Дыхание: главные часы спящего мозга

Неврологи LMU показали, что дыхание координирует активность нейронов во всем мозге во время сна и отдыха.

Когда мы спим, мозг не отключается, а занят "сохранением" важных воспоминаний дня. Для этого участки мозга синхронизируются, чтобы координировать передачу информации между ними. Однако механизмы, обеспечивающие такую синхронизацию между несколькими удаленными участками мозга, плохо изучены. Традиционно эти механизмы искали в корреляционных паттернах активности внутри мозга. Однако нейробиологам из LMU профессору Антону Сироте и доктору Николасу Каралису удалось показать, что дыхание действует как кардиостимулятор, который приводит в движение различные области мозга и синхронизирует их друг с другом.

Дыхание - самый постоянный, длительный и важный телесный ритм, который оказывает сильное физиологическое воздействие на автономную нервную систему. Также известно, что оно модулирует широкий спектр когнитивных функций, таких как восприятие, внимание и структура мышления. Однако механизмы его воздействия на когнитивные функции и мозг в значительной степени неизвестны.

Ученые провели масштабные электрофизиологические исследования в естественных условиях у мышей, используя тысячи нейронов лимбической системы. Они показали, что дыхание вызывает и координирует активность нейронов во всех исследуемых областях мозга - включая гиппокамп, медиальную префронтальную и зрительную кору, таламус, миндалину и ядро аккумбенса - путем модуляции возбудимости этих цепей независимым от обоняния образом.

"Таким образом, мы смогли доказать существование нового не обонятельного, внутримозгового механизма, который объясняет увлечение распределенных цепей дыханием, который мы назвали "респираторный кореллярный разряд", - говорит Каралис, который в настоящее время является научным сотрудником Института биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера в Базеле. "Наши результаты свидетельствуют о существовании ранее неизвестной связи между дыхательными и лимбическими цепями и расходятся со стандартным мнением о том, что дыхание модулирует активность мозга через носо-ольфакторный путь, - подчеркивает Сирота.

Этот механизм опосредует координацию связанной со сном активности в этих областях мозга, которая необходима для консолидации памяти и обеспечивает средства для совместной модуляции синхронной динамики кортико-гиппокампальных контуров". По мнению авторов, эти результаты представляют собой большой шаг вперед и создают основу для новых механистических теорий, включающих дыхательный ритм как фундаментальный механизм, лежащий в основе связи распределенных систем во время консолидации памяти.