58-2021
Fonte: Neuroscience 7 de dezembro de 2016
Resumo: Um novo estudo relata que o ritmo de sua respiração pode influenciar a atividade neural que melhora a recuperação da memória e o julgamento emocional.
Fonte: Northwestern University.
A respiração não é apenas para oxigênio; agora está ligado à função e ao comportamento do cérebro.
Cientistas da Northwestern Medicine descobriram pela primeira vez que o ritmo da respiração cria atividade elétrica no cérebro humano que aumenta os julgamentos emocionais e a evocação da memória.
Esses efeitos sobre o comportamento dependem criticamente de você inspirar ou expirar e de respirar pelo nariz ou pela boca.
No estudo, os indivíduos foram capazes de identificar um rosto com medo mais rapidamente se encontrassem o rosto ao inspirar do que expirar. Os indivíduos também eram mais propensos a se lembrar de um objeto se o encontrassem na respiração inspirada do que na expirada. O efeito desaparecia se respirar pela boca.
"Uma das principais descobertas deste estudo é que há uma diferença dramática na atividade cerebral na amígdala e no hipocampo durante a inalação em comparação com a exalação", disse a autora Christina Zelano, professora assistente de neurologia da Escola de Medicina Feinberg da Northwestern University. “Quando você inspira, descobrimos que você está estimulando neurônios no córtex olfatório, amígdala e hipocampo, em todo o sistema límbico.”
O estudo foi publicado em 6 de dezembro no Journal of Neuroscience.
O autor sênior é Jay Gottfried, professor de neurologia da Feinberg.
Os cientistas da Northwestern descobriram essas diferenças na atividade cerebral enquanto estudavam sete pacientes com epilepsia programados para uma cirurgia no cérebro. Uma semana antes da cirurgia, um cirurgião implantou eletrodos no cérebro dos pacientes para identificar a origem de seus ataques. Isso permitiu aos cientistas adquirir dados eletrofisiológicos diretamente de seus cérebros. Os sinais elétricos registrados mostraram que a atividade cerebral oscilou com a respiração. A atividade ocorre em áreas do cérebro onde as emoções, a memória e os cheiros são processados.
Essa descoberta levou os cientistas a questionar se as funções cognitivas tipicamente associadas a essas áreas cerebrais - em particular o processamento do medo e a memória - também poderiam ser afetadas pela respiração.
A amígdala está fortemente ligada ao processamento emocional, em particular às emoções relacionadas ao medo. Assim, os cientistas pediram a cerca de 60 indivíduos que tomassem decisões rápidas sobre as expressões emocionais no ambiente de laboratório enquanto registravam sua respiração. Apresentados com fotos de rostos mostrando expressões de medo ou surpresa, os sujeitos deveriam indicar, o mais rápido que pudessem, qual emoção cada rosto estava expressando.
Quando rostos foram encontrados durante a inspiração, os indivíduos os reconheceram como medrosos mais rapidamente do que quando rostos foram encontrados durante a expiração. Isso não era verdade para rostos que expressavam surpresa. Esses efeitos diminuíram quando os indivíduos realizaram a mesma tarefa enquanto respiravam pela boca. Assim, o efeito era específico para estímulos de medo apenas durante a respiração nasal.
Em um experimento com o objetivo de avaliar a função da memória - ligada ao hipocampo - os mesmos sujeitos viram fotos de objetos em uma tela de computador e foram orientados a se lembrar deles. Mais tarde, eles foram solicitados a lembrar desses objetos. Os pesquisadores descobriram que a recordação era melhor se as imagens fossem encontradas durante a inalação.
As descobertas sugerem que a respiração rápida pode conferir uma vantagem quando alguém está em uma situação perigosa, disse Zelano.
“Se você está em pânico, seu ritmo de respiração fica mais rápido”, disse Zelano. “Como resultado, você gastará proporcionalmente mais tempo inalando do que em um estado calmo. Assim, a resposta inata do nosso corpo ao medo com respiração mais rápida pode ter um impacto positivo na função cerebral e resultar em tempos de resposta mais rápidos a estímulos perigosos no ambiente. ”
Outro insight potencial da pesquisa é sobre os mecanismos básicos da meditação ou respiração concentrada. “Quando você inspira, está sincronizando as oscilações cerebrais através da rede límbica”, observou Zelano.
Sobre este artigo de pesquisa de memória
Outros autores do noroeste incluem Heidi Jiang, Guangyu Zhou, Nikita Arora, Dr. Stephan Schuele e Dr. Joshua Rosenow.
Financiamento: O estudo foi financiado pelas bolsas R00DC012803, R21DC012014 e R01DC013243 do Instituto Nacional de Surdez e Distúrbios da Comunicação dos Institutos Nacionais de Saúde.
Fonte: Marla Paul - Northwestern University
Fonte da imagem: A imagem da NeuroscienceNews.com é de domínio público.
Fonte do vídeo: O vídeo é creditado à NorthwesternU.
Pesquisa original: Resumo para “A respiração nasal entra em oscilações límbicas humanas e modula a função cognitiva” por Christina Zelano, Heidi Jiang, Guangyu Zhou, Nikita Arora, Stephan Schuele, Joshua Rosenow e Jay A. Gottfried no Journal of Neuroscience. Publicado online em 7 de dezembro de 2016 doi: 10.1523 / JNEUROSCI.2586-16.2016
Resumo
A respiração nasal retém as oscilações límbicas humanas e modula a função cognitiva
A necessidade de respirar liga o sistema olfatório dos mamíferos inextricavelmente aos ritmos respiratórios que puxam o ar pelo nariz. Em roedores e outros pequenos animais, as oscilações lentas da atividade potencial de campo local são conduzidas na taxa de respiração (∼2-12 Hz) no bulbo olfatório e no córtex, e rajadas oscilatórias mais rápidas são acopladas a fases específicas do ciclo respiratório. Acredita-se que esses ritmos dinâmicos regulem a excitabilidade cortical e coordenem as interações da rede, ajudando a moldar a codificação olfativa, a memória e o comportamento. No entanto, embora as oscilações respiratórias sejam uma marca registrada onipresente da função do sistema olfatório em animais, faltam evidências diretas de tais padrões em humanos. Neste estudo, adquirimos dados de EEG intracraniano de pacientes raros (Ps) com epilepsia refratária ao medicamento, permitindo-nos testar a hipótese de que a atividade oscilatória cortical seria arrastada para o ciclo respiratório humano, embora em um ritmo muito mais lento de ∼0,16-0,33 Hz. Nossos resultados revelam que a respiração natural sincroniza a atividade elétrica no córtex piriforme (olfatório) humano, bem como em áreas cerebrais relacionadas ao sistema límbico, incluindo amígdala e hipocampo. Notavelmente, a potência oscilatória atingiu seu pico durante a inspiração e se dissipou quando a respiração foi desviada do nariz para a boca. Experimentos comportamentais paralelos mostraram que a fase respiratória aumenta a discriminação do medo e a recuperação da memória. Nossas descobertas fornecem uma estrutura única para a compreensão do papel central da respiração nasal na coordenação de oscilações neuronais para apoiar o processamento de estímulos e o comportamento.
DECLARAÇÃO DE SIGNIFICADO Estudos em animais demonstraram há muito tempo que a atividade oscilatória olfatória surge de acordo com o ritmo natural da respiração, mesmo na ausência de um estímulo de odor. Não se sabe se o ciclo respiratório induz oscilações corticais no cérebro humano. Neste estudo, coletamos dados de EEG intracraniano de pacientes raros com epilepsia intratável medicamente e encontramos evidências de arrastamento respiratório da atividade potencial de campo local no córtex piriforme humano, amígdala e hipocampo. Esses efeitos diminuíram quando a respiração foi desviada para a boca, destacando a importância do fluxo aéreo nasal para gerar oscilações respiratórias. Finalmente, dados comportamentais em indivíduos saudáveis sugerem que a fase respiratória influencia sistematicamente as tarefas cognitivas relacionadas às funções da amígdala e do hipocampo.
“A respiração nasal entra em oscilações límbicas humanas e modula a função cognitiva” por Christina Zelano, Heidi Jiang, Guangyu Zhou, Nikita Arora, Stephan Schuele, Joshua Rosenow e Jay A. Gottfried no Journal of Neuroscience. Publicado online em 7 de dezembro de 2016 doi: 10.1523 / JNEUROSCI.2586-16.2016
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English Version
Rhythm of Breathing Affects Memory and Fear
Neuroscience December 7, 2016
Summary: A new study reports the rhythm of your breathing can influence neural activity that enhances memory recall and emotional judgement.
Source: Northwestern University.
Breathing is not just for oxygen; it’s now linked to brain function and behavior.
Northwestern Medicine scientists have discovered for the first time that the rhythm of breathing creates electrical activity in the human brain that enhances emotional judgments and memory recall.
These effects on behavior depend critically on whether you inhale or exhale and whether you breathe through the nose or mouth.
In the study, individuals were able to identify a fearful face more quickly if they encountered the face when breathing in compared to breathing out. Individuals also were more likely to remember an object if they encountered it on the inhaled breath than the exhaled one. The effect disappeared if breathing was through the mouth.
“One of the major findings in this study is that there is a dramatic difference in brain activity in the amygdala and hippocampus during inhalation compared with exhalation,” said lead author Christina Zelano, assistant professor of neurology at Northwestern University Feinberg School of Medicine. “When you breathe in, we discovered you are stimulating neurons in the olfactory cortex, amygdala and hippocampus, all across the limbic system.”
The study was published Dec. 6 in the Journal of Neuroscience.
The senior author is Jay Gottfried, professor of neurology at Feinberg.
Northwestern scientists first discovered these differences in brain activity while studying seven patients with epilepsy who were scheduled for brain surgery. A week prior to surgery, a surgeon implanted electrodes into the patients’ brains in order to identify the origin of their seizures. This allowed scientists to acquire electro-physiological data directly from their brains. The recorded electrical signals showed brain activity fluctuated with breathing. The activity occurs in brain areas where emotions, memory and smells are processed.
This discovery led scientists to ask whether cognitive functions typically associated with these brain areas — in particular fear processing and memory — could also be affected by breathing.
The amygdala is strongly linked to emotional processing, in particular fear-related emotions. So scientists asked about 60 subjects to make rapid decisions on emotional expressions in the lab environment while recording their breathing. Presented with pictures of faces showing expressions of either fear or surprise, the subjects had to indicate, as quickly as they could, which emotion each face was expressing.
When faces were encountered during inhalation, subjects recognized them as fearful more quickly than when faces were encountered during exhalation. This was not true for faces expressing surprise. These effects diminished when subjects performed the same task while breathing through their mouths. Thus the effect was specific to fearful stimuli during nasal breathing only.
In an experiment aimed at assessing memory function — tied to the hippocampus — the same subjects were shown pictures of objects on a computer screen and told to remember them. Later, they were asked to recall those objects. Researchers found that recall was better if the images were encountered during inhalation.
The findings imply that rapid breathing may confer an advantage when someone is in a dangerous situation, Zelano said.
“If you are in a panic state, your breathing rhythm becomes faster,” Zelano said. “As a result you’ll spend proportionally more time inhaling than when in a calm state. Thus, our body’s innate response to fear with faster breathing could have a positive impact on brain function and result in faster response times to dangerous stimuli in the environment.”
Another potential insight of the research is on the basic mechanisms of meditation or focused breathing. “When you inhale, you are in a sense synchronizing brain oscillations across the limbic network,” Zelano noted.
About this memory research article
Other Northwestern authors include Heidi Jiang, Guangyu Zhou, Nikita Arora, Dr. Stephan Schuele and Dr. Joshua Rosenow.
Funding: The study was supported by grants R00DC012803, R21DC012014 and R01DC013243 from the National Institute on Deafness and Communication Disorders of the National Institutes of Health.
Source: Marla Paul – Northwestern University
Image Source: NeuroscienceNews.com image is in the public domain.
Video Source: The video is credited to NorthwesternU.
Original Research: Abstract for “Nasal Respiration Entrains Human Limbic Oscillations and Modulates Cognitive Function” by Christina Zelano, Heidi Jiang, Guangyu Zhou, Nikita Arora, Stephan Schuele, Joshua Rosenow and Jay A. Gottfried in Journal of Neuroscience. Published online December 7 2016 doi:10.1523/JNEUROSCI.2586-16.2016
Abstract
Nasal Respiration Entrains Human Limbic Oscillations and Modulates Cognitive Function
The need to breathe links the mammalian olfactory system inextricably to the respiratory rhythms that draw air through the nose. In rodents and other small animals, slow oscillations of local field potential activity are driven at the rate of breathing (∼2–12 Hz) in olfactory bulb and cortex, and faster oscillatory bursts are coupled to specific phases of the respiratory cycle. These dynamic rhythms are thought to regulate cortical excitability and coordinate network interactions, helping to shape olfactory coding, memory, and behavior. However, while respiratory oscillations are a ubiquitous hallmark of olfactory system function in animals, direct evidence for such patterns is lacking in humans. In this study, we acquired intracranial EEG data from rare patients (Ps) with medically refractory epilepsy, enabling us to test the hypothesis that cortical oscillatory activity would be entrained to the human respiratory cycle, albeit at the much slower rhythm of ∼0.16–0.33 Hz. Our results reveal that natural breathing synchronizes electrical activity in human piriform (olfactory) cortex, as well as in limbic-related brain areas, including amygdala and hippocampus. Notably, oscillatory power peaked during inspiration and dissipated when breathing was diverted from nose to mouth. Parallel behavioral experiments showed that breathing phase enhances fear discrimination and memory retrieval. Our findings provide a unique framework for understanding the pivotal role of nasal breathing in coordinating neuronal oscillations to support stimulus processing and behavior.
SIGNIFICANCE STATEMENT Animal studies have long shown that olfactory oscillatory activity emerges in line with the natural rhythm of breathing, even in the absence of an odor stimulus. Whether the breathing cycle induces cortical oscillations in the human brain is poorly understood. In this study, we collected intracranial EEG data from rare patients with medically intractable epilepsy, and found evidence for respiratory entrainment of local field potential activity in human piriform cortex, amygdala, and hippocampus. These effects diminished when breathing was diverted to the mouth, highlighting the importance of nasal airflow for generating respiratory oscillations. Finally, behavioral data in healthy subjects suggest that breathing phase systematically influences cognitive tasks related to amygdala and hippocampal functions.
“Nasal Respiration Entrains Human Limbic Oscillations and Modulates Cognitive Function” by Christina Zelano, Heidi Jiang, Guangyu Zhou, Nikita Arora, Stephan Schuele, Joshua Rosenow and Jay A. Gottfried in Journal of Neuroscience. Published online December 7 2016 doi:10.1523/JNEUROSCI.2586-16.2016