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Neurologie

Gedächtniskonsolidierung: Atmung koordiniert hauptverantwortlich die intrazerebrale Informationssynchronisation

17.5.2022

Während des Schlafes ist das Gehirn mit dem Sichern wichtiger Tageserinnerungen beschäftigt. Um dabei die Informationsübertragung zwischen den Gehirnregionen zu koordinieren, werden diese synchronisiert. Entgegen der bisherigen Annahme, dass korrelierte Aktivitätsmuster innerhalb des Gehirns diese Synchronisation über mehrere Hirnregionen hinweg ermöglichen, haben jetzt Neurowissenschaftler der Ludwig-Maximilians-Universität gezeigt, dass ein anderer „Haupttaktgeber“ die verschiedenen Gehirnregionen steuert und miteinander synchronisiert: die Atmung.

Die Wissenschaftler führten im Mausmodell groß angelegte elektrophysiologische In-vivo-Untersuchungen von mehreren tausend Neuronen im gesamten limbischen System durch. Dabei entdeckten sie, dass die Atmung die neuronale Aktivität in allen untersuchten Hirnregionen - Hippocampus, Kortex, Thalamus, Amygdala und Nucleus accumbens - synchronisiert und koordiniert, indem sie die Erregbarkeit dieser neuronalen Schaltkreise unabhängig vom Geruchssinn moduliert. „Damit konnten wir die Existenz eines neuen, nicht-olfaktorischen, intrazerebralen Mechanismus nachweisen, der für die Modulierung verteilter Schaltkreise durch die Atmung verantwortlich ist und den wir als „respiratory corollary discharge“ bezeichnen“, sagt der Erstautor der Studie Dr. Nikolas Karalis, der derzeit am Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research in Basel forscht. „Unsere Ergebnisse belegen die Existenz einer bisher unbekannten Verbindung zwischen den respiratorischen und limbischen Schaltkreisen und bedeuten eine Abkehr von der üblichen Annahme, dass die Atmung die Hirnaktivität über olfaktorische Inputs moduliert“, unterstreicht sein Kollege, der Neurowissenschaftler Professor Dr. Anton Sirota, München.

Der neu entdeckte Mechanismus vermittelt die Koordinierung der schlafbezogenen Aktivität, die für die Gedächtniskonsolidierung von wesentlicher Bedeutung ist, und ermöglicht die Ko-Modulation der Dynamik in Cortex und Hippocampus. Nach Ansicht der Autoren stellen diese Ergebnisse einen bedeutenden Fortschritt dar und liefern die Grundlage für neue mechanistische Theorien, die den Atemrhythmus als grundlegenden Mechanismus für die Kommunikation zwischen verteilten Systemen einbeziehen.

Die Atmung ist der beständigste und wichtigste Körperrhythmus und übt eine starke physiologische Wirkung auf das autonome Nervensystem aus. So ist bekannt, dass sie ein breites Spektrum kognitiver Funktionen wie Wahrnehmung, Aufmerksamkeit und Denkstrukturen moduliert. Diese Zusammenhänge von Atmung und kognitiven Prozessen werden funktionell seit Jahrtausenden auch therapeutisch genutzt, vor allem im Pranayama-Yoga und atemassoziierten Entspannungstechniken, etwa in der integrativen Krebstherapie (Fatigue, Insomnie, Schmerz).

Pressemitteilung Ludwig-Maximilians-Universität München, Januar 2022

Karalis N et al.: Nat Commun. 2022;13; article number, 467 (DOI 10.1038/s41467-022-28090-5).

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