Nuevo circuito cerebral descubierto que vincula la respiración y las emociones en el Instituto Salk

LA JOLLA (19 de noviembre de 2024) - Una gran respiración, una respiración lenta... ¿No es extraño que podamos calmarnos al ralentizar nuestra respiración? Los humanos han utilizado durante mucho tiempo la respiración lenta para regular sus emociones, y prácticas como el yoga y la atención plena han popularizado técnicas formales como la respiración en caja. Sin embargo, ha habido poco entendimiento científico sobre cómo el cerebro controla conscientemente nuestra respiración y si esto tiene un efecto directo en nuestra ansiedad y estado emocional.

Los neurocientíficos del Instituto Salk han identificado ahora, por primera vez, un circuito cerebral específico que regula la respiración de forma voluntaria. Utilizando ratones, los investigadores localizaron un grupo de células cerebrales en la corteza frontal que se conecta al tronco encefálico, donde se controlan acciones vitales como la respiración. Sus hallazgos sugieren que esta conexión entre las partes más sofisticadas del cerebro y el centro respiratorio del tronco encefálico inferior nos permite coordinar nuestra respiración con nuestros comportamientos y estados emocionales actuales.

Los hallazgos, publicados en Nature Neuroscience el 19 de noviembre de 2024, describen un nuevo conjunto de células cerebrales y moléculas que podrían ser objetivo de terapias para prevenir la hiperventilación y regular la ansiedad, el pánico o los trastornos de estrés postraumático.

“El cuerpo se regula naturalmente con respiraciones profundas, por lo que alinear nuestra respiración con nuestras emociones parece casi intuitivo para nosotros, pero no sabíamos realmente cómo funcionaba esto en el cerebro”, dice Sung Han, autor principal y profesor asociado en Salk. “Al descubrir un mecanismo cerebral específico responsable de ralentizar la respiración, nuestro descubrimiento puede ofrecer una explicación científica para los efectos beneficiosos de prácticas como el yoga y la atención plena en la mitigación de emociones negativas, anclándolas aún más en la ciencia.”

Los patrones de respiración y el estado emocional son difíciles de desenredar: si la ansiedad aumenta o disminuye, también lo hace la tasa de respiración. A pesar de esta conexión aparentemente obvia entre la regulación emocional y la respiración, estudios previos solo habían explorado a fondo los mecanismos respiratorios subconscientes en el tronco encefálico. Y aunque estudios más recientes habían comenzado a describir mecanismos conscientes de arriba hacia abajo, hasta que el equipo de Salk se ocupó del asunto, no se había descubierto ningún circuito cerebral específico.

Los investigadores supusieron que la corteza frontal del cerebro, que orquesta pensamientos y comportamientos complejos, estaba comunicándose de alguna manera con una región del tronco encefálico llamada médula, que controla la respiración automática. Para probar esto, primero consultaron una base de datos de conectividad neuronal y luego realizaron experimentos para rastrear las conexiones entre estas diferentes áreas cerebrales.

Estos experimentos iniciales revelaron un posible nuevo circuito respiratorio: Neuronas en una región frontal llamada corteza cingulada anterior estaban conectadas a un área intermedia del tronco encefálico en el puente, que luego estaba conectada a la médula justo debajo.

Más allá de las conexiones físicas de estas áreas cerebrales, también era importante considerar los tipos de mensajes que podrían enviarse entre sí. Por ejemplo, cuando la médula está activa, inicia la respiración. Sin embargo, los mensajes que vienen del puente en realidad inhiben la actividad en la médula, lo que lleva a que las tasas de respiración se desaceleren. El equipo de Han formuló la hipótesis de que ciertas emociones o comportamientos podrían llevar a las neuronas corticales a activar el puente, lo que luego reduciría la actividad en la médula, resultando en una respiración más lenta.

Para probar esto, los investigadores registraron la actividad cerebral en ratones durante comportamientos que alteran la respiración, como olfatear, nadar y beber, así como durante condiciones que inducen miedo y ansiedad. También utilizaron una técnica llamada optogenética para activar o desactivar partes de este circuito cerebral en diferentes contextos emocionales y comportamentales mientras medían la respiración y el comportamiento de los animales.

Sus hallazgos confirmaron que cuando se activaba la conexión entre la corteza y el puente, los ratones estaban más tranquilos y respiraban más lentamente, pero cuando los ratones estaban en situaciones que inducían ansiedad, esta comunicación disminuía y las tasas de respiración aumentaban. Además, cuando los investigadores activaron artificialmente este circuito corteza-puente-médula, la respiración de los animales se ralentizaba y mostraban menos signos de ansiedad. Por otro lado, si los investigadores desactivaban este circuito, las tasas de respiración aumentaban y los ratones se volvían más ansiosos.

En conjunto, este circuito de corteza cingulada anterior-puente-médula apoyó la coordinación voluntaria de las tasas de respiración con los estados conductuales y emocionales.

“Mis hallazgos me hicieron pensar: ¿Podríamos desarrollar medicamentos para activar estas neuronas y ralentizar manualmente nuestra respiración o prevenir la hiperventilación en trastornos de pánico?” dice Jinho Jhang, primer autor del estudio y asociado de investigación senior en el laboratorio de Han. “Mi hermana, tres años más joven que yo, ha sufrido de trastornos de pánico durante muchos años. Ella sigue inspirando mis preguntas de investigación y mi dedicación para responderlas.”

Los investigadores continuarán analizando el circuito para determinar si los medicamentos podrían activarlo para ralentizar la respiración a demanda. Además, el equipo está trabajando para encontrar el opuesto de este circuito: un circuito de respiración rápida, que creen que también está probablemente relacionado con la emoción. Tienen la esperanza de que sus hallazgos resulten en soluciones a largo plazo para las personas con ansiedad, estrés y trastornos de pánico, que inspiran su descubrimiento y dedicación.

“Quiero usar estos hallazgos para diseñar una pastilla de yoga”, dice Han. “Puede sonar tonto, y la traducción de nuestro trabajo en un medicamento comercializable llevará años, pero ahora tenemos un circuito cerebral potencialmente objetivo para crear terapias que podrían ralentizar instantáneamente la respiración e iniciar un estado pacífico y meditativo.”