Команда з Університету Каліфорнії в Сан-Дієго показала, що кожен окремий вдих і видих залишає у мозку свій унікальний «підпис». Виявлений зв’язок між формою дихання та електричною активністю мозку може дати новий підхід до вивчення небезпечних станів, коли дихання раптово зупиняється. Про це повідомляє SciTechDaily.
Не лише частота дихання, а й форма кожного вдиху
Дихання зазвичай оцінюють простими показниками на кшталт кількості вдихів за хвилину. Нове дослідження вказує, що цього недостатньо: детальний профіль кожного подиху — тривалість, глибина, паузи — тісно пов’язаний з тим, як змінюється нейронна активність у мозку.
Команда під керівництвом Університету Каліфорнії в Сан-Дієго показала, що невеликі відмінності від одного вдиху до іншого відповідають змінам електричної активності в ділянках мозку, пов’язаних із мисленням, емоціями та пам’яттю. Довший вдих, повільніший видих або коротка затримка дихання відбивалися в специфічному малюнку мозкових хвиль.
Першою авторкою роботи стала аспірантка кафедри когнітивних наук Іна Косік-Роуз (Eena Kosik-Rose), яка наголошує: кожен подих відрізняється від іншого, і саме ці відмінності виявляються у формі мозкової активності.
Як вимірювали «хвилю» дихання і мозку
Щоб дослідити цей зв’язок, вчені вийшли за рамки простої частоти дихання. Кожен подих вони математично представили як хвилю — з підйомами та спадами, що відповідають змінам повітряного потоку під час вдиху та видиху. Потім форму цієї дихальної хвилі порівнювали з електричною активністю, записаною безпосередньо з мозку.
У дослідженні взяли участь 16 пацієнтів, які проходили клінічний моніторинг з приводу епілепсії, що не піддається стандартному лікуванню. У них вели інвазивний запис мозкової активності та паралельно вимірювали параметри дихання — носовий повітряний потік, рух грудної клітки та живота.
Такий підхід дозволив перевірити, чи тонкі зміни у часі, силі та формі окремих вдихів справді мають відображення в одночасних змінах нейронної активності. Співавтор роботи, професор Бредлі Войтек (Bradley Voytek), зазначає, що зв’язок між диханням і мозком виявився набагато багатшим, ніж вважали раніше.
Дихання та мислення: зв’язок стає детальнішим
Нові результати спираються на попередні дані про вплив дихання на когнітивні процеси. Раніші дослідження показували, що успішність виконання завдань на пам’ять може трохи залежати від того, чи людина вдихає, чи видихає в момент отримання інформації. Також кероване дихання використовують, щоб заспокоїти людей із симптомами посттравматичного стресового розладу.
Однак нинішня робота додає ще один рівень: виявлено, що важливий не лише момент вдиху чи видиху, а й точна форма кожного циклу дихання. З нею узгоджується і форма поточної електричної активності мозку, а не тільки загальний її рівень.
Що це може означати для раптових зупинок дихання
Це відкриття ставить нове запитання для подальших досліджень: чи змінюється такий тісний зв’язок між диханням і мозком у небезпечних станах, коли дихання раптово припиняється.
Один із співавторів, нейрохірург Браян Длоугі (Brian Dlouhy) з Університету Айови, вивчає раптову несподівану смерть при епілепсії (SUDEP), коли люди з епілепсією можуть раптово померти. За словами Войтека, у майбутніх роботах можна буде перевірити, чи порушується виявлений зараз зв’язок при SUDEP або при синдромі раптової дитячої смерті (SIDS), і чи можуть зміни дихання слугувати раннім попередженням перед його зупинкою.
Дослідники підкреслюють: поточне дослідження не доводить, що за дихальним малюнком уже можна передбачати SUDEP чи SIDS. Натомість воно пропонує рамку для перевірки гіпотези про те, що нормальний зв’язок між дихальними хвилями та мозковими осциляціями може бути порушений у цих станах.
На думку Войтека, тепер, коли показано надзвичайно тісне та складне «спряження» між формою кожного подиху і формою кожної мозкової хвилі, відкривається цілий спектр нових дослідницьких напрямів для розуміння того, як дихання і мозок працюють разом у здоров’ї та хворобі.