冥想练习对中老年女子心率变异性及脑波的影响

张静

摘 要：目的：评价冥想练习对中年女子心率变异性及脑波的影响。方法：募集到15名45～60岁中老年女性为观察对象。观察其冥想训练前后心率变异性（HRV）、脑波变化以及两者之间的关系。结果：冥想训练前后，其HRV指标发生了明显变化，表现为冥想练习后nHF显著增加（P=0.004），而nLF（P<0.001）和LF/HF（P<0.001）显著下降。前额区和中央区α1（8～10 Hz）以及中央区α2（10～12 Hz）波功率显著增加（P<0.01），而枕區α波功率没有显著性变化。前额区高频段的θ2波（6～8 Hz）功率显著增加（P<0.01）。同时，冥想训练前后，位于额区的Fz和中央区Cz的θ2波功率变化与HRV的nHF变化呈显著正相关，Pearson相关系数分别为0.603和0.486。同时，位于额区的Fz和Cz的α1（8～10 Hz）波功率变化、位于Cz的α2波功率与nLF和LF/HF呈显著的负相关。结论：冥想练习可以影响练习者心脏的HRV功能以及脑波变化，而且冥想训练可能通过改变脑内局部区域的功能，进而影响自主神经系统的功能。

关键词：冥想;心率变异性;脑波;中老年女子

中图分类号：G804.2文献标识码：A文章编号：1009-9840（2018）06-0066-05

老龄化是中国正在面临的一个社会问题，而伴随着老龄化出现的一个重要问题就是老年人心脏自主神经系统支配功能下降。心脏自主神经系统功能可以使用心率变异性（Heart Rate Variability， HRV）进行评价[1]，而心率变异性受各种生理学因素的影响，包括年龄、身体姿势以及生物节律[2]。HRV能够反映身体的一些病理状态，例如充血性心力衰竭、糖尿病性神经病变以及冠状动脉心脏病[3]。HRV随着年龄的增长其相关指标的变化能力下降[4]。HRV是用来衡量交感神经与副交感神经系统平衡性的指标，[JP+1]而且在测量时无损伤，便于人们接受，所以目前HRV已经成为研究自主神经系统功能的一种有效手段。有研究表明冥想训练可以影响自主神经系统的活动[1]。冥想是一种深度安静但又处于警觉状态的精神活动[5]，冥想训练作为一种精神训练法可以缓解精神压力以及辅助情感管理[6]。近些年来，有越来越多的学者使用脑电和自主神经系统指标评价训练过程中的意识变化，有研究表明冥想训练可以提高练习者脑电α波的功率[7]。尽管目前普遍认为冥想训练可以提高练习者内在的注意力或专注度，而且已经有研究报道冥想训练方法能够影响自主神经系统中交感神经与副交感神经之间的平衡性，但是有关冥想训练过程中自主神经系统的功能是如何变化以及变化的脑机制研究还鲜有报道。

目前有学者研究了长期的冥想练习对练习者安静状态下脑波的影响以及负面情绪的影响[8]，发现在经过长期的霎哈嘉瑜伽冥想训练后闭眼安静状态下θ波功率以及低频段α波功率显著增加。另外，Fan等人发现经过短期5天的身心结合意念训练后，受试者安静状态下α波的功率水平显著提高，受试者在认知任务中的反应时也相应提高[8]。Reva等人发现长期的霎哈嘉瑜伽冥想训练提高了练习者情感图片判断诱发的ERP幅值，他们认为冥想训练增加了前额区从上至下的信息处理能力[9]。这些研究都为本研究提供了依据，即冥想训练可以对脑功能产生影响。

本研究观察冥想训练过程中对中老年女性练习者心率变异性和脑波的影响以及脑波变化与心率变异性变化指标的关系，为揭示冥想对心率变异性影响的脑机制研究提供依据。

1 研究方法与对象

1.1 研究对象

本研究在沈阳某社区募集到15名45～60岁的中老年女性，年龄52.5± 4.8 岁，身高160.4 ± 4.1 cm，体重60.3 ± 8.2 kg。这些受试者之前都未接触过冥想训练，不懂冥想技巧。排除标准：有高血压、糖尿病、心脏病以及任何有过瑜伽和有氧健身练习经历和背景的人排除在外。入组标准：年龄在45～60岁之间的女性、身体健康。该实验得到学校伦理委员的批准。实验前向每一名受试者说明实验的具体情况，得到了每一名受试者的同意，并且签署了知情同意书。

1.2 研究方法

1.2.1 研究设计

在一名专业冥想训练教师的指导下进行冥想训练，要求练习者集中注意力于自身的呼吸，当练习者呼气时数数字，而吸气时不数数字，按照此要求从1数到100，完成一个小周期练习，然后再重新进行新的周期练习，一共持续时间为6 min左右。练习过程中要求闭目，注意力集中于记住自身的呼吸，呼吸频率控制在0.25 Hz左右，为了保证呼吸频率，使用声音节奏引导受试者的呼吸。

在练习前采集受试者的呼吸频率也要控制在0.25 Hz，因为HRV受呼吸频率影响，但是不要求受试者注意力集中于记住自身的呼吸，仅仅进行平静状态下闭目、平稳呼吸，同样记录6 min。

在两种状态下时，分别采集受试者的EEG和ECG，然后进行EEG脑波功率谱分析和ECG的HRV分析。比较前后两种状态下EEG脑波功率谱和HRV相关指标的变化。

1.2.2 数据采集与分析

1.2.2.1 ECG采集及HRV分析

利用生物反馈仪采集受试者的心电信号，采样频率为250 Hz，电极安放按照文献报道的方法放置[10]。采集受试者安静仰卧位姿势下6 min的ECG信号。

为了减少心率波动对HRV分析的影响，本研究中将开始后和结束前30 s的EEG数据去掉，保留平稳期内5 min的ECG数据。

在进行HRV分析时，主要针对频域指标进行分析。HRV的频域指标是将原始的ECG信号通过快速傅里叶转换（FFT）变成频谱信号，进而对其频率成分进行分析，低频率成分（0.04～0.15 Hz）（low frequency，LF）、高频率成分（0.16～0.45 Hz）（high frequency， HF）。低频率成分对压力感受性反射引起的心率变化产生反应，并且反应的是交感神经和副交感神经的混合对HRV的调节。HF反应的与呼吸有关的副交感神经对HRV的调节（例如呼吸性窦性心率不齐）[11]。为了减少HRV个体差异性的影响，目前将LF和HF进行标准化处理，即将总功率中减去极低频率功率成分后，LF和HF及其相对值表示为nLF和nHF，标准化的nLF和nHF能够降低因为个体HRV的总功率不同而引起的差异。LF/HF可以评价交感神经和迷走神经的平衡性，该值变小说明副迷走神经活动占优势，该值变大说明交感神经支配占优势。

1.2.2.2 EEG采集及脑波分析

利用LiveAmp16导无线脑电仪采集受试者的EEG信号，接地电极位于头顶处，参考电极为双侧颞骨乳突连接。同时监测受试者的垂直眼电，监测垂直眼电的电极置于右侧下眼睑处1 cm。电极采样频率设置为500 Hz，滤波范围为0.5～100 Hz。采集EEG信号前，先进行洗头发，将头皮上的油脂和头皮洗净，以降低电极阻抗，然后用风筒将头发吹成半干状态，以便增强导电性。用专业的磨砂纸去除双侧颞骨乳突以及右侧下眼睑的角质皮，以降低电极阻抗，通过这些处理后将所有电极阻抗都降低到10千欧姆以下。受试者准备好后，开始采集受试者者平躺仰卧位姿势下的闭眼EEG数据6 min。

将原始脑电信号进行右眼去除伪迹处理，由于受试者处于平躺静卧位，很少有伪迹干扰成分。将手动删除伪迹处理后的原始脑电进行眼电校正，即将有眼电干扰的通道电极进行校正。将去除眼电干扰的连续脑电分割为若干个15 s的时间段epoch。将每一个时间段进行低通滤波，截止频率为35 Hz;然后再次将滤波处理后的脑电进行阈值法去除伪迹，阈值标准为±70 μv。最后，无伪迹干扰的时间段epoch的个数平均为22.5±1.8个。

将这些脑电信号进行功率谱分析，功率谱分析采用FFT的方法将原始的脑电信号进行频谱功率计算（μV2），原始的功率值取以10为底的对数作为观察值ln。按照文献的报道，本研究选取了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）作為观察的EEG波段，同时选取了前额区（Fz）、中央区（Cz）、枕区（Oz）作为主要的观察脑区代表区域。

1.2.3 统计学分析

本研究采用的是组内设计，冥想训练干预前后相关指标的变化，统计学软件为社会学统计软SPSS17.0。首先对数据进行Kolmogorov-Smirnov正态分布检验，在本研究中数据符合正态分布特征，因此采用配对样本T检验进行统计学分析。

对于脑电数据来说，进行三因素重复测量方差分析：运动干预（2个水平：pre-exercise、post-exercise）×脑区（3个水平：Fz、Cz、Oz）×脑波（5个水平：θ1波、θ2波、α1波、α2波、β波）。Greenhouse–Geisser用于自由度校正，但本研究中报告的自由度为非校正之前的自由度。瑜伽冥想干预前后不同脑区位置的不同脑波比较使用配对样本T检验。瑜伽冥想干预前后脑波功率变化与HRV相关指标变化之间的相关性采用Pearson correlation计算。所有数据用平均值±标准误表示，显著性标准为P<0.05。

2 结果

2.1 HRV变化

对于HRV来说，在本研究中主要观察了HRV频域指标的变化。使用二因素重复测量方差分析评价瑜伽冥想训练对HRV的影响，冥想干预（2个水平：control、meditation）×HRV频域指标（3个水平：nHF、nLF、LF/HF）。结果发现存在瑜伽冥想的主效应F（1，14）=8.17，P<0.001，以及HRV频域指标的显著性差异F（2，28）=22.34，ε=0.58，P<0.001。而且存在显著瑜伽冥想×HRV频域指标的交互效应F（2，28）=13.8，ε=0.41，P<0.001。进一步的两两比较T检验表明，鉴于多重比较，P值经过Bonferroni校正为0.016（0.05/3）。练习瑜伽冥想练习后nHF显著增加t（14）=-3.76，P=0.004;而nLF和LF/HF显著下降，分别为t（14）= 4.36，P<0.001和t（14）=4.85，P<0.001。

2.2 EEG变化

对于脑电波功率的影响来说，瑜伽冥想干预有显著性的主效应[F（1，14）=9.87，P=0.002]，脑区对脑电波功率也存在显著的主效应[F（2，28）=11.07，ε=0.38，P<0.001]，同时不同频段脑波之间的功率也存在显著性的主效应[F（4，56）=28.87，ε=0.45，P<0.001]。而且瑜伽冥想与脑区之间存在显著的交互效应[F（2，28）=10.11，ε=0.33，P<0.001]。进一步单因素方差分析发现，瑜伽冥想干预对θ2波[F（1，14）=4.12，P=0.03]和α1波[F（1，14）=15.26，P<0.001]有显著性的主效应。事实上，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]存在着瑜伽冥想干预×脑区之间的交互相应。进一步的配对T检验发现，瑜伽冥想干预前后θ2波、α1波、α2波在不同脑区之间存在显著性差异，鉴于多重比较，P值经过Bonferroni校正为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波在枕区并没有发生显著性变化。

2.3 HRV变化与EEG变化之间的关系

表1中结果显示位于额区的Fz和Cz的θ2波功率变化与HRV的nHF变化呈显著正相关，Pearson相关系数分别为0.603和0.486。同时，位于额区的Fz和Cz的α1波功率变化、位于Cz的α2波功率与nLF和LF/HF呈显著的负相关（见表1）。

3 讨论

本研究结果显示受试者在霎哈嘉瑜伽冥想训练过程中，其θ2波功率显著增加。而α波功率显著增加，表现为前额区的α1和中央区α2波段的功率显著增加，但是枕区的α波的功率没有显著性变化。另外，本研究发现位于前额区的Fz和中央区Cz的θ2波功率变化与HRV的nHF变化呈显著正相关。同时，位于额区的Fz和Cz的α1波功率变化、位于Cz的α2波功率与HRV的nLF和LF/HF呈显著负相关。

之前已經有研究表明，在冥想练习过程中，EEG频谱中的慢波成分α波和θ波的功率会变大，尤其是额区皮质区域[12]。一般来说，冥想过程中自主神经活动的变化特征表现为交感神经活动减弱同时副交感神经活动增强[11，13-14]。在本研究中，前额区和中央区低频段α1波功率和前额区高频段θ2频段显著增加。对于HRV指标来说，在冥想过程中nLF和LF/HF显著下降，而nHF显著增加，说明在冥想练习过程中交感神经活动受到抑制，同时副交感神经活动兴奋。本研究中EEG和HRV指标的变化与以前冥想的生理效果研究相似，但是本研究冥想过程中未见到枕区α波发生显著性变化，提示困倦的生理效应没有在本研究中出现，HRV指标受呼吸模式和身体姿势的影响[15]。在本研究中我们严格控制了受试者的呼吸频率以及身体姿势，所以能够保证HRV指标不受这两个因素的影响。

以前的研究表明α波和θ波亚频率带对应着不同的生理功能，例如注意、记忆、情感以及认知活动中体现着不同的变化[16-17]。在本研究中低频带的α波和高频带的θ波在冥想过程中显著增加。

有研究表明内在注意力集中引起α波的同步化，而外在刺激引导注意力集中时导致α波去同步化[18]。Klimesch等人发现低频带α波（8～10 Hz）反映的是与非任务处理相关的认知过程，例如期待和注意过程，而高频带α波与具体的任务处理过程相关[19]。一次成功的冥想体验似乎是受外部注意力切断机制所调控的，即全部是内在注意力，这通常伴随着前额区低频带α波功率降低[19]。在本研究中前额区和中央区低频段的α波（8～10 Hz）的变化与HRV的nLF和LF/HF变化之间呈负相关，HRV的nLF和LF/HF变化反映的是交感神经活动强弱，因此通过冥想练习增强内在注意力对交感神经产生了一种抑制作用。Kjaer 等人发现在冥想过程中体内多巴胺能神经元活动增强[20]。因此，本研究练习冥想练习过程中练习者前额区和中央区低频段的α波（8～10 Hz）功率增加可能与多巴胺能神经元活动增强有关，而多巴胺分泌增加抑制机体交感神经活动。

θ波功率随着任务需求增加而增加，并且与任务指向、注意力、记忆力以及情感处理机制有关[19]。已经有研究报道在冥想练习过程中θ波功率增加[21]。在本研究中我们发现受试者在冥想过程中前额区θ波的快频率带（6～7 Hz）的变化与nHF（反映副交感神经活动）变化之间呈显著正相关。因此，冥想练习可能增强了机体副交感神经的兴奋性。有研究报道θ波功率增加与体内5-羟色胺能神经元活动增强有关[22]，因此，本研究中受试者在冥想过程中可能同时激活了体内5-羟色胺能神经元活动，使5-羟色胺分泌增加，从而使快频率带的θ波功率增加。

4 结论

受试者在霎哈嘉瑜伽冥想训练过程中其θ2波功率显著增加。而α波功率显著增加，表现为前额区的α1和中央区α2波段的功率显著增加，但是枕区α波的功率没有显著性变化。另外，本研究发现位于前额区Fz和中央区Cz的θ2波功率变化与HRV的nHF变化呈显著正相关。同时，位于额区的Fz和Cz的α1波功率变化、位于Cz的α2波功率与HRV的nLF和LF/HF呈显著负相关。这说明冥想训练通过改变脑内局部区域的功能进而影响自主神经系统的功能。

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