呼吸パターンが脳活動を駆動する
▼ 文献情報 と 抄録和訳
レム睡眠中の脳内ネットワーク振動と呼吸周波数の時間的関係
Adriano B.L. Tort, Maximilian Hammer, Jiaojiao Zhang, Jurij Brankačk and Andreas Draguhn. Temporal Relations between Cortical Network Oscillations and Breathing Frequency during REM Sleep. Journal of Neuroscience 16 June 2021, 41 (24) 5229-5242
[ハイパーリンク] DOI, PubMed, Google Scholar
[背景・目的] 鼻呼吸はリズミカルな信号を発生させ、それが脳内の広範な領域で皮質ネットワークの振動を周期的に同調させる。しかし、呼吸と神経ネットワーク活動がより大きな時間スケールでどのように相互作用するのかは不明である。呼吸の周波数と典型的な神経振動パターンは相関しているのか？呼吸周波数と典型的な神経細胞の振動パターンには相関関係があるのか、方向性や時間的な関係はあるのか？
[方法・結果] これらの疑問を解決するために、私たちは、レム睡眠時にマウスの後部頭頂葉皮質から呼吸と同時に電界電位を記録した。この状態では、頭頂葉皮質は顕著なθおよびγ振動を示しますが、行動活動は最小限に抑えられており、信号の交絡が少なくなっています。その結果、呼吸の瞬間的な周波数が、θおよびγ振動の瞬間的な周波数および振幅と強く相関していることがわかった。クロス相関図とグランジャー因果関係から、リズムの違いによる特定の方向性が明らかになった。θ活動の変化は、呼吸周波数の変化に先行し、グランジャー因果関係があることから、脳の機能状態による制御が示唆された。一方、瞬間的な呼吸周波数は、γ周波数の変化をグランジャーで引き起こすことから、γが末梢の再認信号に影響されていることが示唆された。
[結論] これらの結果は、呼吸周波数の変化が、脳の様々なリズム活動のパターンの変化と時間的に関連していることを示している。私たちは、このような時間的関係は、脳幹にあると思われる共通の中枢駆動装置によって媒介されているという仮説を立てた。
▼ So What?：何が面白いと感じたか？
「呼吸が」、「呼吸が」と念仏のように言われても、とはいえ・・・。と思っていた。
だが、今回の研究結果は、なかなか衝撃的なものだ。
呼吸パターンを変えた「瞬間」に、脳活動が変化することが明らかとなった。
意識的に呼吸を変化させることで、まるで脳にも呼吸させるかのごとし、である。
インパクトの大きさは、レジェンド誌【Science】でレビューされていることからも伺える。
Stern, Peter. "Breathing in the brain." Science 373.6551 (2021): 176-177.