Sommaire: L’étude révèle un lien potentiel entre la respiration et les changements d’activité neuronale dans les modèles animaux.
La source: État de Penn
Les praticiens de la santé mentale et les gourous de la méditation attribuent depuis longtemps à la respiration intentionnelle la capacité d’induire le calme intérieur, mais les scientifiques ne comprennent pas pleinement comment le cerveau est impliqué dans le processus.
En utilisant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (fMRI) et l’électrophysiologie, des chercheurs du Penn State College of Engineering ont identifié un lien potentiel entre la respiration et les changements d’activité neuronale chez les rats.
Leurs résultats ont été mis en ligne avant leur publication dans eVie. Les chercheurs ont utilisé des techniques multimodales simultanées pour éliminer le bruit généralement associé à l’imagerie cérébrale et identifier où la respiration régulait l’activité neuronale.
“Il y a environ un million d’articles publiés sur l’IRMf, une technique d’imagerie non invasive qui permet aux chercheurs d’examiner l’activité cérébrale en temps réel”, a déclaré Nanyin Zhang, directeur fondateur du Penn State Center for Neurotechnology in Mental Health Research et professeur de sciences biomédicales. ingénierie.
« Les chercheurs en imagerie croyaient que la respiration est un artefact physiologique non neuronal, comme un battement de cœur ou un mouvement corporel, dans l’imagerie IRMf. Notre article introduit 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 révélé un réseau de régions cérébrales impliquées dans la respiration.
“Respirer est un besoin commun à 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 régions du cerveau sont impactées par la respiration.
En tandem avec l’IRMf, les chercheurs ont utilisé l’électrophysiologie neuronale, qui mesure les propriétés électriques et les signaux 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 de démêler les changements de signal d’IRMf non liés aux neurones pendant la collecte de données, tels que les mouvements et les exhalaisons de dioxyde de carbone.
Les résultats donnent un aperçu de la façon dont l’activité neuronale et les signaux d’IRMf sont liés à l’état de repos, a déclaré Zhang, ce qui pourrait éclairer les futures recherches en imagerie sur la compréhension de la façon dont les signaux neurovasculaires changent au repos.
“Pendant que les animaux respiraient, nous avons mesuré comment leur activité cérébrale fluctuait avec leur rythme respiratoire”, a déclaré Zhang. “Lorsqu’elle est étendue aux humains, cette approche pourrait fournir des informations mécanistes sur la façon dont le contrôle de la respiration commun aux pratiques de méditation peut aider à réduire le stress et l’anxiété.”
La corrélation entre l’activité neuronale dans le cortex cingulaire et le rythme respiratoire peut indiquer que les rythmes respiratoires peuvent avoir un impact sur l’état émotionnel, selon Zhang.
“Lorsque nous sommes dans un état anxieux, souvent notre respiration s’accélère”, a déclaré Zhang. « En réponse, nous prenons parfois une profonde respiration. Ou lorsque nous nous concentrons, nous avons tendance à retenir notre souffle. Ce sont des signes que la respiration peut avoir un impact sur notre fonction cérébrale. La respiration nous permet de contrôler nos émotions, par exemple, lorsque nous avons besoin que notre fonction cérébrale se modifie. Nos découvertes soutiennent cette idée.
Les études futures pourraient se concentrer sur l’observation du cerveau chez les sujets humains pendant qu’ils méditent pour analyser le lien plus direct entre la respiration lente et intentionnelle et l’activité neuronale, selon Zhang.
“Notre compréhension de ce qui se passe dans le cerveau est encore superficielle”, a déclaré Zhang. “Si les chercheurs reproduisent l’étude sur des humains en utilisant les mêmes techniques, ils pourraient être en mesure d’expliquer comment la méditation module l’activité neuronale dans le cerveau.”
À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences
Auteur: Mariah Chuprinski
La source: État de Penn
Contact: Mariah Chuprinski – État de Pennsylvanie
Image: L’image est dans le domaine public
Voir également
Recherche originale : Libre accès.
“Base neurale d’un réseau d’IRMf à l’état de repos associé à la respiration” par Wenyu Tu et al. eVie
Résumé
Base neurale d’un réseau d’IRMf à l’état de repos associé à la respiration
La respiration peut induire du mouvement et du CO2 fluctuation pendant les balayages IRMf à l’état de repos (rsfMRI), ce qui conduira à des artefacts non neuronaux dans le signal rsfMRI. En attendant, en tant que processus physiologique crucial, la respiration peut directement entraîner un changement d’activité neuronale dans le cerveau et peut ainsi moduler le signal rsfMRI.
Néanmoins, cette composante neuronale potentielle dans la relation respiration-IRMf est largement inexplorée. Pour élucider ce problème, nous avons enregistré ici simultanément les signaux d’électrophysiologie, rsfMRI et respiration chez le rat.
Nos données montrent que la respiration est en effet associée à des changements d’activité neuronale, mis en évidence par une relation de verrouillage de phase entre les variations lentes de la respiration et la puissance de la bande gamma du signal électrophysiologique enregistré dans le cortex cingulaire antérieur.
Curieusement, les variations lentes de la respiration sont également liées à un réseau rsfMRI caractéristique, qui est médié par l’activité neuronale de la bande gamma. De plus, ce réseau cérébral lié à la respiration disparaît lorsque l’activité neuronale à l’échelle du cerveau est réduite au silence à un état isoélectrique, tandis que la respiration est maintenue, confirmant davantage le rôle nécessaire de l’activité neuronale dans ce réseau.
Pris ensemble, cette étude identifie un réseau cérébral lié à la respiration étayé par l’activité neuronale, qui représente un nouveau composant dans la relation respiration-rsfMRI qui est distinct des artefacts rsfMRI liés à la respiration. 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.
