La respirazione può modulare in modo misurabile le risposte neurali in tutto il cervello

Riepilogo: Lo studio rivela un possibile legame tra respirazione e cambiamenti nell’attività neurale nei modelli animali.

fonte: Stato della Pennsylvania

I professionisti della salute mentale e i guru della meditazione da tempo attribuiscono alla respirazione intenzionale la capacità di portare la calma interiore, ma gli scienziati non comprendono appieno come il cervello sia coinvolto in questo processo.

Utilizzando la risonanza magnetica funzionale (fMRI) e l’elettrofisiologia, i ricercatori del Penn State College of Engineering hanno identificato un possibile legame tra la respirazione e i cambiamenti nell’attività neurale nei topi.

I loro risultati sono stati pubblicati online prima di essere pubblicati in eVita. I ricercatori hanno utilizzato simultaneamente tecniche multimodali per rimuovere i rumori tipicamente associati all’imaging cerebrale e per localizzare la respirazione che regola l’attività neurale.

ha affermato Nanyin Zhang, direttrice fondatrice del Penn State Center for Neurotechnology in Mental Health Research e professore di ingegneria biomedica.

I ricercatori di imaging erano soliti pensare alla respirazione come un’azione fisiologica non neurologica, come un battito cardiaco o un movimento del corpo, nella fMRI. Il nostro articolo avanza l’idea che la respirazione ha una componente neurale: influenza il segnale fMRI modulando l’attività neurale”.

Scansionando le onde cerebrali dei roditori a riposo sotto anestesia mediante fMRI, i ricercatori hanno rivelato una rete di regioni cerebrali coinvolte nella respirazione.

“Respirare è un’esigenza comune a quasi tutti gli animali viventi”, ha detto Zhang. Sappiamo che la respirazione è controllata da una regione del tronco cerebrale. Ma non avevamo un quadro completo di come altre aree del cervello fossero influenzate dalla respirazione”.

Insieme alla risonanza magnetica funzionale, i ricercatori hanno utilizzato la neuroelettrofisiologia, che misura le proprietà elettriche e di segnalazione nel sistema nervoso, per collegare la respirazione con l’attività neurale nella corteccia cingolata, una regione del cervello al centro dell’emisfero cerebrale associata alla risposta e alla regolazione emotiva .

L’uso simultaneo di fMRI ed elettrofisiologia ha consentito ai ricercatori di suscitare cambiamenti nei segnali fMRI non neuronali rilevanti durante la raccolta dei dati, come il movimento e l’espirazione del biossido di carbonio.

I risultati forniscono informazioni su come l’attività neurale e i segnali fMRI sono correlati a riposo, ha affermato Zhang, il che potrebbe informare la futura ricerca sull’imaging per comprendere come i segnali neurovascolari cambiano a riposo.

“Quando gli animali respiravano, abbiamo misurato quanto la loro attività cerebrale fluttuava con il loro ritmo respiratorio”, ha detto Zhang. “Quando questo approccio viene esteso agli esseri umani, potrebbe fornire informazioni automatizzate su come controllare la respirazione comune alle pratiche di meditazione che possono aiutare a ridurre lo stress e l’ansia”.

L’associazione tra l’attività neurale nella corteccia cingolata e il ritmo respiratorio può indicare che i ritmi respiratori possono influenzare lo stato emotivo, secondo Chang.

“Quando siamo ansiosi, il nostro respiro spesso accelera”, ha detto Zhang. “In risposta, a volte facciamo respiri profondi. Oppure, quando ci concentriamo, tendiamo a trattenere il respiro. Questi sono segni che la respirazione può influenzare la funzione cerebrale. La respirazione ci consente di controllare le nostre emozioni, ad esempio, quando abbiamo bisogno di cambiare la funzione cerebrale I nostri risultati supportano questa idea.

Secondo Chang, studi futuri potrebbero concentrarsi sull’osservazione del cervello negli esseri umani mentre meditano per analizzare la relazione diretta tra la respirazione lenta e deliberata e l’attività neurale.

“La nostra comprensione di ciò che accade nel cervello è ancora superficiale”, ha detto Zhang. “Se i ricercatori replicano lo studio sugli esseri umani usando le stesse tecniche, potrebbero essere in grado di spiegare come la meditazione modula l’attività neurale nel cervello”.

A proposito di questa notizia di ricerca sulle neuroscienze

autore: Maria Chubrinsky
fonte: Stato della Pennsylvania
Contatto: Maria Chubrinsky – Pennsylvania
immagine: L’immagine è di pubblico dominio

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ricerca originale: accesso libero.
“L’impalcatura neurale della rete fMRI associata alla respirazioneScritto da Wenyu Tu et al. eVita

Riepilogo

L’impalcatura neurale della rete fMRI associata alla respirazione

La respirazione può portare a movimento e anidride carbonica₂ Fluttuazioni durante le scansioni di risonanza magnetica funzionale (rsfMRI) in stato di riposo, che porterebbero a effetti non neurologici nel segnale rsfMRI. Nel frattempo, come processo fisiologico critico, la respirazione può alterare direttamente l’attività neurale nel cervello e quindi può modulare la segnalazione rsfMRI.

Tuttavia, questa potenziale componente neurale nella relazione tra respirazione e fMRI è in gran parte inesplorata. Per illustrare questo problema, qui abbiamo registrato simultaneamente segnali elettrofisiologici, rsfMRI e respiratori nei topi.

I nostri dati mostrano che la respirazione è effettivamente correlata ai cambiamenti nell’attività neurale, come evidenziato dalla relazione di blocco di fase tra le differenze di respirazione lenta e la forza della banda gamma del segnale elettrofisiologico registrato nella corteccia cingolata anteriore.

È interessante notare che le differenze nella respirazione lenta sono anche correlate alla distinta rete rsfMRI, che è mediata dall’attività neurale della banda gamma. Inoltre, la rete cerebrale associata alla respirazione scompare quando l’attività neurale a livello cerebrale viene silenziata in uno stato isoelettrico, mentre la respirazione viene preservata, confermando il ruolo necessario dell’attività neurale in questa rete.

Nel complesso, questo studio identifica una rete cerebrale correlata alla respirazione supportata dall’attività neurale, che rappresenta un nuovo componente della relazione respiratoria rsfMRI che è distinto dagli artefatti relativi alla respirazione fMRI. Apre una nuova strada per studiare le interazioni tra respirazione, attività neurale e reti cerebrali a riposo in condizioni sia sane che malate.