Nowe badanie przeprowadzone przez Instytut Salk identyfikuje obwód mózgowy kontrolujący dobrowolne oddychanie i regulację emocji, co może pomóc w opracowaniu metod leczenia zaburzeń lękowych i stresowych.
Chociaż oddychanie jest w dużej mierze automatyczne, posiadamy również niezwykłą zdolność do samouspokajania się poprzez spowalnianie oddechu. W całej historii ludzie wykorzystywali powolne oddychanie do radzenia sobie z emocjami, a praktyki takie jak uważność i joga popularyzowały techniki formalne, takie jak oddychanie pudełkowe. Jednak naukowo niewiele wiadomo na temat tego, w jaki sposób mózg świadomie reguluje nasz oddech i czy ma to bezpośredni wpływ na nasz niepokój i stan emocjonalny.
Przełom w neurologii w Instytucie Salka
Po raz pierwszy neurobiolodzy z Instytutu Salka zidentyfikowali specyficzny obwód mózgowy, który reguluje dobrowolne oddychanie. Korzystając z myszy, naukowcy odkryli grupę neuronów w korze czołowej, która łączy się z pniem mózgu, który reguluje podstawowe funkcje, takie jak oddychanie. Ich odkrycia wskazują, że to połączenie między bardziej złożonymi obszarami mózgu a ośrodkiem oddechowym w dolnym pniu mózgu umożliwia nam koordynację oddychania z bieżącymi zachowaniami i stanem emocjonalnym.
Badanie, opublikowane niedawno w Neuronauka przyrodniczaopisuje nowy zestaw komórek i cząsteczek mózgowych, na które można zastosować środki lecznicze, aby zapobiegać hiperwentylacji i regulować zaburzenia lękowe, panikę lub stres pourazowy.
Potencjał zastosowań terapeutycznych
„Ciało w naturalny sposób reguluje się za pomocą głębokich oddechów, więc dostosowanie naszego oddechu do emocji wydaje nam się niemal intuicyjne, ale tak naprawdę nie wiedzieliśmy, jak to działa w mózgu” – mówi starszy autor Sung Han, profesor nadzwyczajny w Pioneer Fund Developmental Krzesło w Salk. „Odkrywając specyficzny mechanizm mózgowy odpowiedzialny za spowalnianie oddychania, nasze odkrycie może dostarczyć naukowego wyjaśnienia korzystnego wpływu praktyk takich jak joga i uważność na łagodzenie negatywnych emocji, pogłębiając je w nauce”.
Odkrywanie obwodów mózgowych odpowiedzialnych za kontrolę oddychania
Wzorce oddychania i stan emocjonalny są trudne do rozwikłania – jeśli niepokój wzrasta lub maleje, zwiększa się także częstość oddechów. Pomimo tego pozornie oczywistego związku między regulacją emocji a oddychaniem, poprzednie badania jedynie dokładnie badały podświadome mechanizmy oddychania w pniu mózgu. I choć w nowszych badaniach zaczęto opisywać świadome mechanizmy odgórne, nie odkryto żadnych konkretnych obwodów mózgowych, dopóki zespół Salka nie zajął się tą sprawą.
Naukowcy założyli, że przednia kora mózgu, która kieruje złożonymi myślami i zachowaniami, w jakiś sposób komunikuje się z obszarem pnia mózgu zwanym rdzeniem, który kontroluje automatyczne oddychanie. Aby to przetestować, najpierw sprawdzili bazę danych połączeń neuronowych, a następnie przeprowadzili eksperymenty mające na celu prześledzenie połączeń między różnymi obszarami mózgu.
Te wstępne eksperymenty ujawniły potencjalny nowy obwód oddechowy: neurony w obszarze czołowym zwanym przednią korą obręczy zostały połączone z pośrednim obszarem pnia mózgu w moście, który następnie został połączony z rdzeniem tuż poniżej.
Eksperymentalne dowody kontroli oddychania
Oprócz fizycznych połączeń tych obszarów mózgu ważne było również rozważenie rodzajów wiadomości, które mogą sobie nawzajem przesyłać. Na przykład, gdy rdzeń jest aktywny, inicjuje oddychanie. Jednak sygnały docierające z mostu w rzeczywistości hamują aktywność rdzenia kręgowego, powodując spowolnienie częstości oddechów. Zespół Hana postawił hipotezę, że pewne emocje lub zachowania mogą skłonić neurony korowe do aktywacji mostów, co następnie obniży aktywność rdzenia kręgowego, powodując wolniejszy oddech.
Aby to przetestować, naukowcy zarejestrowali aktywność mózgu myszy podczas zachowań zmieniających oddychanie, takich jak wąchanie, pływanie i picie, a także w sytuacjach wywołujących strach i niepokój. Zastosowali także technikę zwaną optogenetyką, aby włączać i wyłączać części tego obwodu mózgowego w różnych kontekstach emocjonalnych i behawioralnych, jednocześnie mierząc oddychanie i zachowanie zwierząt.
Odkrycia potwierdziły, że gdy aktywowało się połączenie między korą a mostem, myszy były spokojniejsze i oddychały wolniej, natomiast w sytuacjach wywołujących niepokój komunikacja ta ulegała pogorszeniu, a częstość oddechów wzrosła. Co więcej, gdy naukowcy sztucznie aktywowali obwód kora-most-rdzeń, oddech zwierząt zwolnił i wykazywały mniej oznak niepokoju. Z drugiej strony, jeśli badacze wyłączyli ten obwód, częstość oddechów wzrosła, a myszy stawały się bardziej niespokojne.
W sumie ten przedni obwód obręczy kora-most-rdzeń wspomagał dobrowolną koordynację częstości oddechów ze stanami behawioralnymi i emocjonalnymi.
Implikacje i przyszłe kierunki badań
„Nasze odkrycia skłoniły mnie do zastanowienia się: czy moglibyśmy opracować leki, które aktywowałyby te neurony i ręcznie spowalniały nasz oddech lub zapobiegały hiperwentylacji w zespole lęku napadowego?” mówi pierwszy autor badania, Jinho Jhang, starszy pracownik naukowy w laboratorium Hana. „Moja siostra, trzy lata młodsza ode mnie, od wielu lat cierpi na zaburzenia lękowe. Nadal inspiruje moje pytania badawcze i zaangażowanie w szukanie na nie odpowiedzi”.
Naukowcy będą kontynuować analizę obwodu, aby ustalić, czy leki mogą go aktywować, spowalniając oddychanie na polecenie. Ponadto zespół pracuje nad znalezieniem odwrotności obwodu — a szybko-obwód oddechowy, co ich zdaniem jest prawdopodobnie również powiązane z emocjami. Mają nadzieję, że ich odkrycia zaowocują długoterminowymi rozwiązaniami dla osób cierpiących na stany lękowe, stres i panikę, co zainspiruje ich do odkrycia i poświęcenia.
„Chcę wykorzystać te odkrycia do zaprojektowania pigułki do jogi” – mówi Han. „Może to zabrzmieć głupio, a przekształcenie naszej pracy w lek nadający się do sprzedaży zajmie lata, ale teraz mamy potencjalnie ukierunkowany obwód mózgowy do tworzenia środków terapeutycznych, które mogą natychmiastowo spowolnić oddech i zainicjować spokojny stan medytacyjny”.
Odniesienie: „Odgórny obwód powolnego oddychania, który łagodzi negatywne emocje u myszy”, Jinho Jhang, Seahyung Park, Shijia Liu, David D. O’Keefe i Sung Han, 19 listopada 2024 r., Neuronauka przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41593-024-01799-w
Prace wspierał Instytut Mózgu i Umysłu Kavli (IRGS 2020–1710).
