Oddychanie może w wymierny sposób modulować reakcje neuronalne w mózgu

Streszczenie: Badanie ujawnia możliwy związek między oddychaniem a zmianami aktywności neuronalnej w modelach zwierzęcych.

źródło: Stan Pensylwania

Praktycy zdrowia psychicznego i guru medytacji od dawna przypisują świadomemu oddychaniu zdolność do wywołania wewnętrznego spokoju, ale naukowcy nie do końca rozumieją, w jaki sposób mózg jest zaangażowany w ten proces.

Wykorzystując funkcjonalne obrazowanie rezonansem magnetycznym (fMRI) i elektrofizjologię, naukowcy z Penn State College of Engineering zidentyfikowali możliwy związek między oddychaniem a zmianami aktywności neuronalnej u myszy.

Ich wyniki zostały opublikowane online przed opublikowaniem w e-życie. Naukowcy zastosowali jednocześnie techniki multimodalne, aby usunąć dźwięki typowo związane z obrazowaniem mózgu i zlokalizować oddychanie, które reguluje aktywność neuronalną.

powiedział Nanyin Zhang, dyrektor założyciel Penn State Center for Neurotechnology in Mental Health Research i profesor inżynierii biomedycznej.

Badacze zajmujący się obrazowaniem uważali oddychanie za nieneurologiczne działanie fizjologiczne, takie jak bicie serca lub ruchy ciała, w fMRI. Nasz artykuł przedstawia pogląd, że oddychanie ma składnik neuronalny: wpływa na sygnał fMRI poprzez modulację aktywności neuronowej”.

Skanując fale mózgowe gryzoni w stanie spoczynku w znieczuleniu za pomocą fMRI, naukowcy odkryli sieć obszarów mózgu zaangażowanych w oddychanie.

„Oddychanie jest powszechną potrzebą prawie wszystkich żywych zwierząt” – powiedział Zhang. Wiemy, że oddychanie jest kontrolowane przez obszar pnia mózgu. Ale nie mieliśmy pełnego obrazu tego, jak oddychanie wpływa na inne obszary mózgu”.

Wraz z funkcjonalnym obrazowaniem metodą rezonansu magnetycznego naukowcy wykorzystali neuroelektrofizjologię, która mierzy właściwości elektryczne i sygnalizacyjne w układzie nerwowym, aby powiązać oddychanie z aktywnością neuronalną w korze obręczy — regionie mózgu w centrum półkuli mózgowej związanym z reakcją emocjonalną i regulacją .

Wykorzystanie fMRI i elektrofizjologii jednocześnie umożliwiło naukowcom wywoływanie zmian w istotnych nieneuronowych sygnałach fMRI podczas gromadzenia danych, takich jak ruch i wydychanie dwutlenku węgla.

Odkrycia zapewniają wgląd w to, w jaki sposób aktywność neuronowa i sygnały fMRI są powiązane w spoczynku, powiedział Zhang, co może pomóc w przyszłych badaniach obrazowych w celu zrozumienia, jak zmieniają się sygnały nerwowo-naczyniowe w spoczynku.

„Kiedy zwierzęta oddychały, mierzyliśmy, jak bardzo aktywność ich mózgu zmieniała się wraz z rytmem oddychania” – powiedział Zhang. „Kiedy to podejście zostanie rozszerzone na ludzi, może zapewnić zautomatyzowany wgląd w to, jak kontrolować oddychanie typowe dla praktyk medytacyjnych, które mogą pomóc zmniejszyć stres i niepokój”.

Według Changa związek między aktywnością neuronów w korze obręczy a rytmem oddychania może wskazywać, że rytmy oddychania mogą wpływać na stan emocjonalny.

„Kiedy jesteśmy niespokojni, nasz oddech często przyspiesza” – powiedział Zhang. „W odpowiedzi czasami bierzemy głębokie oddechy. Lub kiedy się skupiamy, mamy tendencję do wstrzymywania oddechu. Są to oznaki, że oddychanie może wpływać na funkcjonowanie mózgu. Oddychanie pozwala nam kontrolować nasze emocje, na przykład, gdy musimy zmienić funkcję mózgu Nasze odkrycia potwierdzają ten pomysł”.

Według Chang przyszłe badania mogą koncentrować się na obserwacji mózgu u ludzi podczas medytacji, aby przeanalizować bezpośredni związek między powolnym, zamierzonym oddychaniem a aktywnością nerwową.

„Nasze zrozumienie tego, co dzieje się w mózgu, jest nadal powierzchowne” – powiedział Zhang. „Jeśli naukowcy powtórzą badanie na ludziach przy użyciu tych samych technik, mogą być w stanie wyjaśnić, w jaki sposób medytacja moduluje aktywność neuronów w mózgu”.

Informacje o nowościach dotyczących badań neuronauki

autor: Maria Chubrinsky
źródło: Stan Pensylwania
Kontakt: Maria Chubrinsky – Pensylwania
obrazek: Obraz jest w domenie publicznej

Zobacz też

oryginalne wyszukiwanie: otwarty dostęp.
„Rusztowanie neuronowe sieci fMRI związane z oddychaniemNapisane przez Wenyu Tu i in. e-życie

Streszczenie

Rusztowanie neuronowe sieci fMRI związane z oddychaniem

Oddychanie może prowadzić do ruchu i dwutlenku węgla₂ Fluktuacje podczas skanowania funkcjonalnego rezonansu magnetycznego w stanie spoczynku (rsfMRI), które mogłyby prowadzić do nieneurologicznych efektów w sygnale rsfMRI. Tymczasem, jako krytyczny proces fizjologiczny, oddychanie może bezpośrednio zmieniać aktywność neuronalną w mózgu, a zatem może modulować sygnalizację rsfMRI.

Jednak ten potencjalny składnik neuronalny w związku oddychania z fMRI jest w dużej mierze niezbadany. Aby zilustrować ten problem, tutaj jednocześnie rejestrowaliśmy sygnały elektrofizjologiczne, rsfMRI i oddechowe u myszy.

Nasze dane pokazują, że oddychanie jest rzeczywiście skorelowane ze zmianami w aktywności neuronalnej, o czym świadczy zależność fazowa między różnicami powolnego oddychania a siłą pasma gamma sygnału elektrofizjologicznego zarejestrowanego w przednim zakręcie obręczy.

Co ciekawe, różnice w powolnym oddychaniu są również związane z wyraźną siecią rsfMRI, w której pośredniczy aktywność neuronowa pasma gamma. Ponadto sieć mózgowa związana z oddychaniem zanika, gdy aktywność neuronowa na poziomie mózgu jest wyciszona w stanie izoelektrycznym, podczas gdy oddychanie jest zachowane, co potwierdza niezbędną rolę aktywności neuronowej w tej sieci.

Podsumowując, badanie to identyfikuje sieć mózgu związaną z oddychaniem, wspieraną przez aktywność neuronalną, która stanowi nowy element relacji oddychania rsfMRI, który różni się od artefaktów związanych z oddychaniem fMRI. Otwiera nową drogę do badania interakcji między oddychaniem, aktywnością nerwową i sieciami mózgowymi w stanie spoczynku zarówno w zdrowych, jak i chorych stanach.