Studiul a constatat că respirația ajută la sincronizarea activității neuronale în regiunile cognitive ale creierului treaz

Noi cercetări au fost publicate în Rapoarte științifice indică faptul că respirația are un rol critic în coordonarea activității creierului în rețeaua prefrontală a creierului în timpul stării de veghe. Descoperirile oferă noi perspective asupra relației dintre respirație și procesarea cognitivă și ar putea avea implicații importante pentru practicile meditative care implică respirația controlată.

Studiile anterioare au indicat că respirația poate avea efecte semnificative asupra activității creierului și a proceselor cognitive. De exemplu, modificările tiparelor de respirație au fost legate de modificări ale atenției, excitării și stărilor emoționale. Sistemul respirator împarte, de asemenea, căi neuronale și conexiuni cu regiunile creierului implicate în cogniție.

În noul lor studiu, cercetătorii s-au concentrat pe o structură specifică numită nucleus reuniens (Reu), care acționează ca o legătură între cortexul prefrontal și hipocamp. Cercetătorii au vrut să investigheze modul în care sincronizarea activității neuronale, în special în intervalul de frecvență a ritmului gamma, este reglementată în această rețea.

Ritmul gamma este un model specific de activitate electrică a creierului, caracterizat prin oscilații de înaltă frecvență în intervalul de frecvență gamma, de obicei în jur de 30 până la 80 de cicluri pe secundă (Hz). Este o caracteristică proeminentă a activității creierului și este asociată cu diferite procese cognitive, inclusiv atenția, percepția, memoria și conștientizarea.

„Am fost intrigați de ideea că respirația ar putea determina rețelele cerebrale să comute constant între stările sincrone și asincrone. Sincronizarea activității neuronale este un mecanism fundamental al creierului strâns legat de cunoaștere, în special atunci când apare la frecvența gamma în regiunile prefrontale”, a explicat. autorul principal. Dilor Paşadoctorand la Universitatea Laval și membru al laboratorul lui Timofeev.

„Se știe, de asemenea, că în timp ce sunteți treaz, o mare parte din variabilitatea activității neuronale provine din senzațiile pe care le evocăm prin mișcările noastre. Respirația este unul dintre acele comportamente care stimulează o gamă surprinzător de largă de simțuri, de la senzațiile mecanice și termice evocate de curgerea aerului. prin nas, pentru a mirosi, senzația de expansiune a pieptului, chemosensibilizare de la nivelurile fluctuante de dioxid de carbon și oxigen și chiar auzul, care poate fi stimulat de sunetul fluxului de aer.”

„Nu este surprinzător că respirația poate determina activitatea neuronală în multe regiuni ale creierului, așa cum a fost demonstrat într-un val recent de studii. Înțelegerea modului în care respirația afectează activitatea creierului ne ajută să înțelegem întrebările fundamentale despre experiența cognitivă și relația inextricabilă dintre corp și minte.”

Pentru a-și desfășura studiul, cercetătorii au folosit modele animale, în special pisici și șoareci. Ei au implantat electrozi în diferite regiuni ale creierului, inclusiv în cortexul prefrontal, hipocampus, linia mediană a talamusului și diferite regiuni corticale. Ei au înregistrat potențialele de câmp local (LFP) și au efectuat înregistrări intracelulare pentru a măsura activitatea electrică a neuronilor individuali. Cercetătorii au monitorizat, de asemenea, respirația animalelor prin înregistrarea schimbărilor de temperatură în apropierea nărilor sau folosind o bandă cu senzor piezoelectric plasată pe pieptul animalului.

Cercetătorii au descoperit că ritmul gamma joacă un rol important în înțelegerea relației dintre respirație și activitatea creierului. A existat o cuplare sau sincronizare între oscilațiile gamma și ciclul respirator în anumite regiuni ale creierului, în special cortexul prefrontal și talamusul median. Aceasta înseamnă că oscilațiile gamma din aceste regiuni sunt modulate sau influențate de ciclul respirator, cu faze specifice ale oscilațiilor corespunzătoare diferitelor faze ale respirației.

„Principala constatare a studiului nostru este că respirația este principalul stimulator cardiac în regiunile cognitive ale creierului treaz”, a spus Pasha pentru PsyPost. „În timpul expirației, regiunile lobului frontal intră în oscilație gamma și coincid cu recombinarea nucleului talamic, o regiune care servește ca o legătură importantă între cortexul prefrontal și hipocamp.”

„Prin facilitarea coordonării pe distanță lungă în această rețea cognitivă, ciclurile de respirație pot forța anumite ferestre de timp care îmbunătățesc procesarea cognitivă. Acest lucru poate explica modul în care exercițiile de respirație sau controlul conștient al respirației în timpul meditației pot modifica stările cognitive și emoționale.”

Interesant este că sincronizarea dintre respirație și activitatea creierului a fost observată în principal în timpul stării de veghe, sugerând că este legată în mod specific de starea conștientă de veghe.

„Când animalele au început să doarmă, am observat că oscilațiile gamma s-au decuplat de ciclurile de respirație și, în schimb, au devenit asociate cu oscilații interne ale somnului, cum ar fi spinnerele”, a explicat Pasha. „Am găsit această observație deosebit de surprinzătoare, deoarece respirația continuă în mod regulat chiar și în timpul somnului. Ea sugerează existența unui proces nedescoperit până acum care controlează cuplarea oscilațiilor gamma cu respirația în starea de veghe.”

Cercetătorii au explorat, de asemenea, de unde provin din creier semnalele legate de respirație. Ei sugerează că o parte a creierului numită cortexul entorinal, care primește input de la sistemul olfactiv, poate fi implicată în generarea de semnale legate de respirație.

„Una dintre descoperirile noastre a fost că respirația activității sinaptice granulocitare din nucleul talamic a fost restabilită”, a spus Pasha pentru PsyPost. Cu toate acestea, nu este clar ce intrări talamice conduc această activitate sinaptică. După cum știe orice student în neuroștiință, singura structură senzorială care nu este proiectată pe talamus este sistemul olfactiv, sugerând că calea alternativă transmite ciclurile respiratorii către talamus.”

În al doilea rând, am studiat comportamentul de veghe la animalele care se odihnesc liniștit și nu am studiat modul în care oscilațiile gamma se schimbă odată cu creșterea frecvenței respiratorii în timpul comportamentelor active de veghe, cum ar fi explorarea. Pentru această întrebare, invităm cititorii să citească două studii excelente care au analizat în mod cuprinzător relația dintre comportamentul de mindfulness și activitatea creierului: Karalis și Sirota, 2022 Nature Communications și Girin și colab. Rapoarte științifice 2021. „

„Creierul monitorizează în mod constant senzațiile pe care le evocăm prin comportamentul nostru”, a spus Pasha. „Cu fiecare respirație pe care o iei, cu fiecare mișcare pe care o faci, cu fiecare legătură pe care o rupi, creierul te urmărește 🎶 😊.”

Studiul, „Respirația reglează sincronizarea gamma în rețeaua talamică prefrontalăScris de Delor Pasha, Sylvain Chauvet, Maxim Cherozya și Igor Timofeev.