Buddha\'s Brain: Neuroplasticity and Meditation
作者：理查德·J·戴維遜（主任）和安托萬·魯茲（副研究員）
Richard J. Davidson, Director and Antoine Lutz, Associate Scientist
作者簡介：
理查德·J·戴維遜：生於1951年12月12日，是美國威斯康星大學麥迪遜分校的心理學和精神病學教授，同時也是位於Waisman中心的“精神健康研究中心”的創建者和主席。
安托萬·魯茲：美國威斯康星大學麥迪遜分校“腦成像與行為Waisman實驗室”的一名副研究員。他與理查德·J·戴維遜教授及其實驗室的其他幾位工作人員共同合作研究。
聯繫方式：
Waisman Laboratory for Brain Imaging & Behavior University of Wisconsin-Madison
1500 Highland Avenue Madison, WI 53703-2280
(tel) (1).608.262.8705 (fax) (1).608.262.9440 alutz@wisc.edu
在最近一次對美訪問中，有位大德在華盛頓的神經科學協會年會上做了一個演講。過去的幾年裡，他幫助威斯康星大學麥迪遜分校“腦成像與行為Waisman實驗室”招募了很多西藏佛教僧侶，直接促進了該實驗室對大腦與禪修關係的研究。通過研究這些特殊樣本而得到的研究成果及相關工作表明：禪修達上萬小時的長期修行者確實改變了他們的大腦結構和功能。本文將對神經可塑性（涵括上述改變）和這些研究成果進行討論，並且對相關的信號處理（SP）研究所面臨的挑戰、現狀和SP如何有助於促進研究進行評論。
一、神經可塑性是什麼？
“神經可塑性”這個術語用來描述內心體驗所致的大腦改變。從長出新神經連接到產生新神經元，神經可塑性有很多不同的機制。當用神經可塑性這一概念框架來研究禪修時，我們認為禪修的心智訓練與誘導大腦可塑性改變的其他技能獲取形式本質上沒有什麼不同。[ 1 , 2 ] .
二、禪修是什麼？
“禪修”這個術語泛指各種各樣的練習。它範圍相當廣，涵蓋了從放鬆技巧到為提高幸福感這類遠大目標而做的練習。因此在進行研究時，有必要明確具體的禪修類型。在參考文獻[3]中，禪修被定義為：一套複雜的情緒與註意力調節策略，可用於多種目的，包括培育幸福感和平衡情緒。在此，我們主要探討“集中註意力（FA）”禪修和“開放式觀察（OM）”禪修。
“集中註意力（FA）”禪修要求志願者將注意力持續集中在一個選定的對像上。而“開放式觀察（OM）”禪修則是以一種不回應（non-reactively）的方式剎那剎那觀察自己的體驗，基本上可說是一種用於了解情緒和認知模式本性的方法。
OM禪修初期主要是FA訓練，用於使內心平靜和減少注意力分散。但隨著FA的進步，培養觀察技巧本身就成為主要練習目標。其目的是要達到這樣一種狀態，即不專門把注意力集中在某個特定對像上，相反，只是保持著觀察狀態，剎那剎那地留意內在發生的任何體驗。
無論在某次練習、還是在培訓全程中，這兩種常見的禪修方式常常被合在一起進行。這些禪修模式稍微變化後，也出現在幾個禪修系統中，包括佛教的內觀和大手印；同時，很多流行的、借鑒佛教修行方法而創立的世俗心理療法中，也可以找到它們的影子。
三、禪修中大腦的變化
下面總結一下練習這幾種禪修模式中的每一種時，大腦發生了什麼變化。這些變化包括：以功能性磁共振成像（fMRI）檢測到的大腦功能模式的改變、皮層激發的視覺刺激反應變化（可反映禪修對注意力的影響）、以及高頻振蕩的振幅和同步性的變化（可能對泛在的腦迴路的連接有重要作用）。
1 、實驗設置
以下描述的實驗中，用功能性磁共振成像（fMRI）測量血流動力學變化時，需要用一個高場強的磁共振成像（MRI）掃描儀，並配備適當的脈衝序列以快速獲取數據，同時配有必要的光纖刺激傳送裝置，這樣當受試者躺在儀器的磁孔中時就能對其進行視覺刺激。在研究測量大腦電活動時，在頭皮表面所使用的是64至256個電極的高密度記錄系統。
2 、FA禪修
最近一項研究[ 4 ]用功能性磁共振成像檢測了FA禪修老手和新手的神經關聯狀況。研究對比了對外部視點進行FA禪修的狀態與不禪修的放鬆狀態，所謂放鬆狀態就是告知受試者不要禪修而保持平常的基本狀態。研究發現禪修狀態激活了多個大腦區域，這些區域的功能跟觀察（背外側前額葉皮層）、注意（視覺皮層）和注意力定向（比如額上溝、輔助運動區、頂內溝）相關聯。
一般而言，禪修老手的禪修關聯激活模式比新手更強，但兩者多個FA禪修相關腦區中的活動都顯示為倒U型曲線。平均禪修19,000小時的專業禪修者在這些區域的激活程度比新手更為強烈，而平均禪修44,000小時的專業禪修者卻沒有那麼強烈。這個倒U型函數類似於其他專業領域技能學習時的學習曲線，例如學習語言。而這一研究結果說明，在密集FA禪修訓練後，不用費很大力氣就能保持注意力集中。
FA禪修中，聽到帶有情感的聲音時，專業禪修者大腦的杏仁核激活程度比新手低。這一情感區域的激活程度與平時練習小時數呈負相關，如圖1（A）所示。這個結果可能說明：高水平專注與情緒反應行為明顯降低有關，後者不利於保持專注力的穩定。
圖1說明：
( a ).長期佛教禪修者在FA禪修出現干擾噪音時，其禪修時間（年）和杏仁核（藍色部分）血液動力學反應的關係。圖中標記為某位4年禪修者右側杏仁核的反應。（摘自參考文獻[2]）
( b )三個月密集內觀禪修後，在分散注意力的快速乾擾信號流中給受試者兩個目標刺激（T1和T2），其中，應對第一個刺激的P3b振幅（反映大腦資源分配的腦電位指數）出現下降。[3]
( c )本圖表明，一般情況下，應對T1刺激的大腦資源分配（P3b振幅）下降越多，隨著時間推移，受試者越能準確地識別T2。（摘自參考文獻[3]）
( de )長期佛教禪修者在進行OM禪修中的無緣大悲禪修時，其腦電波出現高振幅γ波的示例。[4] ( e )對應（d）圖不同電極的γ波(25–42 Hz)活動強度時間進程，四個區域都以20秒滑動窗口每2秒計算一次結果，然後取電極平均值。
( f )慈悲禪修時，所有電極γ波與慢波(4–13 Hz)比值平均值的個體間分析。
( g )不同組別（禪修組和對照組）和狀態（初始基線、進程基線和禪修狀態）對該比值（γ波比慢波）有顯著影響。
總之，這些研究結果都支持一個觀點，即註意力是種可培訓的技能，FA禪修的心智練習就可以強化它。
3 、OM禪修
最近另一篇文獻[5]用縱向研究方法驗證OM禪修能否減少精細刺激處理，具體是在“注意瞬脫”實驗中（譯者註：視覺注意瞬脫是指在快速呈現一系列刺激時，前一個目標刺激（T1）對後面第二個目標刺激（T2）的識別造成阻礙，使得對第二個目標刺激報告率顯著下降），用頭皮電極記錄腦電位和活動。精細刺激處理的減少能讓人更好地留意外界剎那變化的刺激流，而不是“卡在”某個刺激上。
注意瞬脫現像說明大腦的信息處理能力是有限的。更具體地說，當快速事件流中的兩個目標刺激T1和T2在非常接近的時間中出現，第二個目標常常不會被識別出來。這種缺陷被認為是兩個目標競爭有限的注意力資源的結果，也就是說當很多資源被分配來處理T1時，隨後處理T2時幾乎就分不到資源了。
參考文獻[ 5 ]的研究發現，三個月密集內觀禪修（OM禪修的一種常見類型）減少了分配給第一個目標刺激的大腦資源，表現在T1引發的P3b振幅（反映大腦資源分配的腦電位指數）變小。圖1（B）說明了這一點：圖中P3b振幅降低了。在這個圖中，用頭皮Pz電極記錄腦電位，時間鎖定在T1開始之時，這個腦電位可以作為函數來反映T2準確度（檢測到（不瞬脫）和未檢測到（出現瞬脫）） 、時間（三個月之前和之後）、分組（禪修組和新手組）的關聯。頭皮電極分佈圖顯示了在420-440毫秒之間時，哪些部位這三者關聯比較明顯。
分給T1的大腦資源減少與T2的注意瞬脫減少相關聯，如圖1（C）所示。由於修行者在實驗期間沒有進行正式禪修，因此這些結果支持這樣的觀點，即OM禪修的長期作用之一可能是減小了“卡在”單個目標上的傾向，這反映在（a）減少精細刺激處理和（b）根據任務需要開發出關注與捨棄目標刺激的有效機制。
前期研究[6]表明，在進行情緒模式OM禪修時，專業禪修者大腦γ波同步的高振幅表型支持這樣一種觀點，從連續動態全景狀況的角度來理解OM的狀態可能更好。與新手相比較，熟練的禪修者在禪修時自己誘發了持續高幅腦電圖（EEG）γ波振盪和長距離時相同步，特別是側額頂葉電極部位。重要的是，與對照組相比較，長期禪修者在基線狀態時，其γ振盪也特別明顯，說明禪修者的基礎生理模式已經發生了轉變，如圖1（G）所示。雖然其準確機制還不清楚，但這種神經放電振蕩的同步可能在瞬態網絡（transient networks）的構造中起著至關重要的作用，這種瞬態網絡能把分散的神經處理過程整合成高度有序的認知和情感功能。
圖1（D）和（E）顯示在進行一種OM禪修（無緣大悲禪修）時，長期佛教禪修者的高振幅γ波活性[ 6 ]。
慈悲禪修時，將γ波與慢波振盪（4–13 Hz）的比值取所有電極平均值，對其進行個體內分析，其結果見圖1（F）。橫坐標代表受試者數量，縱坐標代表初始狀態和禪修狀態平均比值的差異，黑色和紅色星標分別代表其數值高於基線標準差的兩倍和三倍以上。
圖1（G）顯示不同組別（禪修組和對照組）和狀態（初始基線、進程基線和禪修狀態）對該比值有顯著的影響。在禪修過程中，γ波的相對增長值在禪修後期更高。初始基線狀態時，禪修組的相對γ波值就比對照組高，並且與禪修者此生所進行的禪修時間長度相關（摘自參考文獻[ 6 ]）。
4 、信號處理（SP）面臨的挑戰
信號處理能以其獨有角度對這一新成就做出貢獻，即繪製出禪修心智訓練改變大腦的方式圖。但還是存在一些相關的難題，包括：確定大腦功能標誌物，這些標誌物隨禪修方式不同而改變；周圍生理功能（如呼吸）改變所致大腦活動變化的分析；為盡可能利用最好的時間和空間分辨率，同時測定電信號和血液動力學信號。
四、對腦——機界面的影響
禪修和腦功能研究帶來的有趣啟示之一是：禪修可能有助於減少“神經背景噪音”，從而在某些測驗中使信噪比提高。鑑於正在建構的腦——機界面是立足在腦功能的電子記錄之上，禪修訓練可以促進更快速的學習過程。而這一點也保證了將來能進行系統性評價。
五、未來的工作
目前正在進行和將要進行的研究工作集中在幾個不同的方向上。在這些重要領域裡，有個方向值得重視，就是探索禪修所致不同腦迴路的連接變化。而開發探測腦迴路連接不同特性（包括結構方面和功能方面）的新方法對促進這方面的研究格外珍貴。所有這些研究的目標在於：更好地探明禪修如何整合不同的腦迴路，進而產生傳說中的精神和行為狀態改變，例如提高了幸福指數。
【參考文獻】：
1. Berger A, Kofman O, Livneh U, Henik A. Multidisciplinary perspectives on attention and the development of self-regulation. Progress in Neurobiology. 2007;82:256–286. [ PubMed ]
2. Poldrack RA. Neural systems for perceptual skill learning. Behavioral and Cognitive Neuroscience Reviews. 2002;1:76–83. [ PubMed ]
3. Lutz A, Dunne JP, Davidson RJ. Meditation and the neuroscience of consciousness: An Introduction. In: Zelazo PD, Thompson E, editors. The Cambridge Handbook of Consciousness. Cambridge University Press; 2006.
4. Brefczynski-Lewis JA, Lutz A, Schaefer HS, Levinson DB, Davidson RJ. Neural correlates of attentional expertise in long-term meditation practitioners. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2007;104:11483–11488. [PMC free article ] [ PubMed ]
5. Slagter HA, Lutz A, Greischar LL, Francis AD, Nieuwenhuis S, Davis JM, Davidson RJ. Mental training affects use of limited brain resources. PLoS Biology. 2007;5(6):e138. [ PMC free article ] [ PubMed ]
6. Lutz A, Greischar L, Rawlings NB, Ricard M, Davidson RJ. Long-term meditators self-induce high-amplitude synchrony during mental practice. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2004;101:16369–16373. [ PMC free article ] [ PubMed ]
文章來源：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2944261/
