Wie unsere Gehirne erstellen Atemrhythmus ist einzigartig für jeden Atemzug

Atmen treibt alles, was wir tun—so der Rhythmus muss sorgfältig organisiert durch unser Gehirn Zellen, richtig?

Falsch. Jeder Atemzug, den wir nehmen, ergibt sich aus einer ungeordneten Gruppe von Neuronen—jeder wie ein Solist schmettern Ihr Lied, bevor Sie vereint, wie ein Chor zu harmonieren auf eine völlig neue Melodie. Oder, in diesem Fall, ein frischer Atem.

Das ist der Kern einer neuen UCLA-Studie veröffentlicht in dieser Woche in der online-Ausgabe des Neurons.

„Wir waren überrascht zu erfahren, dass, wie unser Gehirn Zellen arbeiten zusammen und generieren Atmung Rhythmus ist anders, jedes mal wenn wir einen Atemzug nehmen,“ erklärt senior-Autor Jack Feldman, ein professor von Neurobiologie an der David Geffen School of Medicine an der UCLA und Mitglied des UCLA Brain Research Institute. „Jeder Atemzug ist wie ein neues Lied mit dem gleichen beat.“

Feldman und seine Kollegen untersuchten ein kleines Netzwerk von Neuronen genannt preBötzinger Komplex. Früh in seiner Karriere, würde er benannte die region nach dem was darauf hindeutet, es war der Chef-Fahrer der Atmung-Rhythmus im Gehirn.

Im Jahr 2015, Feldman s Labor gefunden, dass überraschend niedrigen Niveaus der Aktivität in der preBötzinger Komplex waren die treibende Rhythmus der Atmung. Die Entdeckung linken ein Rätsel in seinem Gefolge: wie könnte eine solche kleine Hinweise generieren, die eine narrensichere Atmung, Rhythmus—, deren scheitern den Tod bedeutet?

Zu beantworten, die Rätsel, die UCLA-team untersucht Scheiben von Hirngewebe von Mäusen und akribisch isoliert preBötzinger Komplexen Neuronen aus dem Hirnstamm.

Durch die Aufnahme der Zellen elektrische Aktivität in einer Schale, konnte das team belauschen der Neuronen‘ Gespräche mit Ihrem Netzwerk Nachbarn.

Nach ersten Autor Sufyan Ashhad, die Neuronen-Aktivität war wie ein Chor, dessen Mitglieder üben und singen über einander, ohne die Vorteile des Dirigenten.

„Es ist wie jedes neuron ist, das clearing seiner Kehle und Proben seiner Melodie off-Taste, so dass Ihre gemeinsame sound macht keinen Sinn“, sagte Ashhad, ein Postdoc-Forscher in Feldman ‚ s lab. „Wie die Neuronen miteinander interagieren, obwohl Sie schnell synchronisieren zu singen in der Melodie, die Umwandlung Ihrer einzelnen Soli von Kakophonie in eine Harmonie.“

Mit jedem Atemzug beginnt wie Hunderte von einzelnen Neuronen willkürlich das Feuer auf einem niedrigen Niveau, dann schnell synchronisieren. Die synchronisierte Aufwand fordert einen Ausbruch von Aktivität, die Signale der Muskeln im Zwerchfell und in der Brust zusammenziehen, wodurch die Brust zu erweitern. Luft strömt in und füllt die Lungen für die Einatmung.

Als das signal abklingt, kann die Brust drückt Luft aus der Lunge für die Ausatmung. Der Zyklus wird wiederholt, erzeugen den Rhythmus der Atmung.

„Angesichts der Zuverlässigkeit der Atmung, wir waren erstaunt zu entdecken, wie diese Neuronen, verschieben, synchronisieren und generieren Rhythmus ist anders bei jedem Atemzyklus,“ sagte Feldman.

Warum ist das wichtig? Sollten alle mal Ihre Atmung anpasst. Es belebt, wenn Sie ängstlich sind oder Sport treiben, und langsamer, wenn Sie Schlaf fallen.

„Atemrhythmus ändert sich ständig—von, wenn Sie aufstehen vom sitzen zum stehen und gehen aus dem Haus,“ sagte Feldman. „Wenn Ihr Gehirn konnte nicht automatisch anpassen, Sie würde ohnmächtig aus Mangel an Sauerstoff vor erreichen der Straße.“

Atmung zugrunde liegt, alle Aspekte der Funktion des Gehirns, fügte er hinzu. Die UCLA-Ergebnisse nahelegen könnten neue Ansätze zur Behandlung von Atemstörungen bei autistischen Kindern und Schlafapnoe.

Zu verstehen, wie Atem-Rhythmus generiert wird, kann auch den Wissenschaftlern helfen, die Bekämpfung der steigenden Sterberate von opioid-Gebrauch, die unterdrückt das Gehirn die Fähigkeit zur Regulierung der Atmung.