Dýchanie môže merateľne modulovať nervové reakcie v mozgu

zhrnutie: Štúdia odhaľuje možnú súvislosť medzi zmenami respiračnej a nervovej aktivity na zvieracích modeloch.

Zdroj: Štát Penn

Praktici v oblasti duševného zdravia a meditační guru pripisujú zámernému dýchaniu schopnosť navodiť vnútorný pokoj, ale vedci úplne nerozumejú tomu, ako je do tohto procesu zapojený mozog.

Pomocou funkčnej magnetickej rezonancie (fMRI) a elektrofyziológie vedci z Penn State College of Engineering identifikovali možnú súvislosť medzi zmenami respiračnej a nervovej aktivity u myší.

Ich výsledky boli pred zverejnením v r elife, Výskumníci použili simultánne multimodálne techniky na odstránenie hluku typicky spojeného so zobrazovaním mozgu a kde dýchanie modulovalo nervovú aktivitu.

Nanyin Zhang, zakladajúci riaditeľ Centra pre neurotechnológiu v Penn State pre výskum duševného zdravia a profesor biomedicíny, povedal: „O fMRI – neinvazívnej zobrazovacej technike, ktorá umožňuje výskumníkom skúmať mozgovú aktivitu v reálnom čase, bolo publikovaných takmer milión článkov. . dovoľuje.“ Strojárstvo.

„Výskumníci v oblasti zobrazovania boli zvyknutí veriť, že dýchanie pri zobrazovaní fMRI je neneurálny fyziologický artefakt, ako je srdcový tep alebo pohyb tela. Náš článok predstavuje myšlienku, že dýchanie má nervovú zložku: moduluje nervovú aktivitu pomocou fMRI.“ ovplyvňuje signál. .“

Skenovaním mozgových vĺn hlodavcov v stave pokoja v anestézii pomocou fMRI vedci odhalili sieť oblastí mozgu zapojených do dýchania.

„Dýchanie je normálnou požiadavkou pre takmer všetky živé zvieratá,“ povedal Zhang. „Vieme, že dýchanie je riadené jednou oblasťou v mozgovom kmeni. Nemali sme však úplný obraz o tom, ako sú dýchaním ovplyvnené iné oblasti mozgu.“

Spolu s fMRI výskumníci použili neuronálnu elektrofyziológiu, ktorá meria elektrické vlastnosti a signály v nervovom systéme, na prepojenie dýchania s nervovou aktivitou v cingulárnej kôre – centre v mozgovej hemisfére spojenej s emocionálnou reaktivitou a reguláciou.

Spoločné použitie fMRI a elektrofyziológie umožnilo výskumníkom dráždiť neneurologické zmeny signálu fMRI počas zberu údajov, ako je pohyb a výdych oxidu uhličitého.

Zhang povedal, že zistenia poskytujú pohľad na to, ako sú nervová aktivita a signály fMRI prepojené v stave pokoja, čo by mohlo informovať budúci zobrazovací výskum, aby pochopil, ako sa neurovaskulárne signály menia počas odpočinku.

„Keď zvieratá dýchali, merali sme, ako ich mozgová aktivita kolíše s rytmom ich dýchania,“ povedal Zhang. „Keď sa tento prístup rozšíri na ľudí, môže poskytnúť mechanický pohľad na to, ako môže kontrola dýchania spoločná pre meditačné praktiky pomôcť znížiť stres a úzkosť.“

Podľa Zhanga môže vzťah medzi nervovou aktivitou v cingulárnej kôre a rytmom dýchania naznačovať, že rytmus dýchania môže ovplyvniť emocionálny stav.

„Keď sme v stave úzkosti, často sa naše dýchanie zrýchli,“ povedal Zhang. „V reakcii na to sa niekedy zhlboka nadýchneme. Alebo keď sa sústredíme, zadržíme dych. To sú príznaky, že dýchanie môže ovplyvňovať funkciu nášho mozgu. Dýchanie nám umožňuje vyraziť dych.“ umožňuje nám ovládať emócie, napríklad, keď potrebujeme zmeniť funkciu nášho mozgu. Naše zistenia túto myšlienku podporujú.“

Podľa Zhanga sa budúce štúdie môžu zamerať na pozorovanie mozgu u ľudských subjektov počas meditácie, aby analyzovali priamejšie spojenie medzi pomalým, zámerným dýchaním a nervovou aktivitou.

„Naše chápanie toho, čo sa deje v mozgu, je stále povrchné,“ povedal Zhang. „Ak výskumníci zopakujú štúdiu na ľuďoch pomocou podobných techník, možno budú schopní vysvetliť, ako pozornosť riadi nervovú aktivitu v mozgu.“

O týchto novinkách z neurovedeckého výskumu

autor: Mária Čuprinská
Zdroj: Štát Penn
kontakt: Maria Chuprinsky – štát Penn
obrázok: Obrázok je vo verejnej doméne

vidieť všetko

Základný výskum: otvorený prístup.
,Nervový základ siete fMRI v pokojovom stave spojenej s dýchaním„Miesto konania Tu a spol. elife

esencia

Nervový základ siete fMRI v pokojovom stave spojenej s dýchaním

môže vyvolať dýchanie a CO₂ Výkyvy počas skenovania fMRI v pokojovom stave (rsfMRI), ktoré by viedli k neneurálnym artefaktom v signáli rsfMRI. Medzitým, ako dôležitý fyziologický proces, môže dýchanie priamo meniť nervovú aktivitu v mozgu, a tým modulovať signál rsfMRI.

Napriek tomu zostáva táto potenciálna nervová zložka vo vzťahu medzi dýchaním a fMRI do značnej miery nepreskúmaná. Na objasnenie tohto problému sme tu súčasne zaznamenali elektrofyziológiu, rsfMRI a respiračné signály u potkanov.

Naše údaje naznačujú, že dýchanie je skutočne spojené so zmenami v nervovej aktivite, čo sa prejavuje fázovým blokovaním medzi pomalými respiračnými variáciami a silou gama pásma elektrofyziologického signálu zaznamenaného v prednej cingulárnej kôre.

Je zaujímavé, že pomalé respiračné variácie sú tiež spojené so špecifickou sieťou rsfMRI, sprostredkovanou neurónovou aktivitou v gama pásme. Okrem toho táto mozgová sieť súvisiaca s dýchaním zmizne, keď je nervová aktivita v celom mozgu umlčaná v izoelektrickom stave, zatiaľ čo dýchanie je zachované, čo potvrdzuje základnú úlohu nervovej aktivity v tejto sieti.

Celkovo táto štúdia identifikuje mozgovú sieť súvisiacu s dýchaním podloženú nervovou aktivitou, ktorá predstavuje novú zložku vo vzťahu dýchania a rsfMRI, ktorá sa líši od artefaktov rsfMRI súvisiacich s dýchaním. To otvára novú cestu na skúmanie interakcií medzi dýchaním, nervovou aktivitou a mozgovými sieťami v pokojovom stave v zdravých aj chorých podmienkach.