Pernapasan dapat secara terukur memodulasi respons saraf di seluruh otak

Ringkasan: Studi ini mengungkapkan kemungkinan hubungan antara pernapasan dan perubahan aktivitas saraf pada model hewan.

sumber: negara bagian pennsylvania

Praktisi kesehatan mental dan guru meditasi telah lama memuji pernapasan yang disengaja dengan kemampuan untuk menghasilkan ketenangan batin, tetapi para ilmuwan tidak sepenuhnya memahami bagaimana otak terlibat dalam proses ini.

Menggunakan pencitraan resonansi magnetik fungsional (fMRI) dan elektrofisiologi, para peneliti di Penn State College of Engineering telah mengidentifikasi kemungkinan hubungan antara pernapasan dan perubahan aktivitas saraf pada tikus.

Hasil mereka dipublikasikan secara online sebelum dipublikasikan di eLife. Para peneliti menggunakan teknik multimodal secara bersamaan untuk menghilangkan suara-suara yang biasanya terkait dengan pencitraan otak dan untuk menemukan pernapasan yang mengatur aktivitas saraf.

kata Nanyin Zhang, direktur pendiri Penn State Center for Neurotechnology in Mental Health Research dan profesor teknik biomedis.

Peneliti pencitraan dulu menganggap pernapasan sebagai tindakan fisiologis non-neurologis, seperti detak jantung atau gerakan tubuh, di fMRI. Makalah kami memajukan gagasan bahwa pernapasan memiliki komponen saraf: itu memengaruhi sinyal fMRI dengan memodulasi aktivitas saraf.”

Dengan memindai gelombang otak hewan pengerat saat istirahat di bawah anestesi menggunakan fMRI, para peneliti mengungkapkan jaringan daerah otak yang terlibat dalam pernapasan.

“Bernapas adalah kebutuhan umum hampir semua hewan hidup,” kata Zhang. Kita tahu bahwa pernapasan dikendalikan oleh suatu wilayah di batang otak. Tetapi kami tidak memiliki gambaran lengkap tentang bagaimana area lain di otak dipengaruhi oleh pernapasan.”

Seiring dengan pencitraan resonansi magnetik fungsional, para peneliti menggunakan neuroelectrophysiology, yang mengukur sifat listrik dan sinyal dalam sistem saraf, untuk menghubungkan pernapasan dengan aktivitas saraf di korteks cingulate – wilayah otak di pusat belahan otak yang terkait dengan respons dan regulasi emosional. .

Menggunakan fMRI dan elektrofisiologi secara bersamaan memungkinkan para peneliti untuk memperoleh perubahan dalam sinyal fMRI non-neuronal yang relevan selama pengumpulan data, seperti pergerakan dan pernafasan karbon dioksida.

Temuan ini memberikan wawasan tentang bagaimana aktivitas saraf dan sinyal fMRI terkait saat istirahat, kata Zhang, yang dapat menginformasikan penelitian pencitraan di masa depan untuk memahami bagaimana sinyal neurovaskular berubah saat istirahat.

“Ketika hewan-hewan itu bernapas, kami mengukur seberapa banyak aktivitas otak mereka berfluktuasi dengan ritme pernapasan mereka,” kata Zhang. “Ketika pendekatan ini diperluas ke manusia, itu bisa memberikan wawasan otomatis tentang bagaimana mengontrol pernapasan umum untuk praktik meditasi yang dapat membantu mengurangi stres dan kecemasan.”

Hubungan antara aktivitas saraf di korteks cingulate dan ritme pernapasan dapat menunjukkan bahwa ritme pernapasan dapat memengaruhi keadaan emosional, menurut Chang.

“Ketika kita cemas, napas kita sering kali menjadi lebih cepat,” kata Zhang. “Sebagai tanggapan, kita kadang-kadang mengambil napas dalam-dalam. Atau ketika kita fokus, kita cenderung menahan napas. Ini adalah tanda-tanda bahwa pernapasan dapat mempengaruhi fungsi otak. Bernapas memungkinkan kita untuk mengendalikan emosi kita, misalnya, ketika kita perlu mengubah fungsi otak. Temuan kami mendukung ide ini.”

Studi di masa depan mungkin fokus pada pengamatan otak pada manusia saat mereka bermeditasi untuk menganalisis hubungan langsung antara pernapasan yang lambat dan disengaja, dan aktivitas saraf, menurut Chang.

“Pemahaman kami tentang apa yang terjadi di otak masih dangkal,” kata Zhang. “Jika peneliti mereplikasi penelitian pada manusia menggunakan teknik yang sama, mereka mungkin dapat menjelaskan bagaimana meditasi memodulasi aktivitas saraf di otak.”

Tentang penelitian ini di Neuroscience News

pengarang: Maria Chubrinsky
sumber: negara bagian pennsylvania
Kontak: Maria Chubrinsky – Pennsylvania
gambar: Gambar ada di domain publik

Lihat juga

pencarian asli: akses terbuka.
“Perancah saraf dari jaringan fMRI yang terkait dengan pernapasanDitulis oleh Wenyu Tu dkk. eLife

Ringkasan

Perancah saraf dari jaringan fMRI yang terkait dengan pernapasan

Pernapasan dapat menyebabkan gerakan dan karbon dioksida₂ Fluktuasi selama pemindaian resonansi magnetik fungsional (rsfMRI) keadaan istirahat, yang akan menyebabkan efek non-neurologis pada sinyal rsfMRI. Sementara itu, sebagai proses fisiologis yang kritis, pernapasan dapat secara langsung mengubah aktivitas saraf di otak, dan dengan demikian dapat memodulasi pensinyalan rsfMRI.

Namun, komponen saraf potensial dalam hubungan pernapasan dengan fMRI ini sebagian besar belum dijelajahi. Untuk mengilustrasikan masalah ini, di sini kami secara bersamaan merekam sinyal elektrofisiologis, rsfMRI, dan pernapasan pada tikus.

Data kami menunjukkan bahwa pernapasan memang berkorelasi dengan perubahan aktivitas saraf, sebagaimana dibuktikan oleh hubungan penguncian fase antara perbedaan pernapasan lambat dan kekuatan pita gamma dari sinyal elektrofisiologis yang direkam di korteks cingulate anterior.

Menariknya, perbedaan dalam pernapasan lambat juga terkait dengan jaringan rsfMRI yang berbeda, yang dimediasi oleh aktivitas saraf pita gamma. Selain itu, jaringan otak yang terkait dengan pernapasan menghilang ketika aktivitas saraf di tingkat otak dibungkam dalam keadaan isoelektrik, sementara pernapasan dipertahankan, menegaskan peran yang diperlukan dari aktivitas saraf dalam jaringan ini.

Secara keseluruhan, penelitian ini mengidentifikasi jaringan otak terkait pernapasan yang didukung oleh aktivitas saraf, yang mewakili komponen baru dalam hubungan antara pernapasan dan fMRI yang berbeda dari artefak yang terkait dengan pernapasan di fMRI. Ini membuka jalan baru untuk menyelidiki interaksi antara pernapasan, aktivitas saraf, dan jaringan otak keadaan istirahat baik dalam kondisi sehat maupun sakit.