Ученые: сеть нейронов создает уникальный ритм для каждого нашего вдоха

Авторы нового исследования пришли к выводу, что небольшая сеть нейронов отвечает за создание уникального ритма для каждого вдоха. За нашим дыханием стоит механизм, который более импровизационный, чем предполагали ранее эксперты. Результаты исследования опубликованы в журнале Neuron.

Актуальность вопроса

Возможно, нет ничего более важного для человека, чем дышать.

Мы не думаем о дыхании, когда дышим, и это хорошо — это сохраняет нам жизнь. Можно было бы ожидать, что некие мощные неврологические часы регулируют наше дыхание. Однако исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) обнаружили, что все не так просто. При каждом вдохе ответственные за это нейроны запускаются в несинхронизированном хаосе, прежде чем объединяются в единый когезионный сигнал, побуждающий моторные нейроны производить вдох. 

«Мы были удивлены, узнав, что наши мозговые клетки работают вместе, чтобы генерировать ритм дыхания, и отличаются каждый раз, когда мы делаем вдох», — говорит автор исследования Джек Фельдман (Jack Feldman).

Удивительно сложное взаимодействие, предшествующее каждому вздоху, напоминает хор, говорит Суфьян Ашхад (Sufyan Ashhad): «Это похоже на то, как каждый нейрон прочищает горло и репетирует свою мелодию, поэтому их коллективный звук не имеет смысла. Однако, когда нейроны взаимодействуют, они быстро синхронизируются, чтобы петь в унисон, превращая свои индивидуальные Соло из какофонии в гармонию».

«Каждый вдох», — говорит Фельдман, «это как новая песня с одним и тем же ритмом».

Предыдущие исследования Фельдмана выявили небольшую сеть нейронов, которую он назвал комплексом пребетцингера, как регулятор нашего дыхания. Однако, идентифицируя нейроны, он столкнулся с загадкой, которую его новое исследование стремится разрешить: активность в комплексе была на низком уровне и все же каким-то образом достаточно мощной, чтобы справиться с генерацией ритма дыхания.

Открытие в новом исследовании состоит в том, что именно сумма нейронов комплекса — когда они, наконец, становятся организованными и срабатывают вместе — обеспечивает сигнал, достаточный для того, чтобы произвести вдох.

Материалы методы исследования

Чтобы узнать о взаимодействии нейронов комплекса пребетцингера, исследователи выделили нейроны из ствола головного мозга мыши. Поместив их в лабораторную чашку, исследователи смогли записать электрическую активность нейронов, подслушать их метафорическую настройку хора и в конечном итоге спеть вместе в гармонии. Период, в течение которого нейроны тренируются и взаимодействуют друг с другом до того, как образуется когезионный сигнал, может быть средством адаптации.

«Ритм дыхания постоянно меняется — начиная с того момента, когда вы встаете и выходите из дома. Если бы ваш мозг не мог автоматически адаптироваться, вы бы потеряли сознание от недостатка кислорода еще до того, как вышли на улицу», — говорит Фельдман.

Результаты научной работы

Наблюдения исследователей показывают, что “импровизации” отдельных нейронов на самом деле является их индивидуальными реакциями на текущие условия и дыхательные потребности.

Таким образом, синхронизированный сигнал представляет собой сумму реакций, адаптирующих к текущим условиям. Этот сигнал заставляет диафрагму и грудную клетку сокращаться в соответствии с текущими потребностями организма. Это сокращение расширяет грудную клетку и втягивает как раз нужное количество воздуха.

Учитывая фундаментальную важность дыхания, Фельдман надеется, что его исследования в конечном итоге приведут к новым способам лечения дыхательных расстройств, таких как апноэ во сне, а также проблем с дыханием, распространенных у детей-аутистов. Это также может представлять собой более эффективное средство борьбы с фатальным подавлением дыхания, сопровождающим употребление опиоидов.

«Наш главный посыл заключается в том, что важно изучать действие нейронов на коллективном уровне, а не только в отдельных клетках. Мы с оптимизмом думаем, что это открытие дает новые направления исследований и разрешит вопрос, который существует уже много веков», — говорит Суфьян Ашхад.

Авторы другого исследования утверждают, что разработано устройство, определяющее частоту сердечных сокращений и дыхание домашних животных.

Приглашаем подписаться на наш канал в Яндекс Дзен


Добавьте «Medical Insider» в любимые источники Яндекс Новости


Оцените статью
( Пока оценок нет )
Поделиться с друзьями