Neurowetenschappers van de Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) hebben aangetoond dat de ademhaling de neuronale activiteit door het gehele brein heen tijdens het slapen en rusten coördineert.
Neurons
© IMAGO / Ikon Images / Ian Cuming
Tijdens het slapen zijn de hersenen niet uitgeschakeld, maar bezig met het "opslaan" van de belangrijke herinneringen van de dag. Om dit te doen, worden hersengebieden gesynchroniseerd om de overdracht van informatie tussen deze gebieden te coördineren. De mechanismen die deze synchronisatie tussen meerdere afgelegen hersengebieden mogelijk maken, worden echter slecht begrepen. Traditioneel werden deze mechanismen gezocht in gecorreleerde activiteitspatronen binnen de hersenen. Neurowetenschappers van het LMU Prof. Anton Sirota en Dr. Nikolas Karalis zijn er nu echter in geslaagd om aan te tonen dat de ademhaling werkt als een pacemaker die de verschillende hersengebieden meevoert en met elkaar synchroniseert.

De ademhaling is het meest constante, bestendige en essentiële lichaamsritme en oefent een sterk fysiologisch effect uit op het autonome zenuwstelsel. Het is ook bekend dat het een breed scala van cognitieve functies zoals perceptie, aandacht en gedachtenstructuur moduleert. De mechanismen van de invloed ervan op de cognitieve functie en de hersenen zijn echter grotendeels onbekend.

De wetenschappers voerden grootschalige in vivo elektrofysiologische opnames uit bij muizen van duizenden neuronen in het limbisch systeem. Zij toonden aan dat de ademhaling de neuronale activiteit in alle onderzochte hersengebieden - waaronder de hippocampus, mediale prefrontale en visuele cortex, thalamus, amygdala en nucleus accumbens - meevoert en coördineert door de prikkelbaarheid van deze circuits te moduleren op een manier die onafhankelijk is van de reukzin. "Op die manier konden we het bestaan aantonen van een nieuw, niet-olfactorisch, intracerebraal mechanisme dat de meevoering van verspreide circuits door de ademhaling verklaart, en dat we "respiratoire corollaire ontlading" hebben genoemd", aldus Karalis, die momenteel onderzoeker is aan het Friedrich Miescher Instituut voor Biomedisch Onderzoek in Basel. "Onze bevindingen wijzen op het bestaan van een voorheen onbekende link tussen ademhalingscircuits en limbische circuits en wijken af van de standaard overtuiging dat ademhaling de hersenactiviteit moduleert via de neus-olfactorische route", benadrukt Sirota.

Dit mechanisme medieert de coördinatie van slaap-gerelateerde activiteit in deze hersengebieden, wat essentieel is voor geheugenconsolidatie en de middelen verschaft voor de co-modulatie van de synchrone dynamiek van de cortico-hippocampale circuits. Volgens de auteurs betekenen deze resultaten een belangrijke stap voorwaarts en vormen ze de basis voor nieuwe mechanistische theorieën, die het ademhalingsritme incorporeren als een fundamenteel mechanisme dat ten grondslag ligt aan de communicatie van verspreide systemen tijdens geheugenconsolidatie.

Referentie:

Nikolaos Karalis, Anton Sirota: Breathing coordinates cortico-hippocampal dynamics in mice during offline states. Nature Communications 2022

Zie: https://www.lmu.de/en/newsroom/news-overview/news/breathing-the-master-clock-of-the-sleeping-brain.html