Как наш мозг создает дыхательный ритм, уникален для каждого дыхания

Дыхание стимулирует все, что мы делаем, поэтому его ритм должен быть тщательно организован клетками нашего мозга, верно?

Неправильно. Каждый вздох происходит от беспорядочной группы нейроны- как солист, выкрикивая свою песню, прежде чем объединиться в качестве хора, чтобы гармонизировать совершенно новую мелодию. Или, в этом случае, свежее дыхание.

В этом суть нового исследования UCLA, опубликованного в онлайн-издании этой недели. нейрон,

«Мы были удивлены, узнав, что, как наши клетки мозга работать вместе, чтобы генерировать дыхание ритм меняется каждый раз, когда мы делаем вдох », — объяснил старший автор Джек Фельдман, профессор нейробиологии в Медицинской школе Дэвида Геффена в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и сотрудник Института исследования мозга Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.« Каждое дыхание похоже на новую песню с тот же ритм «.

Фельдман и его коллеги изучали небольшую сеть нейронов, называемых комплексом preBötzinger. В начале своей карьеры он назвал регион, предположив, что он был основным двигателем ритма дыхания в мозг,

В 2015 году лаборатория Фельдмана обнаружила, что удивительно низкий уровень активности в комплексе preBötzinger стимулирует ритм дыхания. Открытие оставило загадку на своем пути: как такие незначительные сигналы могли генерировать безошибочный ритм дыхания — неудача которого означает смерть?

Чтобы ответить на эту загадку, команда UCLA изучила срезы мозговой ткани у мышей и тщательно изолировали нейроны preBötzinger Complex от ствола мозга.

Записав клетки электрическая активность в тарелке команда могла подслушивать разговоры нейронов с соседями по сети.

По словам первого автора Суфьяна Ашхада, деятельность нейронов напоминала хор, члены которого практикуют и поют друг над другом без помощи дирижера.

«Это похоже на то, что каждый нейрон прочищает горло и репетирует свою мелодию, поэтому их коллективный звук не имеет смысла», — сказал Ашхад, постдокторский исследователь в лаборатории Фельдмана. «Однако, когда нейроны взаимодействуют, они быстро синхронизируются, чтобы петь в гармонии, превращая их индивидуальные соло из какофонии в гармонию».

Каждое дыхание начинается с того, что сотни отдельных нейронов беспорядочно запускаются на низких уровнях, а затем быстро синхронизируются. Синхронизированное усилие вызывает всплеск активности, который сигнализирует о сокращении мышц диафрагмы и грудной клетки, заставляя грудь расширяться. Воздух устремляется внутрь и наполняет легкие для вдыхания.

Когда сигнал стихает, грудная клетка выдыхает воздух из легких для выдоха. Цикл повторяется, генерируя ритм дыхания.

«Учитывая надежность дыхания, мы были ошеломлены, обнаружив, что то, как эти нейроны движутся, чтобы синхронизировать и генерировать ритм, отличается в каждом дыхательном цикле», — сказал Фельдман.

Почему это важно? Учитывайте, сколько раз ваше дыхание регулируется. Он ускоряется, когда вы беспокоитесь или тренируетесь, и замедляется, когда вы засыпаете.

«Ритм дыхания постоянно меняется — от того, когда вы поднимаетесь с места на место и выходите из дома», — сказал Фельдман. «Если бы ваш мозг не мог автоматически адаптироваться, вы бы потеряли сознание от недостатка кислорода, прежде чем дойти до улицы».

Дыхание лежит в основе всех аспектов работы мозга, добавил он. Результаты UCLA могут предложить новые подходы к лечению нарушений дыхания у детей с аутизмом и апноэ во сне.

Понимание того, как дышит ритм Это также может помочь ученым в борьбе с ростом смертности от употребления опиоидов, который подавляет способность мозга регулировать дыхание.

«Наша основная идея заключается в том, что важно изучать влияние нейронов на коллективном уровне, а не только в отдельных клетках», — сказал Ашхад. «Мы надеемся, что это открытие откроет новые направления для исследований и решит вопрос, который сохранялся веками».