Новый мозговой контур, связывающий дыхание и эмоции, открыт в Институте Салка

ЛА ХОЛЛА (19 ноября 2024) - Глубокий вдох, медленный выдох... Не странно ли, что мы можем успокоиться, замедляя дыхание? Люди давно используют медленное дыхание для регулирования своих эмоций, а такие практики, как йога и осознанность, даже популяризировали формальные техники, такие как дыхание в квадрате. Тем не менее, существует мало научного понимания того, как мозг сознательно контролирует наше дыхание и оказывает ли это прямое воздействие на нашу тревожность и эмоциональное состояние.

Нейробиологи из Института Салка теперь впервые идентифицировали конкретный мозговой контур, который регулирует дыхание добровольно. Исследуя мышей, исследователи выделили группу клеток мозга в лобной коре, которая соединяется с продолговатым мозгом, где контролируются жизненно важные функции, такие как дыхание. Их результаты предполагают, что эта связь между более сложными частями мозга и дыхательным центром нижнего ствола мозга позволяет нам координировать наше дыхание с нашими текущими поведениями и эмоциональным состоянием.

Результаты, опубликованные в Nature Neuroscience 19 ноября 2024 года, описывают новый набор клеток мозга и молекул, которые могут быть нацелены терапевтически для предотвращения гипервентиляции и регулирования тревожности, паники или посттравматических стрессовых расстройств.

«Тело естественным образом регулирует себя глубокими вдохами, поэтому согласование нашего дыхания с нашими эмоциями кажется почти интуитивным для нас, но мы на самом деле не знали, как это работает в мозге», - говорит старший автор Сун Хан, доцент и председатель фонда Pioneer Fund в Салке. «Обнаружив конкретный мозговой механизм, ответственный за замедление дыхания, наше открытие может предложить научное объяснение полезным эффектам практик, таких как йога и осознанность, на облегчение негативных эмоций, еще больше закрепляя их в науке.»

Шаблоны дыхания и эмоциональное состояние сложно разделить - если тревога увеличивается или уменьшается, то и скорость дыхания. Несмотря на эту, казалось бы, очевидную связь между эмоциональной регуляцией и дыханием, предыдущие исследования тщательно исследовали только подсознательные механизмы дыхания в продолговатом мозге. И хотя более новые исследования начали описывать сознательные механизмы сверху вниз, до того момента, как команда Салка взялась за дело, не был обнаружен ни один конкретный мозговой контур.

Исследователи предположили, что лобная кора мозга, которая управляет сложными мыслями и поведением, каким-то образом общается с областью ствола мозга, называемой медуллой, которая контролирует автоматическое дыхание. Чтобы протестировать это, они сначала проконсультировались с нейронной базой данных и затем провели эксперименты, чтобы проследить связи между этими различными областями мозга.

Эти первоначальные эксперименты выявили потенциальный новый дыхательный контур: Нейроны в области лобной коры, называемой передней поясной корой, были связаны с промежуточной областью ствола мозга в понсе, которая затем была связана с медуллой прямо под ней.

Помимо физических соединений этих областей мозга, также важно учитывать, какие типы сообщений они могут отправлять друг другу. Например, когда медулла активна, она инициирует дыхание. Однако сообщения, поступающие от понса, на самом деле ингибируют активность в медулле, что приводит к замедлению дыхательной частоты. Команда Хана выдвинула гипотезу о том, что определенные эмоции или поведения могут привести к активации корковых нейронов, которые затем снижают активность в медулле, что приводит к замедлению дыхания.

Чтобы протестировать это, исследователи записали активность мозга у мышей во время поведения, которое изменяет дыхание, такого как обнюхивание, плавание и питье, а также в условиях, вызывающих страх и тревогу. Они также использовали технику, называемую оптогенетикой, чтобы включать или выключать части этого мозгового контура в различных эмоциональных и поведенческих контекстах, измеряя при этом дыхание и поведение животных.

Их результаты подтвердили, что когда связь между корой и понсом была активирована, мыши были спокойнее и дышали медленнее, но когда мыши находились в ситуациях, вызывающих тревогу, это взаимодействие уменьшалось, а частота дыхания увеличивалась. Кроме того, когда исследователи искусственно активировали этот контур корка-понс-медулла, дыхание животных замедлялось, и они показывали меньше признаков тревоги. С другой стороны, если исследователи отключали этот контур, частота дыхания увеличивалась, и мыши становились более тревожными.

В целом, этот контур передней поясной коры-понс-медулла поддерживал добровольную координацию частоты дыхания с поведенческими и эмоциональными состояниями.

«Мои результаты заставили меня задуматься: можем ли мы разработать лекарства для активации этих нейронов и вручную замедлить наше дыхание или предотвратить гипервентиляцию при паническом расстройстве?» - говорит первый автор исследования Джинхо Чжанг, старший научный сотрудник в лаборатории Хана. «Моя сестра, на три года моложе меня, страдает от панического расстройства много лет. Она продолжает вдохновлять мои исследовательские вопросы и мою преданность их решению.»

Исследователи продолжат анализировать контур, чтобы определить, могут ли лекарства активировать его для замедления дыхания по требованию. Кроме того, команда работает над поиском противоположного этого контура - быстрого дыхательного контура, который они считают также, вероятно, связанным с эмоциями. Они надеются, что их результаты приведут к долгосрочным решениям для людей с тревожностью, стрессом и паническими расстройствами, которые вдохновляют их открытие и преданность.

«Я хочу использовать эти открытия для разработки пилюли йоги», - говорит Хан. «Это может показаться глупым, и перевод нашей работы в коммерчески жизнеспособное лекарство займет годы, но теперь у нас есть потенциально целевой мозговой контур для создания терапий, которые могли бы мгновенно замедлить дыхание и инициировать мирное, медитативное состояние.»