16]发现个体在正念训练后，脑功能改变主要表现为右侧前扣带回和右侧额中回、右侧背外侧额上回激活程度下降，同时个体在正念训练后脑网络改变，主要表现为前扣带回和前额叶功能连接增强，这意味着短期正念练习可出现默认网络及控制网络的功能改变。本研究中右侧岛盖部额下回、右侧三角部额下回、右侧额中回ReHo值减低，提示局部神经元活动一致性减弱，因此并不能证实长期慈爱冥想者在额叶皮层的负激活状态具有消极意义。

Weng等[17]研究表明，慈悲冥想可以培养对痛苦的视觉偏好，同时减弱通常与负面刺激的厌恶处理相关的区域神经反应，这可能会培养对痛苦刺激更平静和无反应的注意力，并在个人在面对痛苦时保持冷静及参与社会行动方面有帮助。

综上所述，长期慈悲冥想者在多个脑区灰质体积增加，多个脑区存在ReHo值激活状态，而结构和功能变化区域几乎未重叠，可能原因为功能改变多为血氧水平信号的瞬时体现，而VBM多反映长期冥想状态下脑结构发生的变化，因此脑结构和功能变化独立进行是可以理解的，但与脑结构相比，脑功能的变化更为广泛；冥想者的脑结构及功能的改变可能是目前冥想辅助临床治疗某些疾病的基础。本研究也存在不足之处，尚未将认知心理等量表加入研究，未来将在扩大样本量的基础上加入神经精神测验，使得研究进一步深入。

参考文献：

[3]刘广宇,朱臻雯,周娜,等.长期冥想对执行功能的初步影响.海军医学杂志,2018,39(3):196-201.

[16]武丽莎.基于ALFF的正念训练者静息态脑功能磁共振研究.昆明:昆明理工大学,2016.

李瑞阳,鲍海华,康东杰,郑芸.静息态功能磁共振成像对长期慈悲冥想者脑结构和脑功能的研究[J].磁共振成像,2020,11(06):411-415.