La respiration peut moduler de manière mesurable les réponses neuronales dans le cerveau

Sommaire: L’étude révèle un lien possible entre la respiration et les modifications de l’activité neuronale dans des modèles animaux.

la source: État de Pennsylvanie

Les praticiens de la santé mentale et les gourous de la méditation attribuent depuis longtemps à la respiration intentionnelle la capacité d’apporter le calme intérieur, mais les scientifiques ne comprennent pas entièrement comment le cerveau est impliqué dans ce processus.

En utilisant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et l’électrophysiologie, des chercheurs du Penn State College of Engineering ont identifié un lien possible entre la respiration et les modifications de l’activité neuronale chez la souris.

Leurs résultats ont été publiés en ligne avant d’être publiés dans eVie. Les chercheurs ont utilisé simultanément des techniques multimodales pour éliminer les bruits généralement associés à l’imagerie cérébrale et pour localiser la respiration qui régule l’activité neuronale.

a déclaré Nanyin Zhang, directeur fondateur du Penn State Center for Neurotechnology in Mental Health Research et professeur de génie biomédical.

Les chercheurs en imagerie considéraient la respiration comme une action physiologique non neurologique, comme un battement de cœur ou un mouvement corporel, dans l’IRMf. Notre article avance l’idée que la respiration a une composante neuronale : elle affecte le signal IRMf en modulant l’activité neuronale. »

En scannant les ondes cérébrales de rongeurs au repos sous anesthésie à l’aide de l’IRMf, les chercheurs ont mis en évidence un réseau de régions cérébrales impliquées dans la respiration.

« Respirer est un besoin commun pour presque tous les animaux vivants », a déclaré Zhang. Nous savons que la respiration est contrôlée par une région du tronc cérébral. Mais nous n’avions pas une image complète de la façon dont d’autres zones du cerveau étaient affectées par la respiration. »

Parallèlement à l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, les chercheurs ont utilisé la neuroélectrophysiologie, qui mesure les propriétés électriques et de signalisation dans le système nerveux, pour lier la respiration à l’activité neuronale dans le cortex cingulaire – une région du cerveau au centre de l’hémisphère cérébral associée à la réponse et à la régulation émotionnelles .

L’utilisation simultanée de l’IRMf et de l’électrophysiologie a permis aux chercheurs d’obtenir des changements dans les signaux IRMf non neuronaux pertinents lors de la collecte de données, tels que le mouvement et l’expiration du dioxyde de carbone.

Les résultats donnent un aperçu de la façon dont l’activité neuronale et les signaux d’IRMf sont liés au repos, a déclaré Zhang, ce qui pourrait éclairer la future recherche en imagerie pour comprendre comment les signaux neurovasculaires changent au repos.

« Lorsque les animaux respiraient, nous avons mesuré à quel point leur activité cérébrale fluctuait avec leur rythme respiratoire », a déclaré Zhang. « Lorsque cette approche est étendue aux humains, elle pourrait fournir des informations automatisées sur la façon de contrôler la respiration commune aux pratiques de méditation qui peuvent aider à réduire le stress et l’anxiété. »

L’association entre l’activité neuronale dans le cortex cingulaire et le rythme respiratoire peut indiquer que les rythmes respiratoires peuvent influencer l’état émotionnel, selon Chang.

« Lorsque nous sommes anxieux, notre respiration s’accélère souvent », a déclaré Zhang. « En réponse, nous respirons parfois profondément. Ou lorsque nous nous concentrons, nous avons tendance à retenir notre souffle. Ce sont des signes que la respiration peut affecter le fonctionnement du cerveau. La respiration nous permet de contrôler nos émotions, par exemple, lorsque nous devons modifier le fonctionnement du cerveau. Nos découvertes soutiennent cette idée.

Selon Chang, de futures études pourraient se concentrer sur l’observation du cerveau chez les humains pendant qu’ils méditent pour analyser la relation directe entre la respiration lente et délibérée et l’activité neuronale.

« Notre compréhension de ce qui se passe dans le cerveau est encore superficielle », a déclaré Zhang. « Si les chercheurs reproduisent l’étude chez l’homme en utilisant les mêmes techniques, ils pourront peut-être expliquer comment la méditation module l’activité neuronale dans le cerveau. »

À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences

auteur: Maria Chubrinsky
la source: État de Pennsylvanie
Contact: Maria Chubrinsky – Pennsylvanie
image: L’image est dans le domaine public

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recherche originale : libre accès.
« L’échafaudage neuronal du réseau IRMf associé à la respirationÉcrit par Wenyu Tu et al. eVie

Sommaire

L’échafaudage neuronal du réseau IRMf associé à la respiration

La respiration peut entraîner des mouvements et du dioxyde de carbone₂ Fluctuations au cours des analyses par résonance magnétique fonctionnelle (rsfMRI) à l’état de repos, ce qui conduirait à des effets non neurologiques dans le signal rsfMRI. Pendant ce temps, en tant que processus physiologique critique, la respiration peut modifier directement l’activité neuronale dans le cerveau et ainsi moduler la signalisation rsfMRI.

Cependant, cette composante neuronale potentielle dans la relation entre la respiration et l’IRMf est largement inexplorée. Pour illustrer ce problème, nous avons ici enregistré simultanément des signaux électrophysiologiques, rsfMRI et respiratoires chez la souris.

Nos données montrent que la respiration est en effet corrélée avec des changements dans l’activité neuronale, comme en témoigne la relation de verrouillage de phase entre les différences de respiration lente et la force de la bande gamma du signal électrophysiologique enregistré dans le cortex cingulaire antérieur.

Fait intéressant, les différences de respiration lente sont également liées au réseau rsfMRI distinct, qui est médié par l’activité neuronale de la bande gamma. De plus, le réseau cérébral associé à la respiration disparaît lorsque l’activité neuronale au niveau du cerveau est réduite au silence dans un état isoélectrique, tandis que la respiration est préservée, confirmant le rôle nécessaire de l’activité neuronale dans ce réseau.

Pris ensemble, cette étude identifie un réseau cérébral lié à la respiration soutenu par l’activité neuronale, qui représente un nouveau composant de la relation respiratoire rsfMRI qui est distinct des artefacts liés à la respiration fMRI. Cela ouvre une nouvelle voie pour étudier les interactions entre la respiration, l’activité neuronale et les réseaux cérébraux à l’état de repos dans des conditions saines et malades.