Jesień to idealna pora na docenienie naszego nosa. Nie tylko jego funkcji związanej z ogrzewaniem wdychanego powietrza podczas chłodnych spacerów, ale jak się okazuje także innych jego zalet, bardziej zaskakujących.  Rozpoczęcie roku szkolnego i akademickiego, przypadające również na ten okres, skłania do poszukiwania nowych metod doskonalenia zdolności uczenia się. Tym razem z pomocą przychodzą nam amerykańscy naukowcy z Northwestern University. 

To, że u gryzoni aktywność w obrębie opuszki węchowej i kory węchowej (kory gruszkowatej) pojawia się w związku z cyklem oddechowym, pomimo braku stymulacji zapachem, nikogo już nie dziwi, natomiast u ludzi było to do niedawna niestwierdzone. Wyniki badań wykazały jednak, że naturalne oddychanie reguluje i synchronizuje elektryczną aktywność w ludzkiej korze węchowej, szczególnie  podczas wdechu. Nie bez znaczenia jest też to jak oddychamy - efekt ten maleje, kiedy powietrze kierowane jest do ust. Odkrycie skłoniło naukowców do postawienia kolejnych hipotez. Fakt, że kora węchowa jest połączona z układem limbicznym odpowiedzialnym m.in. za emocje, pamięć, sugeruje możliwość wpływu oddychania przez nos na kształtowanie elektrycznej aktywności tych obszarów, a tym samym wpływ na funkcje poznawcze, przetwarzanie bodźców i zachowanie.

Przebieg badań
 
Naukowcy zastanawiali się, czy oscylacje z kory węchowej przenoszą się na ciało migdałowate i hipokamp oraz, czy fazy oddychania wpływają na zagadnienia związane z poznawczą funkcją tych obszarów. Dodatkowo interesowało ich, czy ewentualne aktywności w ciele migdałowatym mają wpływ na wydajność oceny emocji, co mogłoby wskazywać na kontrolowanie przez rytm oddechowy różnych zachowań oraz takich procesów jak chociażby uczenie się.

Badali oni słuszność swoich hipotez przy użyciu wewnątrzczaszkowego EEG (operacyjnie zaimplantowanych pasm elektrod). Podczas EEG pacjenci siedzieli, oddychając w sposób naturalny przez 15 min, a respiracja była monitorowana przy użyciu piezoelektrycznego sensora ciśnienia podłączonego do wąsów tlenowych, a także pasów umieszczonych wokół brzucha. Wykonano wewnątrzczaszkowe EEG u pacjentów oddychających przez nos oraz pacjentów oddychających zarówno przez nos, jak i przez usta.
Analiza wyników wykazała między innymi, że dominująca częstotliwość oddychania u pacjentów to 0.24-0.36 Hz, 14.4-21.6 oddechów/min.

Rozpoznawanie emocji

Badanie związane z rozpoznawaniem emocji, także rozdzielono- część z 62 pacjentów oddychało podczas niego przez nos (wykorzystano pneumotachometr), część wyłącznie przez usta, grupa kontrolna oddychała przez nos, mając usta otwarte.

Zadanie polegało na zidentyfikowaniu emocji wyrażanej przez twarz na zdjęciu (w związku z korelacją ciała migdałowatego ze strachem, przedstawiała ona strach lub zaskoczenie). Dodatkowo uczestnicy byli także poproszeni o rozpoznanie płci pokazywanych im osób.

Zapamiętywanie wizualnych obiektów

42 zdrowych pacjentów zapoznano z zasadami i przebiegiem badania, a następnie zaprezentowano im 180 obrazów w ciągu 15 min. Po 20 min przerwy przedstawiono im 180 „starych” oraz 180 „nowych” zdjęć i poproszono o rozpoznanie tych, które widzieli już wcześniej. W czasie doświadczenia uczestnicy byli monitorowani w ten sam sposób jak we wcześniejszych badaniach.

Wyniki badań

Jak przypuszczano, doświadczenia wykazały, że powolne oscylacje w ludzkiej korze węchowej( korze gruszkowatej) są zsynchronizowane z naturalnym rytmem oddechowym (podczas badań nie wykorzystywano stymulacji bodźcem zapachowym). Dla porównania nie wykazano takiej relacji między oddychaniem a aktywnością innych obszarów płata skroniowego.

Dodatkowo obecność oscylacji o niskiej częstotliwości okazała się być powiązana z tymi o częstotliwości wyższej.  Statystycznie istotne wzrosty  aktywności występowały w obszarze kory gruszkowatej w zakresie fal delta ( 0.5-4 Hz) i theta ( 4-8Hz) u każdego pacjenta oraz beta ( 13-30Hz) u części pacjentów. W ciele migdałowatym-głównie fale delta, natomiast w hipokampie delta, theta, a także fale beta(sugerujące  zaangażowanie w aktywność poznawczą) u części pacjentów. Co więcej, oscylacje znacząco zmniejszały się podczas oddychania przez usta, szczególnie te w korze gruszkowatej. Dowiodło to, że aktywności wywołane oddychaniem nie ograniczają się wyłącznie do regionów związanych ze zmysłem węchu, pojawiają się w obszarze układu limbicznego oraz, że wdychanie powietrza przez nos odgrywa w tych procesach kluczową rolę.

Podczas eksperymentu z rozpoznawaniem emocji, przestraszone twarze były identyfikowane szybciej podczas wdechu niż wydechu oraz znacząco szybciej przy oddychaniu przez nos niż przez usta.

Wreszcie, badanie relacji oddychania z pamięcią( hipokamp) dowiodło, że oddychanie przez nos znacząco poprawia zapamiętywanie i rozpoznawanie w tym przypadku obrazów. Co więcej, oba te procesy były skuteczniejsze podczas wdechu niż wydechu.

Podsumowując, oddychanie ma znaczenie, a to przez nos wydaje się mieć także wpływ na aktywność układu limbicznego, czyli także na zdolności poznawcze. Jak wykazały badania, z pewnością dotyczy to rozpoznawania emocji oraz pamięci. Dlatego zamknijmy usta i doceńmy nasze nosy! :)

Bibliografia

Nasal Respiration Entrains Human Limbic Oscillations and Modulates Cognitive Function (2016)

Christina Zelano, Heidi Jiang, Guangyu Zhou, Nikita Arora, Stephan Schuele, Joshua Rosenow,Jay A. Gottfried

Departments of Neurology and Neurosurgery, Feinberg School of Medicine, Northwestern University, Chicago, Illinois Department of Psychology, Weinberg College of Arts and Sciences, Northwestern University, Evanston, Illinois