Sonuçları Journal of Neuroscience dergisinde yayımlanan çalışmada, Northwestern Üniversitesi’nden bilim insanları ilk kez, nefes alış-veriş ritminin, insan beyninde duygusal değerlendirme ve hafızayı güçlendiren elektriksel aktivite oluşturduğunu keşfettiler.
Davranışlar üzerindeki bu etkiler, nefesinizi burundan ya da ağızdan alıp vermenize bağlı olarak değişiklik gösteriyor.
Çalışmada, kişiler, korkmuş bir yüzle eğer nefes alma anında karşılaşmışsalar, bu yüzü nefes verme anına kıyasla daha hızlı tanımlayabiliyorlardı.
Northwestern Üniversitesi Feinberg Tıp Fakültesi Nöroloji Anabilim Dalı öğretim görevlisi Christina Zelano, “Bu çalışmada elde edilen en önemli bulgulardan biri, nefes alma sırasında, amigdala ve hipokampusta, nefes vermeye göre daha belirgin bir beyin aktivitesi gerçekleşmesidir. Nefes aldığınızda, limbik sistemin tamamında, koku korteksi, amigdala ve hipokampusta nöronların canlandığını keşfettik.” şeklinde konuştu.
Ameliyattan bir hafta önce, krizlerinin nedenini belirlemek için 7 epilepsi hastasının beynine elektrotlar yerleştirildi. Kaydedilen elektriksel sinyaller, beyin aktivitesinin soluk alma sırasında dalgalanmalar gösterdiğini ortaya koydu. Söz konusu aktivasyonlar, beynin duygular, hafıza ve koku merkezlerinde meydana geldi. Bu bulgu, araştırmacıları, söz konusu beyin bölgeleriyle ilişkili, özellikle korku işleme ve hafıza, bilişsel fonksiyonlarının da nefes alma ritminden etkilenip etkilenmediği sorusunu sormaya yönlendirdi.
Amigdala, duygusal işleme merkezidir. Özellikle de korku ile ilişkili duygularda… Dolayısıyla bilim insanları, yaklaşık 60 kişiden, nefes ritmlerini kaydederken laboratuvar ortamında duygusal ifadeler konusunda hızlı kararlar vermelerini istediler. Katılımcılara, korku ya da şaşkınlık ifadesi gösteren yüz fotoğrafları gösterilerek, gösterilen yüz fotoğraflarında mümkün olan en kısa sürede hangi duygusal ifadenin bulunduğunu belirlemeleri istendi.
Nefes alma sırasında kişiler, korkulu yüz ifadelerini, nefes verdikleri ana göre çok daha hızlı tanımladılar. Çalışmaya katılan kişiler, ağızlarıyla nefes alırken aynı görevi yerine getirdiğinde bu etkilerde ciddi oranda azalma görüldü. Dolayısıyla, bu etkinin yalnızca burundan soluk alma ile ilişkili olduğu anlaşıldı.
Hafıza işlevini hipokampusa bağlı değerlendirmeye yönelik diğer bir deneyde ise, katılımcılara bilgisayar ekranından bazı nesnelerin resimleri gösterildi ve onları hatırlamaları söylendi. Araştırmacılar, görüntülerin nefes alma sırasında gösterilmesi durumunda daha iyi hatırlandığı bulgusuna ulaştılar.
Bulgular, hızlı nefes almanın, tehlikeli bir durum içerisindeki insan için bir avantaj olabileceğini ortaya koyuyor.
Zelano, “Eğer panik halindeyseniz solunum ritminiz daha hızlı olur.” dedi. “Dolayısıyla, sakin halinize kıyasla panik halinizde nefes almak için daha fazla süre geçirirsiniz. Böylece, hızlı nefes almayla vücudunuzun korkuya verdiği iç tepki, beyin fonksiyonlarınızda olumlu bir etkiye neden olur ve çevredeki tehlikeli uyarana karşı daha hızlı tepkiler oluşturmanızı sağlar.”
Araştırmanın bir diğer amacı, meditasyonun temel mekanizmaları veya odaklanılmış solunum üzerinde durmaktadır. Zelano, “Nefes aldığınızda, bir anlamda limbik ağı boyunca beyin salınımlarını, solunum ritminizle senkronize ediyorsunuz” dedi.
Bu çalışma, Ulusal Sağırlık ve Ulusal Sağlık Enstitüleri İletişim Bozuklukları Enstitüsü’nün R00DC012803, R21DC012014 ve R01DC013243 hibeleriyle desteklendi.
Rhythm of breathing affects memory and fear
CHICAGO — Northwestern Medicine scientists have discovered for the first time that the rhythm of breathing creates electrical activity in the human brain that enhances emotional judgments and memory recall.
These effects on behavior depend critically on whether you inhale or exhale and whether you breathe through the nose or mouth.
In the study, individuals were able to identify a fearful face more quickly if they encountered the face when breathing in compared to breathing out. Individuals also were more likely to remember an object if they encountered it on the inhaled breath than the exhaled one. The effect disappeared if breathing was through the mouth.
“One of the major findings in this study is that there is a dramatic difference in brain activity in the amygdala and hippocampus during inhalation compared with exhalation,” said lead author Christina Zelano, assistant professor of neurology at Northwestern University Feinberg School of Medicine. “When you breathe in, we discovered you are stimulating neurons in the olfactory cortex, amygdala and hippocampus, all across the limbic system.”
The study was published Dec. 6 in the Journal of Neuroscience.
The senior author is Jay Gottfried, professor of neurology at Feinberg.
Northwestern scientists first discovered these differences in brain activity while studying seven patients with epilepsy who were scheduled for brain surgery. A week prior to surgery, a surgeon implanted electrodes into the patients’ brains in order to identify the origin of their seizures. This allowed scientists to acquire electro-physiological data directly from their brains. The recorded electrical signals showed brain activity fluctuated with breathing. The activity occurs in brain areas where emotions, memory and smells are processed.
This discovery led scientists to ask whether cognitive functions typically associated with these brain areas — in particular fear processing and memory — could also be affected by breathing.
The amygdala is strongly linked to emotional processing, in particular fear-related emotions. So scientists asked about 60 subjects to make rapid decisions on emotional expressions in the lab environment while recording their breathing. Presented with pictures of faces showing expressions of either fear or surprise, the subjects had to indicate, as quickly as they could, which emotion each face was expressing.
When faces were encountered during inhalation, subjects recognized them as fearful more quickly than when faces were encountered during exhalation. This was not true for faces expressing surprise. These effects diminished when subjects performed the same task while breathing through their mouths. Thus the effect was specific to fearful stimuli during nasal breathing only.
In an experiment aimed at assessing memory function — tied to the hippocampus — the same subjects were shown pictures of objects on a computer screen and told to remember them. Later, they were asked to recall those objects. Researchers found that recall was better if the images were encountered during inhalation.
The findings imply that rapid breathing may confer an advantage when someone is in a dangerous situation, Zelano said.
“If you are in a panic state, your breathing rhythm becomes faster,” Zelano said. “As a result you’ll spend proportionally more time inhaling than when in a calm state. Thus, our body’s innate response to fear with faster breathing could have a positive impact on brain function and result in faster response times to dangerous stimuli in the environment.”
Another potential insight of the research is on the basic mechanisms of meditation or focused breathing. “When you inhale, you are in a sense synchronizing brain oscillations across the limbic network,” Zelano noted.
Other Northwestern authors include Heidi Jiang, Guangyu Zhou, Nikita Arora, Dr. Stephan Schuele and Dr. Joshua Rosenow.
The study was supported by grants R00DC012803, R21DC012014 and R01DC013243 from the National Institute on Deafness and Communication Disorders of the National Institutes of Health.