La respiración puede modular considerablemente las respuestas neuronales en todo el cerebro

Resumen: El estudio revela un vínculo potencial entre la respiración y los cambios en la actividad neuronal en modelos animales.

Fuente: Estado de Pensilvania

Los profesionales de la salud mental y los gurús de la meditación han atribuido durante mucho tiempo la capacidad de inducir la calma interior a la respiración intencional, pero los científicos no entienden completamente cómo el cerebro está involucrado en el proceso.

Usando imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) y electrofisiología, los investigadores de la Facultad de Ingeniería de Penn State identificaron un vínculo potencial entre la respiración y los cambios en la actividad neuronal en ratas.

Sus hallazgos estuvieron disponibles en línea antes de su publicación en eVita. Los investigadores utilizaron técnicas multimodales simultáneas para eliminar el ruido típicamente asociado con las imágenes cerebrales y señalar dónde la respiración regulaba la actividad neuronal.

«Hay aproximadamente un millón de artículos publicados sobre fMRI, una técnica de imagen no invasiva que permite a los investigadores examinar la actividad cerebral en tiempo real», dijo Nanyin Zhang, director fundador del Centro de Investigación de Neurotecnología en Salud Mental de Penn State y profesor de ingeniería en biomedicina.

“Los investigadores de imágenes creían que la respiración era un artefacto fisiológico no neural, como un latido del corazón o un movimiento corporal, en imágenes de resonancia magnética funcional. Nuestro artículo introduce la idea de que la respiración tiene un componente neural: afecta la señal de fMRI al modular la actividad neural».

Al escanear las ondas cerebrales de roedores en estado de reposo bajo anestesia usando fMRI, los investigadores revelaron una red de regiones cerebrales involucradas en la respiración.

«Respirar es una necesidad común para casi todos los animales vivos», dijo Zhang. “Sabemos que la respiración está controlada por una región del tronco cerebral. Pero no teníamos una imagen completa de cómo otras regiones del cerebro se ven afectadas por la respiración”.

Junto con resonancia magnética funcional, los investigadores utilizaron la electrofisiología neuronal, que mide las propiedades eléctricas y las señales en el sistema nervioso, para vincular la respiración con la actividad neuronal en la corteza cingulada, una región del cerebro en el centro del hemisferio cerebral asociada con la respuesta y las emociones. regulación.

El uso simultáneo de fMRI y electrofisiología permitió a los investigadores detectar cambios en la señal de fMRI no relacionados con las neuronas durante la recopilación de datos, como el movimiento y los vapores de dióxido de carbono.

Los hallazgos brindan información sobre cómo la actividad neuronal y las señales de fMRI están vinculadas al estado de reposo, dijo Zhang, lo que podría informar futuras investigaciones de imágenes para comprender cómo cambian las señales neurovasculares en reposo.

«Mientras los animales respiraban, medimos cómo su actividad cerebral fluctuó con su frecuencia respiratoria», dijo Zhang. «Cuando se extiende a los humanos, este enfoque podría proporcionar información mecánica sobre cómo el control de la respiración común a las prácticas de meditación puede ayudar a reducir el estrés y la ansiedad».

La correlación entre la actividad neuronal en la corteza cingulada y la frecuencia respiratoria puede indicar que los ritmos respiratorios pueden afectar el estado emocional, según Zhang.

«Cuando estamos en un estado de ansiedad, nuestra respiración a menudo se acelera», dijo Zhang. “En respuesta, a veces respiramos profundamente. O, cuando nos enfocamos, tendemos a contener la respiración. Estos son signos de que la respiración puede afectar nuestra función cerebral. La respiración nos permite controlar nuestras emociones, por ejemplo, cuando necesitamos que nuestra función cerebral cambie. Nuestros hallazgos respaldan esta idea».

Según Zhang, los estudios futuros podrían centrarse en observar el cerebro en sujetos humanos mientras meditan para analizar la conexión más directa entre la respiración lenta e intencional y la actividad neuronal.

«Nuestra comprensión de lo que sucede en el cerebro aún es superficial», dijo Zhang. «Si los investigadores replicaron el estudio en humanos usando las mismas técnicas, podrían explicar cómo la meditación modula la actividad neuronal en el cerebro».

Sobre esta noticia de investigación en neurociencia

Autor: mariah chuprinski
Fuente: Estado de Pensilvania
Contacto: Mariah Chuprinski – Penn State
Imagen: La imagen es de dominio público.

Ver también

Investigacion original: Acceso libre.
«Soporte neural de una red fMRI en reposo asociada con la respiración«Por Wenyu Tu et al. eVita

Resumen

Soporte neural de una red fMRI en reposo asociada con la respiración

La respiración puede inducir movimiento y CO₂ fluctuación durante las exploraciones de fMRI (rsfMRI) en el estado de reposo, lo que conducirá a artefactos no neuronales en la señal de rsfMRI. Mientras tanto, como un proceso fisiológico crucial, la respiración puede impulsar directamente el cambio en la actividad neuronal en el cerebro y, por lo tanto, puede modular la señal rsfMRI.

Sin embargo, este componente neuronal potencial en la relación respiración-fMRI está en gran parte inexplorado. Para aclarar este problema, aquí registramos simultáneamente electrofisiología, rsfMRI y señales de respiración en ratas.

Nuestros datos muestran que la respiración está asociada con cambios en la actividad neuronal, evidenciada por una relación de bloqueo de fase entre los cambios lentos en la respiración y el poder de la banda gamma de la señal electrofisiológica registrada en la corteza cingulada anterior.

Curiosamente, los cambios lentos en la respiración también están vinculados a una red rsfMRI característica, que está mediada por la actividad neuronal de la banda gamma. Además, esta red cerebral relacionada con la respiración desaparece cuando la actividad neuronal a nivel cerebral se silencia en un estado isoeléctrico mientras se mantiene la respiración, lo que confirma aún más el papel necesario de la actividad neuronal en esta red.

En general, este estudio identifica una red cerebral relacionada con la respiración respaldada por actividad neuronal, que representa un nuevo componente en la relación respiración-rsfMRI que es distinta de los artefactos rsfMRI relacionados con la respiración. Abre una nueva vía para estudiar las interacciones entre la respiración, la actividad neuronal y las redes cerebrales en reposo tanto en condiciones sanas como enfermas.