La respiración puede modular considerablemente las respuestas neuronales en todo el cerebro

Resumen: El estudio revela un posible vínculo entre la respiración y los cambios en la actividad neuronal en modelos animales.

fuente: estado de pensilvania

Los profesionales de la salud mental y los gurús de la meditación han atribuido durante mucho tiempo a la respiración intencional la capacidad de generar calma interior, pero los científicos no entienden completamente cómo el cerebro está involucrado en este proceso.

Utilizando imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) y electrofisiología, los investigadores de la Facultad de Ingeniería de Penn State han identificado un posible vínculo entre la respiración y los cambios en la actividad neuronal en ratones.

Sus resultados se publicaron en línea antes de ser publicados en eLife. Los investigadores utilizaron técnicas multimodales simultáneamente para eliminar los ruidos típicamente asociados con las imágenes cerebrales y para localizar la respiración que regula la actividad neuronal.

dijo Nanyin Zhang, director fundador del Penn State Center for Neurotechnology in Mental Health Research y profesor de ingeniería biomédica.

Los investigadores de imágenes solían pensar en la respiración como una acción fisiológica no neurológica, como un latido del corazón o un movimiento corporal, en IRMf. Nuestro artículo avanza la idea de que la respiración tiene un componente neuronal: afecta la señal de resonancia magnética funcional mediante la modulación de la actividad neuronal”.

Al escanear las ondas cerebrales de roedores en reposo bajo anestesia usando fMRI, los investigadores revelaron una red de regiones cerebrales involucradas en la respiración.

«Respirar es una necesidad común para casi todos los animales vivos», dijo Zhang. Sabemos que la respiración está controlada por una región del tronco encefálico. Pero no teníamos una imagen completa de cómo la respiración afectaba otras áreas del cerebro».

Junto con imágenes de resonancia magnética funcional, los investigadores utilizaron la neuroelectrofisiología, que mide las propiedades eléctricas y de señalización en el sistema nervioso, para vincular la respiración con la actividad neuronal en la corteza cingulada, una región del cerebro en el centro del hemisferio cerebral asociada con la respuesta y regulación emocional. .

El uso simultáneo de IRMf y electrofisiología permitió a los investigadores obtener cambios en las señales de IRMf no neuronales relevantes durante la recopilación de datos, como el movimiento y la exhalación de dióxido de carbono.

Los hallazgos brindan información sobre cómo se relacionan la actividad neuronal y las señales de fMRI en reposo, dijo Zhang, lo que puede informar futuras investigaciones de imágenes para comprender cómo cambian las señales neurovasculares en reposo.

«Cuando los animales respiraban, medimos cuánto fluctuó su actividad cerebral con su ritmo de respiración», dijo Zhang. «Cuando este enfoque se extienda a los humanos, podría proporcionar información automatizada sobre cómo controlar la respiración común a las prácticas de meditación que pueden ayudar a reducir el estrés y la ansiedad».

La asociación entre la actividad neuronal en la corteza cingulada y el ritmo respiratorio puede indicar que los ritmos respiratorios pueden influir en el estado emocional, según Chang.

“Cuando estamos ansiosos, nuestra respiración a menudo se acelera”, dijo Zhang. «En respuesta, a veces respiramos profundamente. O cuando nos enfocamos, tendemos a contener la respiración. Estas son señales de que la respiración puede afectar la función cerebral. La respiración nos permite controlar nuestras emociones, por ejemplo, cuando necesitamos cambiar la función cerebral». Nuestros hallazgos respaldan esta idea”.

Los estudios futuros pueden centrarse en observar el cerebro en humanos mientras meditan para analizar la relación directa entre la respiración lenta y deliberada y la actividad neuronal, según Chang.

«Nuestra comprensión de lo que sucede en el cerebro aún es superficial», dijo Zhang. «Si los investigadores replican el estudio en humanos usando las mismas técnicas, podrían explicar cómo la meditación modula la actividad neuronal en el cerebro».

Acerca de estas noticias de investigación en neurociencia

autor: María Chubrinski
fuente: estado de pensilvania
Contacto: María Chubrinsky – Pensilvania
imagen: La imagen es de dominio público.

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búsqueda original: acceso abierto.
«El andamio neuronal de la red fMRI asociada con la respiración.Escrito por Wenyu Tu et al. eLife

Resumen

El andamio neuronal de la red fMRI asociada con la respiración.

La respiración puede conducir al movimiento y al dióxido de carbono.₂ Fluctuaciones durante las exploraciones de resonancia magnética funcional en estado de reposo (rsfMRI), lo que daría lugar a efectos no neurológicos en la señal de rsfMRI. Mientras tanto, como un proceso fisiológico crítico, la respiración puede alterar directamente la actividad neuronal en el cerebro y, por lo tanto, puede modular la señalización de rsfMRI.

Sin embargo, este componente neural potencial en la relación de la respiración con la resonancia magnética funcional está en gran parte inexplorado. Para ilustrar este problema, aquí registramos simultáneamente señales electrofisiológicas, rsfMRI y respiratorias en ratones.

Nuestros datos muestran que la respiración está realmente correlacionada con cambios en la actividad neuronal, como lo demuestra la relación de bloqueo de fase entre las diferencias de respiración lenta y la fuerza de la banda gamma de la señal electrofisiológica registrada en la corteza cingulada anterior.

Curiosamente, las diferencias en la respiración lenta también están relacionadas con la red rsfMRI distinta, que está mediada por la actividad neuronal de la banda gamma. Además, la red cerebral asociada a la respiración desaparece cuando la actividad neuronal a nivel cerebral se silencia en un estado isoeléctrico, mientras que la respiración se conserva, lo que confirma el papel necesario de la actividad neuronal en esta red.

En conjunto, este estudio identifica una red cerebral relacionada con la respiración respaldada por la actividad neuronal, que representa un componente novedoso de la relación respiratoria rsfMRI que es distinta de los artefactos relacionados con la respiración fMRI. Abre una nueva vía para investigar las interacciones entre la respiración, la actividad neuronal y las redes cerebrales en estado de reposo tanto en condiciones sanas como enfermas.