Ademhaling kan de neurale reacties in de hersenen meetbaar moduleren

Overzicht: De studie onthult een mogelijk verband tussen ademhaling en veranderingen in neurale activiteit in diermodellen.

bron: staat Pennsylvania

Geestelijke gezondheidsbeoefenaars en meditatiegoeroes hebben al lang de eer toegeschreven dat opzettelijke ademhaling innerlijke rust kan bewerkstelligen, maar wetenschappers begrijpen niet volledig hoe de hersenen bij dit proces betrokken zijn.

Met behulp van functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) en elektrofysiologie hebben onderzoekers van het Penn State College of Engineering een mogelijk verband vastgesteld tussen ademhaling en veranderingen in neurale activiteit bij muizen.

Hun resultaten werden online gepubliceerd voordat ze werden gepubliceerd in eLife. De onderzoekers gebruikten gelijktijdig multimodale technieken om geluiden te verwijderen die doorgaans worden geassocieerd met beeldvorming van de hersenen en om de ademhaling te lokaliseren die neurale activiteit reguleert.

zei Nanyin Zhang, stichtend directeur van het Penn State Center for Neurotechnology in Mental Health Research en hoogleraar biomedische technologie.

Beeldvormende onderzoekers beschouwden ademhaling in fMRI als een niet-neurologische fysiologische actie, zoals een hartslag of lichaamsbeweging. Ons artikel brengt het idee naar voren dat ademhaling een neurale component heeft: het beïnvloedt het fMRI-signaal door neurale activiteit te moduleren.”

Door de hersengolven van knaagdieren in rust onder narcose te scannen met behulp van fMRI, onthulden de onderzoekers een netwerk van hersengebieden die betrokken zijn bij de ademhaling.

“Ademen is een gemeenschappelijke behoefte van bijna alle levende dieren,” zei Zhang. We weten dat de ademhaling wordt gecontroleerd door een gebied in de hersenstam. Maar we hadden geen volledig beeld van hoe andere delen van de hersenen werden beïnvloed door ademhaling.”

Samen met functionele magnetische resonantiebeeldvorming gebruikten de onderzoekers neuro-elektrofysiologie, die elektrische en signaaleigenschappen in het zenuwstelsel meet, om de ademhaling te koppelen aan neurale activiteit in de cingulate cortex – een hersengebied in het midden van de hersenhelft geassocieerd met emotionele respons en regulatie .

Door gelijktijdig fMRI en elektrofysiologie te gebruiken, konden de onderzoekers veranderingen in relevante niet-neuronale fMRI-signalen opwekken tijdens het verzamelen van gegevens, zoals beweging en uitademing van koolstofdioxide.

De bevindingen geven inzicht in hoe neurale activiteit en fMRI-signalen in rust verband houden, zei Zhang, wat toekomstig beeldvormingsonderzoek kan helpen om te begrijpen hoe neurovasculaire signalen in rust veranderen.

“Toen de dieren ademden, maten we hoeveel hun hersenactiviteit fluctueerde met hun ademhalingsritme,” zei Zhang. “Wanneer deze benadering wordt uitgebreid naar mensen, kan het geautomatiseerde inzichten verschaffen in hoe de ademhaling te beheersen die gebruikelijk is bij meditatiepraktijken die stress en angst kunnen helpen verminderen.”

De associatie tussen neurale activiteit in de cingulate cortex en het ademhalingsritme kan erop wijzen dat ademhalingsritmes de emotionele toestand kunnen beïnvloeden, aldus Chang.

“Als we angstig zijn, versnelt onze ademhaling vaak,” zei Zhang. “Als reactie halen we soms diep adem. Of wanneer we ons concentreren, hebben we de neiging om onze adem in te houden. Dit zijn tekenen dat ademen de hersenfunctie kan beïnvloeden. Ademen stelt ons in staat onze emoties te beheersen, bijvoorbeeld wanneer we de hersenfunctie moeten veranderen Onze bevindingen ondersteunen dit idee.”

Toekomstige studies kunnen zich richten op het observeren van de hersenen bij mensen terwijl ze mediteren om de directe relatie tussen langzame, opzettelijke ademhaling en neurale activiteit te analyseren, aldus Chang.

“Ons begrip van wat er in de hersenen gebeurt, is nog steeds oppervlakkig,” zei Zhang. “Als onderzoekers de studie bij mensen repliceren met dezelfde technieken, kunnen ze misschien verklaren hoe meditatie neurale activiteit in de hersenen moduleert.”

Over dit Neurowetenschappelijk Onderzoeksnieuws

auteur: Maria Chubrinsky
bron: staat Pennsylvania
Contact: Maria Chubrinsky – Pennsylvania
afbeelding: De afbeelding is in het publieke domein

zie ook

originele zoekopdracht: vrije toegang.
“De neurale steiger van het fMRI-netwerk geassocieerd met ademhalingGeschreven door Wenyu Tu et al. eLife

Overzicht

De neurale steiger van het fMRI-netwerk geassocieerd met ademhaling

Ademen kan leiden tot beweging en koolstofdioxide₂ Fluctuaties tijdens functionele magnetische resonantieresonantie (rsfMRI) scans in rusttoestand, die zouden leiden tot niet-neurologische effecten in het rsfMRI-signaal. Ondertussen, als een kritisch fysiologisch proces, kan ademhaling de neurale activiteit in de hersenen direct veranderen en dus rsfMRI-signalering moduleren.

Deze potentiële neurale component in de relatie tussen ademhaling en fMRI is echter grotendeels onontgonnen. Om dit probleem te illustreren, hebben we hier tegelijkertijd elektrofysiologische, rsfMRI- en ademhalingssignalen bij muizen opgenomen.

Onze gegevens laten zien dat ademhaling inderdaad gecorreleerd is met veranderingen in neurale activiteit, zoals blijkt uit de fasevergrendelende relatie tussen langzame ademhalingsverschillen en de gamma-bandsterkte van het elektrofysiologische signaal dat is opgenomen in de cortex anterior cingulate.

Interessant is dat verschillen in langzame ademhaling ook verband houden met het verschillende rsfMRI-netwerk, dat wordt gemedieerd door de neurale activiteit van de gamma-band. Bovendien verdwijnt het hersennetwerk geassocieerd met ademhaling wanneer neurale activiteit op hersenniveau tot zwijgen wordt gebracht in een iso-elektrische toestand, terwijl de ademhaling behouden blijft, wat de noodzakelijke rol van neurale activiteit in dit netwerk bevestigt.

Alles bij elkaar genomen identificeert deze studie een ademhalingsgerelateerd hersennetwerk dat wordt ondersteund door neurale activiteit, wat een nieuw onderdeel is van de rsfMRI-ademhalingsrelatie die verschilt van artefacten die verband houden met fMRI-ademhaling. Het opent een nieuwe weg voor het onderzoeken van interacties tussen ademhaling, neurale activiteit en hersennetwerken in rusttoestand in zowel gezonde als zieke omstandigheden.