Η αναπνοή μπορεί να ρυθμίσει μετρήσιμα τις νευρικές αποκρίσεις σε όλο τον εγκέφαλο

Περίληψη: Η μελέτη αποκαλύπτει μια πιθανή σχέση μεταξύ της αναπνοής και των αλλαγών στη νευρική δραστηριότητα σε ζωικά μοντέλα.

πηγή: Πολιτεία της Πενσυλβάνια

Οι επαγγελματίες ψυχικής υγείας και οι γκουρού του διαλογισμού πιστώνουν από καιρό στην σκόπιμη αναπνοή την ικανότητα να επιφέρει εσωτερική ηρεμία, αλλά οι επιστήμονες δεν κατανοούν πλήρως πώς εμπλέκεται ο εγκέφαλος σε αυτή τη διαδικασία.

Χρησιμοποιώντας λειτουργική απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (fMRI) και ηλεκτροφυσιολογία, ερευνητές στο Penn State College of Engineering εντόπισαν μια πιθανή σχέση μεταξύ της αναπνοής και των αλλαγών στη νευρική δραστηριότητα σε ποντίκια.

Τα αποτελέσματά τους δημοσιεύτηκαν στο διαδίκτυο πριν δημοσιευτούν στο eLife. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν πολυτροπικές τεχνικές ταυτόχρονα για να αφαιρέσουν τους θορύβους που σχετίζονται συνήθως με την απεικόνιση του εγκεφάλου και να εντοπίσουν την αναπνοή που ρυθμίζει τη νευρική δραστηριότητα.

είπε ο Nanyin Zhang, ιδρυτικός διευθυντής του Penn State Center for Neurotechnology in Mental Health Research και καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής.

Οι ερευνητές απεικόνισης συνήθιζαν να θεωρούν την αναπνοή ως μια μη νευρολογική φυσιολογική δράση, όπως ο καρδιακός παλμός ή η κίνηση του σώματος, στο fMRI. Η εργασία μας προωθεί την ιδέα ότι η αναπνοή έχει ένα νευρικό συστατικό: επηρεάζει το σήμα fMRI διαμορφώνοντας τη νευρική δραστηριότητα».

Σαρώνοντας τα εγκεφαλικά κύματα των τρωκτικών σε ηρεμία υπό αναισθησία χρησιμοποιώντας fMRI, οι ερευνητές αποκάλυψαν ένα δίκτυο εγκεφαλικών περιοχών που εμπλέκονται στην αναπνοή.

«Η αναπνοή είναι μια κοινή ανάγκη για όλα σχεδόν τα ζωντανά ζώα», είπε ο Zhang. Γνωρίζουμε ότι η αναπνοή ελέγχεται από μια περιοχή στο εγκεφαλικό στέλεχος. Αλλά δεν είχαμε πλήρη εικόνα για το πώς άλλες περιοχές του εγκεφάλου επηρεάστηκαν από την αναπνοή».

Μαζί με τη λειτουργική μαγνητική τομογραφία, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη νευροηλεκτροφυσιολογία, η οποία μετρά τις ηλεκτρικές και σηματοδοτικές ιδιότητες στο νευρικό σύστημα, για να συνδέσει την αναπνοή με τη νευρική δραστηριότητα στον κυκλικό φλοιό – μια περιοχή του εγκεφάλου στο κέντρο του εγκεφαλικού ημισφαιρίου που σχετίζεται με συναισθηματική απόκριση και ρύθμιση. .

Η ταυτόχρονη χρήση fMRI και ηλεκτροφυσιολογίας επέτρεψε στους ερευνητές να προκαλέσουν αλλαγές στα σχετικά μη νευρωνικά σήματα fMRI κατά τη συλλογή δεδομένων, όπως η κίνηση και η εκπνοή του διοξειδίου του άνθρακα.

Τα ευρήματα παρέχουν μια εικόνα για το πώς σχετίζονται η νευρική δραστηριότητα και τα σήματα fMRI σε ηρεμία, είπε ο Zhang, κάτι που μπορεί να ενημερώσει τη μελλοντική έρευνα απεικόνισης για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αλλάζουν τα νευροαγγειακά σήματα κατά την ηρεμία.

«Όταν τα ζώα ανέπνεαν, μετρήσαμε πόσο κυμαινόταν η εγκεφαλική τους δραστηριότητα με τον ρυθμό αναπνοής τους», είπε ο Zhang. «Όταν αυτή η προσέγγιση επεκταθεί στους ανθρώπους, θα μπορούσε να παρέχει αυτοματοποιημένες γνώσεις για τον έλεγχο της αναπνοής που είναι κοινές σε πρακτικές διαλογισμού που μπορεί να βοηθήσουν στη μείωση του στρες και του άγχους».

Η συσχέτιση μεταξύ της νευρικής δραστηριότητας στον φλοιό του κυκλικού φλοιού και του αναπνευστικού ρυθμού μπορεί να υποδεικνύει ότι οι αναπνευστικοί ρυθμοί μπορεί να επηρεάσουν τη συναισθηματική κατάσταση, σύμφωνα με τον Chang.

«Όταν είμαστε ανήσυχοι, η αναπνοή μας συχνά επιταχύνεται», είπε ο Zhang. “Σε απάντηση, μερικές φορές παίρνουμε βαθιές αναπνοές. Ή όταν εστιάζουμε, τείνουμε να κρατάμε την αναπνοή μας. Αυτά είναι σημάδια ότι η αναπνοή μπορεί να επηρεάσει τη λειτουργία του εγκεφάλου. Η αναπνοή μας επιτρέπει να ελέγχουμε τα συναισθήματά μας, για παράδειγμα, όταν πρέπει να αλλάξουμε τη λειτουργία του εγκεφάλου Τα ευρήματά μας υποστηρίζουν αυτήν την ιδέα.»

Μελλοντικές μελέτες μπορεί να επικεντρωθούν στην παρατήρηση του εγκεφάλου στους ανθρώπους ενώ διαλογίζονται για να αναλύσουν την άμεση σχέση μεταξύ αργής, σκόπιμης αναπνοής και νευρικής δραστηριότητας, σύμφωνα με τον Chang.

«Η κατανόησή μας για το τι συμβαίνει στον εγκέφαλο είναι ακόμα επιφανειακή», είπε ο Zhang. «Εάν οι ερευνητές επαναλάβουν τη μελέτη σε ανθρώπους χρησιμοποιώντας τις ίδιες τεχνικές, μπορεί να είναι σε θέση να εξηγήσουν πώς ο διαλογισμός ρυθμίζει τη νευρική δραστηριότητα στον εγκέφαλο».

Σχετικά με αυτό το Neuroscience Research News

συγγραφέας: Μαρία Τσουμπρίνσκι
πηγή: Πολιτεία της Πενσυλβάνια
Επικοινωνία: Μαρία Τσουμπρίνσκι – Πενσυλβάνια
εικόνα: Η εικόνα είναι δημόσια

δείτε επίσης

αρχική αναζήτηση: ανοιχτή πρόσβαση.
“Το νευρικό ικρίωμα του δικτύου fMRI που σχετίζεται με την αναπνοήΓράφτηκε από τους Wenyu Tu et al. eLife

Περίληψη

Το νευρικό ικρίωμα του δικτύου fMRI που σχετίζεται με την αναπνοή

Η αναπνοή μπορεί να οδηγήσει σε κίνηση και διοξείδιο του άνθρακα₂ Διακυμάνσεις κατά τις σαρώσεις λειτουργικού μαγνητικού συντονισμού (rsfMRI) σε κατάσταση ηρεμίας, οι οποίες θα οδηγούσαν σε μη νευρολογικές επιδράσεις στο σήμα rsfMRI. Εν τω μεταξύ, ως μια κρίσιμη φυσιολογική διαδικασία, η αναπνοή μπορεί να αλλάξει άμεσα τη νευρική δραστηριότητα στον εγκέφαλο, και έτσι μπορεί να ρυθμίσει τη σηματοδότηση rsfMRI.

Ωστόσο, αυτό το πιθανό νευρικό στοιχείο στη σχέση της αναπνοής με το fMRI είναι σε μεγάλο βαθμό ανεξερεύνητο. Για να επεξηγήσουμε αυτό το ζήτημα, εδώ καταγράψαμε ταυτόχρονα ηλεκτροφυσιολογικά, rsfMRI και αναπνευστικά σήματα σε ποντίκια.

Τα δεδομένα μας δείχνουν ότι η αναπνοή πράγματι συσχετίζεται με αλλαγές στη νευρική δραστηριότητα, όπως αποδεικνύεται από τη σχέση κλειδώματος φάσης μεταξύ των διαφορών αργής αναπνοής και της ισχύος της ζώνης γάμμα του ηλεκτροφυσιολογικού σήματος που καταγράφεται στον πρόσθιο φλοιό του κυκλώματος.

Είναι ενδιαφέρον ότι οι διαφορές στην αργή αναπνοή σχετίζονται επίσης με το ξεχωριστό δίκτυο rsfMRI, το οποίο διαμεσολαβείται από τη νευρική δραστηριότητα της ζώνης γάμμα. Επιπλέον, το δίκτυο του εγκεφάλου που σχετίζεται με την αναπνοή εξαφανίζεται όταν η νευρική δραστηριότητα σε επίπεδο εγκεφάλου αποσιωπάται σε ισοηλεκτρική κατάσταση, ενώ η αναπνοή διατηρείται, επιβεβαιώνοντας τον απαραίτητο ρόλο της νευρικής δραστηριότητας σε αυτό το δίκτυο.

Συνολικά, αυτή η μελέτη προσδιορίζει ένα εγκεφαλικό δίκτυο που σχετίζεται με την αναπνοή που υποστηρίζεται από νευρική δραστηριότητα, το οποίο αντιπροσωπεύει ένα νέο στοιχείο στη σχέση μεταξύ αναπνοής και fMRI που διαφέρει από τα τεχνουργήματα που σχετίζονται με την αναπνοή στο fMRI. Ανοίγει μια νέα λεωφόρο για τη διερεύνηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ της αναπνοής, της νευρικής δραστηριότητας και των δικτύων του εγκεφάλου σε κατάσταση ηρεμίας, τόσο σε υγιείς όσο και σε ασθενείς.