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Is meditation associated with altered brain structure? A systematic review and meta-analysis of morphometric neuroimaging in meditation practitioners

Authors:

Abstract and Figures

Numerous studies have begun to address how the brain's grey and white matter may be shaped by meditation. This research is yet to be integrated, however, and two fundamental questions remain: Is meditation associated with altered brain structure? If so, what is the magnitude of these differences? To address these questions, we reviewed and meta-analyzed 123 brain morphology differences from 21 neuroimaging studies examining ∼300 meditation practitioners. Anatomical likelihood estimation (ALE) meta-analysis found eight brain regions consistently altered in meditators, including areas key to meta-awareness (frontopolar cortex/BA 10), exteroceptive and interoceptive body awareness (sensory cortices and insula), memory consolidation and reconsolidation (hippocampus), self and emotion regulation (anterior and mid cingulate; orbitofrontal cortex), and intra- and interhemispheric communication (superior longitudinal fasciculus; corpus callosum). Effect size meta-analysis (calculating 132 effect sizes from 16 studies) suggests a global ‘medium’ effect size (Cohen's d¯ = 0.46; r¯ = .19). Publication bias and methodological limitations are strong concerns, however; further research using rigorous methods is required to definitively link meditation practice to altered brain morphology.
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Neuroscience
and
Biobehavioral
Reviews
43
(2014)
48–73
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Neuroscience
and
Biobehavioral
Reviews
journal
h
om
epa
ge:
www.elsevier.com/locate/neubiorev
Review
Is
meditation
associated
with
altered
brain
structure?
A
systematic
review
and
meta-analysis
of
morphometric
neuroimaging
in
meditation
practitioners
Kieran
C.R.
Foxa,,
Savannah
Nijeboera,
Matthew
L.
Dixona,
James
L.
Flomanb,
Melissa
Ellamila,
Samuel
P.
Rumaka,
Peter
Sedlmeierc,
Kalina
Christoffa,d
aDepartment
of
Psychology,
University
of
British
Columbia,
2136
West
Mall,
Vancouver,
BC
V6T
1Z4,
Canada
bDepartment
of
Educational
and
Counselling
Psychology,
and
Special
Education,
University
of
British
Columbia,
2125
Main
Mall,
Vancouver,
BC
V6T
1Z4,
Canada
cInstitut
für
Psychologie,
Technische
Universität
Chemnitz,
43
Wilhelm-Raabe
Street,
Chemnitz,
Germany
dBrain
Research
Centre,
University
of
British
Columbia,
2211
Wesbrook
Mall,
Vancouver,
BC
V6T
2B5,
Canada
a
r
t
i
c
l
e
i
n
f
o
Article
history:
Received
23
December
2013
Received
in
revised
form
20
March
2014
Accepted
24
March
2014
Keywords:
Meditation
Neuroimaging
Meta-analysis
Systematic
review
Structural
neuroimaging
Morphometric
neuroimaging
Mindfulness
Anatomical
likelihood
estimation
Voxel
based
morphometry
Diffusion
tensor
imaging
Gray
matter
concentration
Mental
practice
a
b
s
t
r
a
c
t
Numerous
studies
have
begun
to
address
how
the
brain’s
gray
and
white
matter
may
be
shaped
by
meditation.
This
research
is
yet
to
be
integrated,
however,
and
two
fundamental
questions
remain:
Is
meditation
associated
with
altered
brain
structure?
If
so,
what
is
the
magnitude
of
these
differences?
To
address
these
questions,
we
reviewed
and
meta-analyzed
123
brain
morphology
differences
from
21
neuroimaging
studies
examining
300
meditation
practitioners.
Anatomical
likelihood
estimation
(ALE)
meta-analysis
found
eight
brain
regions
consistently
altered
in
meditators,
including
areas
key
to
meta-awareness
(frontopolar
cortex/BA
10),
exteroceptive
and
interoceptive
body
awareness
(sensory
cortices
and
insula),
memory
consolidation
and
reconsolidation
(hippocampus),
self
and
emotion
regula-
tion
(anterior
and
mid
cingulate;
orbitofrontal
cortex),
and
intra-
and
interhemispheric
communication
(superior
longitudinal
fasciculus;
corpus
callosum).
Effect
size
meta-analysis
(calculating
132
effect
sizes
from
16
studies)
suggests
a
global
‘medium’
effect
size
(Cohen’s ¯
d=
0.46; ¯
r
=
.19).
Publication
bias
and
methodological
limitations
are
strong
concerns,
however.
Further
research
using
rigorous
methods
is
required
to
definitively
link
meditation
practice
to
altered
brain
morphology.
©
2014
Elsevier
Ltd.
All
rights
reserved.
Contents
1.
Introduction
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1.1.
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the
present
meta-analysis.
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1.1.1.
Morphometric
neuroimaging
meta-analysis
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1.1.2.
Effect
size
meta-analysis
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1.2.
Morphometric
neuroimaging
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brain
structure
in
meditation
practitioners
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1.3.
Does
increase
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structure
equal
enhancement
of
function?.
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Are
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neuroimaging
methods
comparable?
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meditative
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Corresponding
author.
Tel.:
+1
778
968
3334;
fax:
+1
604
822
6923.
E-mail
address:
kfox@psych.ubc.ca
(K.C.R.
Fox).
http://dx.doi.org/10.1016/j.neubiorev.2014.03.016
0149-7634/©
2014
Elsevier
Ltd.
All
rights
reserved.
Author's personal copy
K.C.R.
Fox
et
al.
/
Neuroscience
and
Biobehavioral
Reviews
43
(2014)
48–73
49
2.1.2.
Excluded
studies
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consistent
brain
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2.3.3.
Determining
the
magnitude
of
differences
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55
2.4.
Anatomical
likelihood
estimation
(ALE)
neuroimaging
meta-analysis
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55
2.5.
Effect
size
meta-analysis
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56
2.5.1.
General
method
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56
2.5.2.
Adjusting
for
potential
inflation
of
effect
sizes
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56
2.5.3.
Other
caveats
regarding
effect
sizes
in
neuroimaging
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56
2.6.
Estimating
publication
bias
in
meta-analytic
results.
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56
2.7.
Reporting
and
classification
of
results
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57
3.
Results
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57
3.1.
Qualitative
review
of
group
differences
in
long-term
practitioners
and
novices
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57
3.2.
Anatomical
likelihood
estimation
(ALE)
meta-analysis
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57
3.3.
Qualitative
review
of
structural
differences
after
short-term
meditation
training
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57
3.4.
Hemispheric
asymmetries
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58
3.5.
Correlations
between
brain
structure
and
meditation
experience
or
behavioral
measures.
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58
3.6.
Controls
>
meditators
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58
3.7.
Global
mean
effect
sizes
for
morphometric
studies
of
meditation.
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60
3.8.
Mean
effect
sizes
by
tissue
type
(gray
vs.
white
matter)
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60
3.9.
Mean
effect
size
as
a
function
of
meditation
experience
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60
3.10.
Assessment
of
publication
bias
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61
3.11.
Stringent
meta-analyses
of
brain
regions
implicated
in
meditation.
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61
4.
Convergent
findings
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61
4.1.
Gray
matter
regions
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61
4.1.1.
Insular
cortex
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61
4.1.2.
Somatomotor
cortices
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62
4.1.3.
Anterior
precuneus
(BA
7)
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62
4.1.4.
Rostrolateral
prefrontal
cortex
(RLPFC)/BA
10.
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62
4.1.5.
Anterior
cingulate
cortex
(ACC)
and
mid-cingulate
cortex
(MCC)
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63
4.1.6.
Orbitofrontal
cortex
(OFC/BA
11/13/47)
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63
4.1.7.
Fusiform
and
inferior
temporal
gyri
(BA
20/21)
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63
4.1.8.
Hippocampus.
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64
4.2.
White
matter
pathways
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