Nouveau circuit cérébral découvert liant respiration et émotions à l'Institut Salk

LA JOLLA (19 novembre 2024) - Une grande respiration, une respiration lente... N'est-il pas étrange que nous puissions nous apaiser en ralentissant notre respiration ? Les humains ont longtemps utilisé la respiration lente pour réguler leurs émotions, et des pratiques comme le yoga et la pleine conscience ont même popularisé des techniques formelles comme la respiration en boîte. Pourtant, il y a eu peu de compréhension scientifique sur la façon dont le cerveau contrôle consciemment notre respiration et si cela a réellement un effet direct sur notre anxiété et notre état émotionnel.

Les neuroscientifiques de l'Institut Salk ont maintenant, pour la première fois, identifié un circuit cérébral spécifique qui régule la respiration de manière volontaire. Utilisant des souris, les chercheurs ont localisé un groupe de cellules cérébrales dans le cortex frontal qui se connecte au tronc cérébral, où des actions vitales comme la respiration sont contrôlées. Leurs découvertes suggèrent que cette connexion entre les parties les plus sophistiquées du cerveau et le centre respiratoire du tronc cérébral inférieur nous permet de coordonner notre respiration avec nos comportements et notre état émotionnel actuels.

Les résultats, publiés dans Nature Neuroscience le 19 novembre 2024, décrivent un nouvel ensemble de cellules cérébrales et de molécules qui pourraient être ciblées avec des thérapies pour prévenir l'hyperventilation et réguler l'anxiété, la panique ou les troubles de stress post-traumatique.

« Le corps se régule naturellement avec des respirations profondes, donc aligner notre respiration avec nos émotions semble presque intuitif pour nous - mais nous ne savions pas vraiment comment cela fonctionnait dans le cerveau », déclare Sung Han, auteur principal et professeur associé à l'Institut Salk. « En découvrant un mécanisme cérébral spécifique responsable du ralentissement de la respiration, notre découverte pourrait offrir une explication scientifique aux effets bénéfiques de pratiques comme le yoga et la pleine conscience sur l'atténuation des émotions négatives, les ancrant davantage dans la science. »

Les schémas respiratoires et l'état émotionnel sont difficiles à démêler - si l'anxiété augmente ou diminue, le taux de respiration fait de même. Malgré cette connexion apparemment évidente entre la régulation émotionnelle et la respiration, des études précédentes n'avaient exploré que les mécanismes respiratoires subconscients dans le tronc cérébral. Et bien que des études plus récentes aient commencé à décrire des mécanismes conscients de haut en bas, aucun circuit cérébral spécifique n'avait été découvert jusqu'à ce que l'équipe de Salk s'attaque à ce problème.

Les chercheurs ont supposé que le cortex frontal du cerveau, qui orchestre des pensées et des comportements complexes, communiquait d'une manière ou d'une autre avec une région du tronc cérébral appelée médulla, qui contrôle la respiration automatique. Pour tester cela, ils ont d'abord consulté une base de données de connectivité neuronale, puis ont réalisé des expériences pour tracer les connexions entre ces différentes zones cérébrales.

Ces expériences initiales ont révélé un circuit de respiration potentiel : des neurones dans une région frontale appelée cortex cingulaire antérieur étaient connectés à une zone intermédiaire du tronc cérébral dans le pont, qui était ensuite connectée à la médulla juste en dessous.

Au-delà des connexions physiques de ces zones cérébrales, il était également important de considérer les types de messages qu'elles pourraient s'envoyer. Par exemple, lorsque la médulla est active, elle initie la respiration. Cependant, les messages venant du pont inhibent en réalité l'activité dans la médulla, ce qui entraîne un ralentissement du rythme respiratoire. L'équipe de Han a émis l'hypothèse que certaines émotions ou comportements pourraient amener les neurones corticaux à activer le pont, ce qui réduirait ensuite l'activité dans la médulla, entraînant une respiration plus lente.

Pour tester cela, les chercheurs ont enregistré l'activité cérébrale chez des souris lors de comportements qui modifient la respiration, tels que renifler, nager et boire, ainsi que lors de conditions induisant la peur et l'anxiété. Ils ont également utilisé une technique appelée optogénétique pour activer ou désactiver des parties de ce circuit cérébral dans différents contextes émotionnels et comportementaux tout en mesurant la respiration et le comportement des animaux.

Leurs résultats ont confirmé que lorsque la connexion entre le cortex et le pont était activée, les souris étaient plus calmes et respiraient plus lentement, mais lorsque les souris étaient dans des situations induisant l'anxiété, cette communication diminuait et le rythme respiratoire augmentait. De plus, lorsque les chercheurs activaient artificiellement ce circuit cortex-pont-médulla, la respiration des animaux ralentissait et ils montraient moins de signes d'anxiété. En revanche, si les chercheurs désactivaient ce circuit, le rythme respiratoire augmentait et les souris devenaient plus anxieuses.

Dans l'ensemble, ce circuit cortex cingulaire antérieur-pont-médulla soutenait la coordination volontaire des taux de respiration avec les états comportementaux et émotionnels.

« Mes résultats m'ont fait réfléchir : Pourrions-nous développer des médicaments pour activer ces neurones et ralentir manuellement notre respiration ou prévenir l'hyperventilation dans les troubles de panique ? » déclare Jinho Jhang, premier auteur de l'étude et chercheur associé senior dans le laboratoire de Han. « Ma sœur, trois ans plus jeune que moi, souffre de troubles de panique depuis de nombreuses années. Elle continue d'inspirer mes questions de recherche et ma détermination à y répondre. »

Les chercheurs continueront à analyser le circuit pour déterminer si des médicaments pourraient l'activer pour ralentir la respiration sur commande. De plus, l'équipe travaille à trouver le contraire de ce circuit - un circuit de respiration rapide, qui, selon eux, est également probablement lié à l'émotion. Ils espèrent que leurs résultats aboutiront à des solutions à long terme pour les personnes souffrant d'anxiété, de stress et de troubles de panique, qui inspirent leur découverte et leur détermination.

« Je veux utiliser ces résultats pour concevoir une pilule de yoga », déclare Han. « Cela peut sembler ridicule, et la traduction de notre travail en un médicament commercialisable prendra des années, mais nous avons maintenant un circuit cérébral potentiellement ciblable pour créer des thérapies qui pourraient instantanément ralentir la respiration et initier un état paisible et méditatif. »