Дишането може измеримо да модулира невронните реакции в мозъка

Резюме: Проучването разкрива възможна връзка между дишането и промените в невронната активност при животински модели.

източник: Щат Пенсилвания

Специалистите по психично здраве и гурутата на медитацията отдавна приписват на умишленото дишане способността да предизвиква вътрешно спокойствие, но учените не разбират напълно как мозъкът участва в този процес.

Използвайки функционален магнитен резонанс (fMRI) и електрофизиология, изследователи от Penn State College of Engineering са идентифицирали възможна връзка между дишането и промените в невронната активност при мишки.

Техните резултати бяха публикувани онлайн, преди да бъдат публикувани в eLife. Изследователите са използвали мултимодални техники едновременно, за да премахнат шумовете, обикновено свързани с изображения на мозъка, и да локализират дишането, което регулира невронната активност.

каза Nanyin Zhang, директор-основател на Penn State Center за невротехнологии в изследванията на психичното здраве и професор по биомедицинско инженерство.

Изследователите на изображения смятаха дишането за не-неврологично физиологично действие, като сърдечен ритъм или движение на тялото, в fMRI. Нашата статия подкрепя идеята, че дишането има нервен компонент: то влияе на fMRI сигнала чрез модулиране на невронната активност.

Чрез сканиране на мозъчните вълни на гризачи в покой под анестезия с помощта на fMRI, изследователите разкриха мрежа от мозъчни области, участващи в дишането.

„Дишането е обща нужда за почти всички живи животни“, каза Джан. Знаем, че дишането се контролира от област в мозъчния ствол. Но нямахме пълна картина за това как други области на мозъка са засегнати от дишането.“

Заедно с функционалното магнитно резонансно изображение, изследователите са използвали невроелектрофизиология, която измерва електрическите и сигнални свойства в нервната система, за да свържат дишането с невронната активност в кортекса на зъбния кортекс – мозъчна област в центъра на мозъчното полукълбо, свързана с емоционалната реакция и регулиране .

Използването на fMRI и електрофизиология едновременно позволи на изследователите да предизвикат промени в съответните не-невронни fMRI сигнали по време на събирането на данни, като движение и издишване на въглероден диоксид.

Констатациите дават представа за това как невронната активност и fMRI сигналите са свързани в покой, каза Джан, което може да предостави информация за бъдещи изследвания на изображенията за разбиране как невроваскуларните сигнали се променят в покой.

„Когато животните дишаха, ние измервахме доколко мозъчната им активност се колебаеше с ритъма на дишане“, каза Джан. „Когато този подход се разшири до хората, той може да предостави автоматизирана информация за това как да се контролира дишането, обичайно за практиките на медитация, което може да помогне за намаляване на стреса и тревожността.“

Връзката между невронната активност в кората на зъбния кортекс и дихателния ритъм може да показва, че дихателните ритми могат да повлияят на емоционалното състояние, според Чанг.

„Когато сме разтревожени, дишането ни често се ускорява“, каза Джан. „В отговор понякога поемаме дълбоко въздух. Или когато се фокусираме, сме склонни да задържаме дъха си. Това са признаци, че дишането може да повлияе на мозъчната функция. Дишането ни позволява да контролираме емоциите си, например, когато трябва да променим мозъчната функция Нашите открития подкрепят тази идея.

Бъдещите проучвания може да се съсредоточат върху наблюдението на мозъка при хора, докато те медитират, за да анализират пряката връзка между бавното, умишлено дишане и невронната активност, според Чанг.

„Нашето разбиране за това какво се случва в мозъка е все още повърхностно“, каза Джан. „Ако изследователите повторят изследването при хора, използвайки същите техники, те може да са в състояние да обяснят как медитацията модулира невронната активност в мозъка.“

Относно тези новини за изследване на невронауките

автор: Мария Чубрински
източник: Щат Пенсилвания
Контакт: Мария Чубрински – Пенсилвания
снимка: Изображението е обществено достояние

Вижте също

оригинално търсене: свободен достъп.
„Невронното скеле на fMRI мрежата, свързано с дишанетоНаписано от Wenyu Tu et al. eLife

Резюме

Невронното скеле на fMRI мрежата, свързано с дишането

Дишането може да доведе до движение и въглероден диоксид₂ Флуктуации по време на сканиране с функционален магнитен резонанс (rsfMRI) в състояние на покой, което би довело до не-неврологични ефекти в сигнала на rsfMRI. Междувременно, като критичен физиологичен процес, дишането може директно да промени невронната активност в мозъка и по този начин може да модулира сигнализирането на rsfMRI.

Въпреки това, този потенциален нервен компонент във връзката на дишането с fMRI е до голяма степен неизследван. За да илюстрираме този проблем, тук записахме едновременно електрофизиологични, rsfMRI и респираторни сигнали при мишки.

Нашите данни показват, че дишането наистина е свързано с промените в невронната активност, както се вижда от фазово-заключващата връзка между разликите в бавното дишане и силата на гама-лентата на електрофизиологичния сигнал, записан в предния зъбен кортекс.

Интересното е, че разликите в бавното дишане също са свързани с отделната rsfMRI мрежа, която се медиира от невронната активност на гама лентата. В допълнение, мозъчната мрежа, свързана с дишането, изчезва, когато невронната активност на ниво мозък е заглушена в изоелектрично състояние, докато дишането се запазва, потвърждавайки необходимата роля на невронната активност в тази мрежа.

Взети заедно, това проучване идентифицира мозъчна мрежа, свързана с дишането, поддържана от невронна активност, която представлява нов компонент на дихателната връзка на rsfMRI, която е различна от артефактите, свързани с дишането fMRI. Той отваря нов път за изследване на взаимодействията между дишането, невронната активност и мозъчните мрежи в състояние на покой както при здрави, така и при болни състояния.