Нове дослідження, проведене Інститутом Солка, визначає мозкову схему, яка контролює довільне дихання та емоційну регуляцію, потенційно допомагаючи в розробці методів лікування тривоги та стресових розладів.
Хоча дихання переважно автоматичне, ми також володіємо дивовижною здатністю самозаспокоюватися, уповільнюючи дихання. Протягом усієї історії люди використовували повільне дихання, щоб керувати емоціями, а такі практики, як усвідомленість і йога, популяризували такі формальні техніки, як дихання коробкою. Проте мало наукового розуміння того, як мозок свідомо регулює наше дихання і чи це безпосередньо впливає на наше занепокоєння та емоційний стан.
Прорив у нейронауці в Інституті Солка
Нейробіологи з Інституту Солка вперше визначили певний мозковий контур, який регулює довільне дихання. Використовуючи мишей, дослідники виявили групу нейронів у лобовій корі, яка з’єднується зі стовбуром мозку, який керує основними функціями, такими як дихання. Їхні висновки вказують на те, що цей зв’язок між складнішими відділами мозку та дихальним центром нижнього стовбура мозку дозволяє нам координувати наше дихання з нашою поточною поведінкою та емоційним станом.
Дослідження, нещодавно опубліковане в Nature Neuroscience, описує новий набір клітин і молекул мозку, на які можна націлити терапевтичні засоби для запобігання гіпервентиляції та регулювання тривоги, паніки чи посттравматичних стресових розладів.
Потенціал для терапевтичного застосування
«Тіло природно регулює себе за допомогою глибоких вдихів, тому узгодження нашого дихання з нашими емоціями здається нам майже інтуїтивним, але ми насправді не знали, як це працює в мозку», — каже старший автор Сун Хан, доцент і Pioneer Fund Developmental Стілець у Salk. «Виявляючи певний мозковий механізм, відповідальний за уповільнення дихання, наше відкриття може запропонувати наукове пояснення благотворного впливу таких практик, як йога та уважність, на пом’якшення негативних емоцій, закріпивши їх на науковому фундаменті».
Відкриття мозкових ланцюгів для контролю дихання
Патерни дихання та емоційний стан важко розплутати — якщо тривога зростає або зменшується, то й частота дихання також зростає. Незважаючи на цей, здавалося б, очевидний зв’язок між емоційною регуляцією та диханням, попередні дослідження лише ретельно досліджували підсвідомі механізми дихання в стовбурі мозку. І хоча нові дослідження почали описувати свідомі механізми зверху вниз, ніяких конкретних ланцюгів мозку не було виявлено, поки команда Солка не розкрила цю справу.
Дослідники припустили, що фронтальна кора головного мозку, яка керує складними думками та поведінкою, якимось чином спілкується з областю стовбура мозку, що називається мозковою речовиною, яка контролює автоматичне дихання. Щоб перевірити це, вони спочатку звернулися до бази даних нейронних зв’язків, а потім провели експерименти, щоб відстежити зв’язки між цими різними ділянками мозку.
Ці початкові експерименти виявили потенційний новий дихальний контур: нейрони у фронтальній області, що називається передньою поясною корою, були з’єднані з проміжною ділянкою стовбура мозку в мосту, який потім був з’єднаний з мозковою речовиною трохи нижче.
Експериментальні докази контролю дихання
Окрім фізичних зв’язків цих областей мозку, було також важливо розглянути типи повідомлень, які вони можуть надсилати одна одній. Наприклад, коли довгастий мозок активний, він ініціює дихання. Однак повідомлення, що надходять від моста, фактично пригнічують активність у мозковій речовині, сповільнюючи частоту дихання. Команда Хана припустила, що певні емоції або поведінка можуть змусити кортикальні нейрони активувати мост, що потім знизить активність у мозковій речовині, що призведе до уповільнення дихання.
Щоб перевірити це, дослідники зафіксували мозкову активність у мишей під час поведінки, яка змінює дихання, наприклад нюхання, плавання та пиття, а також під час умов, які викликають страх і тривогу. Вони також використовували техніку під назвою оптогенетика, щоб увімкнути або вимкнути частини цього мозкового контуру в різних емоційних і поведінкових контекстах, вимірюючи дихання та поведінку тварин.
Їхні висновки підтвердили, що коли зв’язок між корою головного мозку та мостом активувався, миші були спокійнішими та дихали повільніше, але коли миші перебували в ситуаціях, що викликають тривогу, цей зв’язок зменшувався, а частота дихання зростала. Крім того, коли дослідники штучно активували цей контур кора-мост-мозковий шар, дихання тварин сповільнилося, і вони виявляли менше ознак занепокоєння. З іншого боку, якщо дослідники вимикали цей контур, частота дихання збільшувалася, і миші ставали більш тривожними.
Загалом цей передній поясний зв’язок кора-мост-мозковий шар підтримував довільну координацію частоти дихання з поведінковими та емоційними станами.
Наслідки та майбутні напрямки досліджень
«Наші висновки змусили мене задуматися: чи можемо ми розробити ліки, які б активували ці нейрони та вручну сповільнювали наше дихання або запобігали гіпервентиляції при панічному розладі?» — каже перший автор дослідження Джіно Джанг, старший науковий співробітник лабораторії Хана. «Моя сестра, молодша за мене на три роки, багато років страждала від панічного розладу. Вона продовжує надихати мої дослідницькі запитання та мою відданість відповідям на них».
Дослідники продовжуватимуть аналізувати схему, щоб визначити, чи можуть ліки активувати її для уповільнення дихання за командою. Крім того, команда працює над пошуком зворотного зв’язку схеми — схеми швидкого дихання, яка, на їхню думку, ймовірно також пов’язана з емоціями. Вони сподіваються, що їхні висновки приведуть до довгострокових рішень для людей із тривогою, стресом і панічними розладами, які надихають їх на відкриття та самовідданість.
«Я хочу використати ці висновки, щоб розробити таблетку для йоги», — каже Хан. «Це може здатися безглуздо, і перетворення нашої роботи на товарний препарат займе роки, але зараз у нас є потенційно цільовий мозковий контур для створення терапевтичних засобів, які могли б миттєво уповільнити дихання та почати спокійний, медитативний стан».
