Jak wygląda medytujący mózg?

Każdy, kto kiedyś spróbował pomedytować wie, że utrzymanie uwagi na jednym obiekcie nie jest prostym zadaniem. Uwaga ma bowiem tendencje do swobodnego wędrowania, nie zawsze zgodnie z naszą wolą. Zespół naukowców z Kalifornii postanowił wykorzystać zaawansowany algorytm uczący się by zbadać fluktuacje uwagi podczas praktyki medytacji. Wyniki jego pracy dowiodły, że czytanie w myślach jest możliwe. No, przynajmniej do pewnego stopnia.

Medytujący mózg

Medytacja to coraz popularniejszy sposób na poprawę koncentracji i odporności na stres. Lecz co właściwie dzieje się w medytującym mózgu? Doktor Helen Weng, neuronaukowiec, poszukuje odpowiedzi na to pytanie. Jest ona pionierką nowatorskiego podejścia w neuronauce uważności. Mianowicie nie traktuje ona medytacji jako jednorodnego procesu, który w każdym mózgu przebiega w dokładnie ten sam sposób. Zamiast tego stara się zilustrować zmiany stanów wewnętrznych podczas tej praktyki.

Weng wykłada na Wydziale Psychiatrii i Nauk Behawioralnych Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco. Ponadto współpracuje z Centrum Medycyny Integralnej oraz Centrum Neuroscape – instytucją łączącą badania neuronaukowe i zdobycze technologii. W sierpniu 2020 roku jej zespołowi udało się odcyfrować aktywność sieci neuronalnych mózgu i przypisać ją do fluktuacji stanu świadomości. Aby to osiągnąć, badacze wykorzystali zaawansowane algorytmy uczące się połączone w strukturę, którą nazwali EMBODY (z ang. „Ucieleśnienie” – akronim Evaluating Multivariate Maps of Body Awareness, czyli „ewaluacja wielowymiarowych map świadomości ciała”). W ten sposób, po raz pierwszy w historii neuronauki, szyfr aktywności mózgu został złamany.

Wewnątrz medytującego umysłu

Weng aktywnie praktykuje medytację. Z osobistego doświadczenia wiedziała więc, że podczas ćwiczeń uwaga wędruje od myśli do oddechu i z powrotem. Dlatego za cel badania postawiła sobie naukowe udokumentowanie tych fluktuacji i odnalezienie ich neuronalnych korelatów. Rozpoczęła od „nauczenia” algorytmu analizującego dane trzech wzorców aktywności mózgu związanych z różnymi stanami świadomości występującymi w medytacji. Uczenie algorytmu polega na wprowadzeniu doń dużej ilości danych – w tym przypadku były to skany mózgu. Tak nakarmiony program przechodzi „trening”, podczas którego przyporządkowuje skany mózgów do stanów świadomości. Następnie testuje się poprawność klasyfikacji na osobnym zbiorze danych. Po wielu iteracjach algorytm zdobywa umiejętność trafnego rozróżniania konkretnych wzorców.

W wypadku tego badania zadaniem algorytmu było odseparowanie trzech sieci uwagowych mózgu, które aktywują się w różnych stanach medytacyjnych. W pierwszym z nich uwaga jest skoncentrowana na oddechu, w drugim rozprasza się i buja w obłokach, a w trzecim – obserwuje autobiograficzne myśli. Żeby dostarczyć algorytmowi danych, zespól Weng zarejestrował 2 160 wzorców aktywności neuronalnej od każdej osoby. W pomiarach wzięło udział 8 osób z dużym doświadczeniem w ćwiczeniach medytacji i 8 nowicjuszy – co dało w sumie ponad 34 tys. obrazów działania mózgu. Na tej podstawie program odnalazł najbardziej dokładny i zindywidualizowany model sieci mózgowej dla każdego z trzech wspomnianych stanów wewnętrznych.

Kiedy algorytm uczący się osiągnął wysoką skuteczność w rozpoznawaniu tych sieci mózgu, został wykorzystany do odczytania ich w trakcie medytacji. Ci sami uczestnicy odbyli dziesięciominutową sesję uważności oddechu, podczas gdy aktywność ich mózgów była obrazowana za pomocą skanera fMRI. Algorytm na bieżąco, w każdej sekundzie eksperymentu, klasyfikował wzorzec aktywności mózgu jako jeden z trzech procesów. Następnie naukowcy podsumowali częstość występowania każdego ze stanów wewnętrznych i oszacowali, ile czasu każdy uczestnik spędził faktycznie koncentrując się na oddechu, a ile – błądząc w myślach. W ten sposób uzyskali „opowieść” o tym, co mózg robił przez dziesięć minut medytacji.

Przyszłość badań nad medytacją

Wyniki tego badania mają wielorakie konsekwencje – zarówno dla osób praktykujących medytację, jak i dla naukowców pragnących zrozumieć to zjawisko. Po pierwsze, Weng i jej zespół udowodnili, że algorytm uczący się może trafnie odcyfrować aktywność medytującego mózgu – bez korzystania z danych dotyczących innych procesów ciała. Po drugie, metoda ta zadziałała zarówno u doświadczonych, jak i początkujących medytatorów. Wreszcie – naukowcom udało się uzyskać neuronalny wskaźnik uważności, który odzwierciedla zdolność do skupienia się na oddechu w trakcie praktyki. Dzięki temu w przyszłości naukowcy będą mogli trafnie ocenić, czy uczestnicy badania faktycznie medytowali oraz przez jaki czas pozostawali zanurzeni w tym stanie. Zaś medytującym te wyniki przynoszą nadzieję na opracowanie ćwiczeń lepiej dopasowanych do ich indywidualnych potrzeb. Możliwe jest również opracowanie takiego systemu neurofeedbacku, który ułatwi praktykę osobom początkującym.

Weng jest nie tylko naukowcem, ale także doświadczoną medytatorką. Dzięki temu posiada zestaw umiejętności kluczowych w rozwoju badań nad uważnością. Pragnie pogłębić naukowe rozumienie tego jak i dlaczego praktyka medytacji przynosi korzyści – zarówno osobom zdrowym, jak i tym cierpiącym na rozmaite zaburzenia pracy umysłu. Inspirację do projektowania kolejnych badań czerpie przede wszystkim z własnej praktyki.

„Kiedy uczyłam się medytacji współczucia, miałam problem z powtarzaniem w kółko formułki o uniwersalnej miłości. Często myliłam lub gubiłam słowa. Wreszcie, po czterech latach ćwiczeń, pozwoliłam sobie odpuścić słowa i skupić całą uwagę na najsilniejszej odpowiedzi mojego ciała – cieple płynącym z klatki piersiowej. To ono jest dla mnie ucieleśnionym wyrażeniem miłości i współczucia” – opowiada Helen Weng.

Weng jest również aktywną zawodowo terapeutką. Od kiedy pozwoliła sobie medytować na swój własny sposób, jej podejście do psychoterapii również uległo transformacji. Nabrała łatwości w modyfikowaniu instrukcji medytacji by dostosować je do indywidualnych potrzeb klientów,  uwzględniając wyjątkowe cechy każdego z nich. Okazało się, że kiedy otrzymywali oni bardziej osobiste instrukcje, łatwiej było im w pełni doświadczyć medytacji oraz aktywować własne wewnętrzne procesy uzdrawiania – czyli przede wszystkim spotkać się z powodem, dla którego znaleźli się u psychoterapeuty. Weng zapragnęła przenieść te obserwacje również do swojej pracy naukowej. Zrozumiała bowiem, że medytacja jest płynnym, zmiennym stanem, który w każdym umyśle przebiega na swój sposób. Tak powstał pomysł stworzenia projektu EMBODY.

Jego wyniki przeszły jej najśmielsze oczekiwania i otworzyły drogę badaniu dynamicznych stanów wewnętrznych. Osoby aktywnie medytujące dobrze rozumieją znaczenie słów „panta rhei (łac. wszystko płynie)”. Wiedzą też, że celem praktyki uważności nie jest osiągnięcie statycznego, sztywnego stanu uwagi. Zamiast tego chodzi o rozwijanie umiejętności dostosowywania się i obserwację dynamicznych doświadczeń umysłu, serca i ciała. Projekt EMBODY przeniósł to zrozumienie do świata nauki. Zastosowane w nim metody umożliwiły wykazanie, że każda medytacja stanowi unikatowe doświadczenie charakterystyczne dla medytującej osoby. Dzięki nim naukowcy mogą mierzyć stany wewnętrzne towarzyszące praktykom kontemplacyjnym. Kto wie, być może w przyszłości znajdą sposób, by wywołać te stany poprzez wpływ na aktywność mózgu?