Нейрогемодинамические эффекты рецитации «ОМ»
Авторы: Bangalore G Kalyani, Ganesan Venkatasubramanian, Rashmi Arasappa, Naren P Rao, Sunil V Kalmady, Rishikesh V Behere, Hariprasad Rao, Mandapati K Vasudev, Bangalore N Gangadhar
Department of Psychiatry, Advanced Center for Yoga, National Institute of Mental Health and Neurosciences, Bangalore, Int J Yoga — 560 029, India
Перевод с английского: Надежда Шуклина (Санкт-Петербург)
Мнение авторов статьи может не совпадать с мнением редакции сайта
Справочная информация: Во время пения мантры «ОМ» возникает ощущение вибрации, что влияет на стимуляцию блуждающего нерва через его ушные ветви и таким образом реализуется воздействие на мозг. Нейрогемодинамические эффекты мантры «ОМ» еще предстоит изучить.
Материалы и методы: Нейрогемодинамические эффекты пения мантры «ОМ» изучались у девяти здоровых мужчин и трех женщин, правшей (n=12) с использованием Функциональной Магнитно-Резонансной Томографии (ФМРТ). Эффекты после пропевания мантры «ОМ» сравнивались с произношением звука «с-с-с-с» и с состоянием покоя и отдыха. Анализ ФМРТ проводился с использованием Статистического Параметрического Изображения 5 (СПИ5).
Результаты: В данном исследовании во время пропевания мантры «ОМ» (при сравнении активности мозга с состоянием покоя), значительная деактивация наблюдалось в глазнично-лобной доле, передней поясной коре, парагиппокампальной извилине, таламусе и гиппокампе. Правая мозжечковая миндалина также показывала существенное снижение активности. Во время пения мантры «ОМ» существенной активации не наблюдалось. А при произношении звука «с-с-с-с», напротив, не происходило ни активации, ни деактивации в этих отделах мозга.
Вывод: Нейрогемодинамические эффекты пропевания мантры «ОМ» свидетельствовали о лимбической деактивации. Поскольку подобные наблюдения были зарегистрированы при воздействии на блуждающий нерв, используемом в лечении депрессии и эпилепсии, результаты исследования свидетельствуют о потенциальной роли пения мантры «ОМ» в клинической практике.
Введение
Электростимуляция блуждающего нерва (ЭБН) используется в лечении депрессии и эпилепсии [1, 2]. Исследования с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) [3] показали уменьшение кровотока в лимбической области мозга во время прямой (шейной) электростимуляции блуждающего нерва. Другие исследования с использованием Функциональной Магнитно-резонансной томографии [4] показали значительное отключение лимбических областей мозга во время электростимуляции блуждающего нерва через кожу (суть данной электростимуляции блуждающего нерва состоит в том, что больному имплантируют под кожу генератор электрических импульсов, а провод подсоединяют к левому блуждающему нерву в области шеи — прим. переводчика). В этой процедуре электроимпульс воздействует на внутреннюю часть левого козелка — и следовательно, на ушную ветвь блуждающего нерва.
Широко известно использование мантры «ОМ» в медитационных практиках [5]. Пропевание мантры «ОМ» создает ощущение вибрации вокруг ушей. Также предполагается, что эти ощущения связаны с передачей импульса через ушную ветвь блуждающего нерва. Поэтому мы предположили, что электростимуляция блуждающего нерва через кожу в этом смысле аналогична пению мантры «ОМ» и так же создает лимбическую деактивацию. В особенности мы предполагали, что пение мантры «ОМ» будет вызывать похожие нейрогемодинамические эффекты: отключение лимбической зоны мозга, мозжечковой миндалины, гиппокампа, парагиппокампальной извилины, островковой доли мозга, таламуса, глазнично-лобной и передней поясной коры мозга, как было выявлено в предыдущем исследовании [5].
Материалы и методы
В исследовании принимали участие 9 здоровых мужчин и 3 женщины, правши (n=12), которые дали согласие на участие в проводимом исследовании МРТ в качестве обследуемых. Два квалифицированных психиатра независимо оценили этих добровольцев, чтобы исключить: 1) психиатрические диагнозы, 2) семейную историю основных психических заболеваний в первом поколении, 3) беременность или послеродовое состояние, 4) злоупотребление психоактивными веществами или зависимость от них, 5) серьезные неврологические расстройства, 6) любые противопоказания к МРТ, 7) леворукость или амбидекстризм. Отсутствие психиатрических заболеваний было установлено при помощи специального опроса M.I.N.I. (Mini International Neuropsychiatric Interview Plus) [5]. Возрастной диапазон испытуемых составлял 22-39 лет (среднее±СД=28±6 лет). Все участники имели образование. Четверо из участников исследования прошли формальное обучение йоге, включая медитацию, для остальных эта техника была новой. Протокол исследования был проверен комитетом этики Национального института психического здоровья и неврологии. В дополнение к согласию для проводимого исследования, которое уже было дано испытуемыми, ими были предоставлены результаты актуального ФМРТ, а так же их научили петь мантру «ОМ» прежде чем приступить к новому ФМРТ обследованию.
Задача ФМРТ
Испытуемые обучались пению мантры «ОМ» вместе с опытным учителем йоги. Важное условие – отсутствие утомления и пауз. Гласную «О» пели течение 5 секунд и в продолжение еще 10 секунд — согласную «М». В электрофизиологических исследованиях, проводимых ранее, использовалось мысленное пение мантры «ОМ», в этом исследовании было выбрано пение мантры вслух. Это помогло объективно подтвердить выполнение задания во время ФМРТ, а так же обеспечить чувствительность вибрации и стимуляцию блуждающего нерва через ушные ветви. Состоянием контроля было воспроизведение звука «с-с-с-с» в течение такого же времени (15 секунд). Звук «с-с-с-с» был выбран для сопоставления с выдохом во время пропевания мантры «ОМ», но без ощущения вибрации вокруг ушей. Обе практики выполнялись в положении лежа. Так же все участники исследования были знакомы с выполнением задания лежа в трубе МРТ. ФМРТ обследование проводилось как только испытуемому становилось комфортно. В конце выполнения задания один из исследователей установил, что испытуемые ощущали вибрацию только во время пения «ОМ», но не звука «с-с-с-с».
Процедура ФМРТ состояла из нескольких блоков. Этапы эксперимента: 1) сначала было выполнено структурное исследование мозга с высоким разрешением; 2) затем последовал ряд эхопланарной визуализации (ЭПВ), в которой выполнялось сканирование уровня кислорода в крови. Сканирование методом эхопланарной визуализации повторялось каждые 3 секунды. В течение 10 минут было выполнено 200 ЭПВ-сканов. Эти 10 минут состояли из 15-секундных блоков «ОМ» и «с-с-с-с». Эти блоки были перемешаны с 15-секундными периодами отдыха. Всего было 10 блоков «ОМ», 10 – «с-с-с-с» и 20 блоков отдыха [Рисунок 1].
Рисунок 1. 1 цикл: «Отдых – «ОМ» – Отдых — «с-с-с-с»», 10 таких циклов были выполнены каждым испытуемым во время ФМРТ сканирования.
Последовательность изображений
Визуализация была произведена через МРТ-сканнер (3 Тесла) Национального института психического здоровья и неврологии. После начальных локализованных последовательностей были получены T 1 –weighted, структурные МР-изображения высокого разрешения с толщиной среза 1 мм без межсекундного промежутка (TR=8.1 msec; TE=3.7 msec; matrix=256΄256). Это структурное изображение с высоким разрешением было использовано с целью локализации активации отделов мозга, а также для исключения значительных аномалий мозга у испытуемых. Общая продолжительность эхопланарной визуализации составляла 10 минут. Во время эхопланарной визуализации испытуемые поочередно переключались между различными состояниями (такими, как «ОМ», «с-с-с-с» и «Отдых») каждые 15 секунд (как описано выше), через МРТ-совместимый монитор, который был синхронизирован с изображением полученным с помощью программного обеспечения e-prime, встроенного в аппаратную установку eloquence fMRI.
Анализ изображений
Анализ МРТ проводился для всех пациентов с использованием Статистического Параметрического Преобразования 5 (СПП5) (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm). Изображения были скорректированы с учетом вариации времени среза и пространственно нормализованы [7, 8, 9], а так же сглажены фильтром с гауссовым ядром шириной 8 мм в половину от максимума полной мощности. Блоки были смоделированы канонической функцией гемодинамического ответа. СПП5 объединяет Общую Линейную Модель и теорию случайных полей Гаусса для получения статистических выводов из данных и уровня кислорода в крови относительно отклонений от нулевой гипотезы в трехмерном пространстве мозга. Анализ зафиксированных (минимально адресуемых объемных элементов изображения трехмерного пространства) воксельных эффектов дал статистическую параметрическую карту в стереотаксическом пространстве Монреальского Неврологического института [10]. «ОМ» и «с-с-с-с» связанные активацией и деактивацией уровня кислорода в крови, оценивались с использованием парадигмы вычитания, соответственно, в сравнении с состоянием отдыха. Изменения уровня кислорода в крови были исследованы конкретно в ΰ-начальных областях, представляющих интерес, а именно в лимбических областях мозга (мозжечковая миндалина, гиппокамп, парагиппокампальная извилина, островок головного мозга, орбито-фронтальная и передняя часть поясной извилины коры головного мозга, таламус – последние три области мозга были исследованы из-за их сложных связей с лимбическим мозгом). Для этих ΰ-начальных областей, представляющих интерес, были созданы маски с использованием WFU Pick Atlas More Details для анализов Статистического Параметрического Картографирования [11]. Коррекция значений множественных сравнений для отдельной области, представляющей интерес, выполнялась с использованием метода Коррекции Ошибок по Типу (Family-wise Error Correction (FWE) [P<0.001]).
Результаты
По сравнению с состоянием покоя показатели уровня кислорода в крови ФМРТ не демонстрировали существенной активации мозга во время повторения «OM». Однако значительная деактивация наблюдалась в мозжечковой миндалине, парагиппокампальной извилине, гиппокампе, островке головного мозга, орбито-фронтальной коре, парагиппокампальной извилине и таламусе во время пения «OM» [Таблица 1] и [Рисунок 2]. Произнесение звука «с-с-с-с» не вызывало существенной активации/деактивации в любой из этих областей мозга. Координаты важных областей деактивации были преобразованы из пространства MNI [10] в стереотаксическое пространство Талайраха и Турну [12].
Таблица 1. Области головного мозга со значительной дезактивацией во время пения «ОМ» по сравнению с состоянием «ОТДЫХ».
Область мозга* | X | Y | Z | T | FEW-p |
Правая мозжечковая миндалина | 24 | -10 | -08 | 5.2 | <0.001 |
Левая передняя часть поясной извилины | -02 | 45 | -02 | 10.2 | <0.001 |
Правая передняя часть поясной извилины | 12 | 49 | -01 | 9.8 | <0.001 |
Левая часть гиппокампа | -32 | -18 | -11 | 6.5 | <0.001 |
Правая часть гиппокампа | 30 | -31 | -05 | 4.6 | <0.001 |
Левая часть островка головного мозга | -28 | 19 | -06 | 6.5 | <0.001 |
Правая часть островка головного мозга | 38 | 15 | -06 | 4.9 | <0.001 |
Левая часть глазнично-лобной коры головного мозга | -28 | 29 | -08 | 6.6 | <0.001 |
Правая часть глазнично-лобной коры головного мозга | 30 | 29 | -08 | 7.3 | <0.001 |
Левая парагиппокампальная извилина | -30 | -20 | -21 | 5.1 | <0.001 |
Правая парагиппокампальная извилина | 32 | -28 | -22 | 5.0 | <0.001 |
Левая часть таламуса | -14 | -05 | 13 | 6.6 | <0.001 |
Правая часть таламуса | 16 | -07 | 11 | 6.2 | <0.001 |
* X,Y,Z Координаты Талайраха максимальной активации |
Рисунок 2. По сравнению с состоянием отдыха, пение «ОМ» вызывало деактивацию таламуса (А) и лимбических структур – передней части поясной извилины(B), гиппокампе(С), островке головного мозга(D) и парагиппокампе(E). В то время как контрольное состояние — произношение звука «с-с-с-с» — не вызвало деактивации ни в одном из этих регионов(F). Цветовая полоса представляет значения Т-критерия, указанные в таблице.
Обсуждение
По сравнению с состоянием покоя, в этом исследовании наблюдалась значительная деактивация в обоих полушариях мозга во время пения «ОМ» — в орбито-фронтальной, передней части поясной извилины коры головного мозга, парагиппокампальной извилине, таламусе и гиппокампе. Кроме того, правая мозжечковая миндалина показала значительную деактивацию. Никакой значительной активации не наблюдалось во время пения «ОМ». Напротив, ни активации, ни деактивации не произошло в этих областях мозга во время выполнения задания для сравнения состояний, а именно — произношение звука «с-с-с-с».
Хотя ранее не сообщалось о влиянии повторения «ОМ» на гемодинамические реакции мозга, в более раннем исследовании Kraus и др. [4] изучали влияние электростимуляции ветви блуждающего нерва через кожу на изменение уровня кислорода в крови с использованием ФМРТ. Из-за вовлечения блуждающего нерва (как предполагалось в текущем исследовании) мы сравнили наше исследование с более ранним [4]. Интересно, что наши результаты исследования соответствуют предыдущему; значительная дезактивация наблюдалась в следующих областях мозга: мозжечковая миндалина, парагиппокамп, гиппокамп. Это говорит о том, что нейрофизиологические эффекты пения «ОМ» могут быть опосредованы через ушные ветви блуждающего нерва. Используя другую методологию (позитронно-эмиссионную томографию) другие исследователи продемонстрировали снижение кровотока с двух сторон в гиппокампе, мозжечковой миндалине и перешейке поясной извилины, идущей с левой стороны шейного отдела у пациентов с эпилепсией при электростимуляции блуждающего нерва. Аналогичным образом, лечение электростимуляцией блуждающего нерва у пациентов с депрессией уменьшало региональный церебральный кровоток в мозжечковой миндалине, гиппокампе слева, субгенуальной передней поясной коре слева, передней части вентральной поясной извилины с двух сторон, правой части таламуса и стволе головного мозга, измеряемом методом однократной фотонной эмиссионной компьютерной томографии [13]. Интересно, что эти области мозга гиперактивны у пациентов с депрессивными расстройствами [14], для которых электростимуляция блуждающего нерва используется как терапия. Однако наши наблюдения для поддержки электростимуляции блуждающего нерва, как механизма «повторения ОМ» являются предварительными, и необходимы дальнейшие исследования для подтверждения нашей гипотезы.
В качестве альтернативы, пение «ОМ» может быть способом релаксации. Поскольку медитация, как показано, активирует структуры, участвующие в релаксационном ответе, а именно: переднюю поясную кору, предлобную и пристеночную кору головного мозга, гиппокамп и височные доли [15], нельзя исключать так же смешанный эффект релаксации.
Таким образом, гемодинамические эффекты пения «ОМ» указывают на лимбическую деактивацию. Поскольку подобные наблюдения были зарегистрированы с использованием ЭБН-терапии (электростимуляции блуждающего нерва), используемой при депрессии и эпилепсии, клиническое значение повторения «ОМ» заслуживает дальнейшего исследования.
Благодарности
Это исследование было поддержано грантом «Молодой инновационной биотехнологии» для доктора Г. Венкатасубраманяну, присужденному Департаментом биотехнологии правительства Индии.
Список используемой литературы
1. | Nahas Z, Marangell LB, Husain MM, Rush AJ, Sackeim HA, Lisanby SH, et al. Two-year outcome of vagus nerve stimulation (VNS) for treatment of major depressive episodes. J Clin Psychiatry 2005;66:1097-104. [PUBMED] [FULLTEXT] |
2. | Jobst BC. Electrical stimulation in epilepsy: Vagus nerve and brain stimulation. Curr Treat Options Neurol 2010;12:443-53. [PUBMED] [FULLTEXT] |
3. | Henry TR, Bakay RA, Pennell PB, Epstein CM, Votaw JR. Brain blood-flow alterations induced by therapeutic vagus nerve stimulation in partial epilepsy: II, prolonged effects at high and low levels of stimulation. Epilepsia 2004;45:1064-70. [PUBMED] [FULLTEXT] |
4. | Kraus T, Hosl K, Kiess O, Schanze A, Kornhuber J, Forster C. BOLD fMRI deactivation of limbic and temporal brain structures and mood enhancing effect by transcutaneous vagus nerve stimulation. J Neural Transm 2007;114:1485-93. |
5. | Kumar S, Nagendra H, Manjunath N, Naveen K, Telles S. Meditation on ‘OM’: Relevance from ancient texts and contemporary science. Int J Yoga 2010;3:2-5. [PUBMED] |
6. | Sheehan DV, Lecrubier Y, Sheehan KH, Amorim P, Janavs J, Weiller E, et al. The Mini-International Neuropsychiatric Interview (M.I.N.I.): The development and validation of a structured diagnostic psychiatric interview for DSM-IV and ICD-10. J Clin Psychiatry 1998;59:22-33;quiz 4-57. |
7. | Friston K, Ashburner J, Frith CD, Poline JB, Heather JD, Frackowiak RS. Spatial registration and normalization of images; 1995. |
8. | Venkatasubramanian G, Hunter MD, Wilkinson ID, Spence S. Expanding the response space in chronic schizophrenia: The role of left prefrontal cortex. NeuroImage 2005;25:952-7. |
9. | Venkatasubramanian G, Spence SA. Schneiderian first rank symptoms are associated with right parietal hyperactivation: A replication utilising fMRI. Am J Psychiatry 2005;162:1545. [PUBMED] [FULLTEXT] |
10. | Evans A, Collins DL, Mills SR, Brown RD, Kelly RL, Peters TM. 3D statistical neuroanatomical models from 305 MRI volumes. IEEE Nucl Sci Symp Med Imag Conf Proc 1993;108:1877-8. |
11. | Maldjian J, Laurienti PJ, Kraft RA, Burdette JH. An automated method for neuroanatomic and cytoarchitectonic atlas-based interrogation of FMRI data sets. Neuroimage 2003;19:1233-9. |
12. | Talairach P, Tournoux JA. A Stereotactic Co-Planar Atlas of the Human Brain. Thieme; 1988. |
13. | Zobel A, Joe A, Freymann N, Clusmann H, Schramm J, Reinhardt M, et al. Changes in regional cerebral blood flow by therapeutic vagus nerve stimulation in depression: An exploratory approach. Psychiatry Res 2005;139:165-79. [PUBMED] [FULLTEXT] |
14. | Malhi GS, Lagopoulos J, Ward PB, Kumari V, Mitchell PB, Parker GB, et al. Cognitive generation of affect in bipolar depression: An fMRI study. Eur J Neurosci 2004;19:741-54. [PUBMED] [FULLTEXT] |
15. | Lazar SW, Bush G, Gollub RL, Fricchione GL, Khalsa G, Benson H. Functional brain mapping of the relaxation response and meditation. Neuroreport 2000;11:1581-5. [PUBMED] [FULLTEXT] |
Оригинал статьи здесь.