Il cervello “ascolta” ogni respiro: scoperto un legame più stretto con l’attività neurale

Ogni respiro è diverso. Può essere più profondo o più superficiale, durare più a lungo o interrompersi per qualche secondo. E queste variazioni, anche minime, sembrano essere registrate con grande precisione dal cervello. È il risultato di uno studio dell’University of California San Diego, pubblicato sul Journal of Neuroscience, che ha analizzato il rapporto tra respirazione e attività neurale con un livello di dettaglio superiore rispetto alle tradizionali misurazioni della frequenza respiratoria. La ricerca mostra che la forma di ogni singolo respiro è associata alla forma delle corrispondenti oscillazioni neurali, in diverse regioni corticali e limbiche del cervello. Un legame che, secondo gli autori, è “molto più ricco di quanto precedentemente riconosciuto”.

Non conta solo quanti respiri facciamo

Respirazione e attività neurale non sono ritmi perfettamente regolari. Ogni ciclo può avere caratteristiche differenti. Per questo i ricercatori hanno scelto di andare oltre il semplice conteggio degli atti respiratori. “Ogni respiro è diverso”, spiega Eena Kosik-Rose, prima autrice dello studio. “Si può trattenere il fiato per diversi secondi, fare un respiro molto profondo o un’espirazione superficiale. Ciò che dimostriamo è che queste differenze si riflettono nella forma dell’attività cerebrale”. Il team ha quindi confrontato la forma dell’onda respiratoria di ciascun partecipante con il corrispondente andamento dell’attività elettrica cerebrale. Le misurazioni comprendevano il flusso dell’aria attraverso il naso e i movimenti di torace e addome. Ogni respiro è stato rappresentato come un’onda, distinguendo le variazioni associate all’inspirazione e all’espirazione. La sua forma è stata poi confrontata con quella del corrispondente ciclo di oscillazione neurale. Questo approccio ha permesso di cogliere differenze di tempistica, ampiezza e forma che una misurazione della sola frequenza respiratoria non sarebbe in grado di rilevare.

Lo studio su 16 persone con epilessia

La ricerca ha utilizzato registrazioni cerebrali invasive di 16 persone, 8 donne e 8 uomini, sottoposte a monitoraggio clinico per epilessia resistente al trattamento. Le registrazioni hanno consentito di misurare direttamente l’attività elettrica del cervello e di metterla in relazione con la respirazione. I ricercatori hanno osservato un accoppiamento tra respirazione e attività neurale “respiro per respiro, ciclo per ciclo” in regioni corticali e limbiche del prosencefalo, coinvolte in funzioni come cognizione, emozioni e memoria. Il risultato, sottolineano gli autori, suggerisce che il rapporto tra corpo e cervello sia più complesso di quanto emerga quando si analizzano soltanto i ritmi medi della respirazione o dell’attività neurale.

Respirazione, attenzione e memoria

La scoperta si inserisce in un filone di ricerca che negli ultimi anni ha iniziato a mettere in evidenza il ruolo delle interazioni cervello-corpo nei processi cognitivi. Secondo gli autori, studi precedenti avevano già indicato che la tempistica della respirazione può influenzare attenzione e memoria. In particolare, alcune ricerche hanno osservato prestazioni leggermente migliori nei compiti di memoria quando le informazioni vengono elaborate durante l’inspirazione rispetto all’espirazione. Il nuovo studio aggiunge però un elemento: non sarebbe soltanto il momento del ciclo respiratorio a essere importante, ma anche la sua specifica conformazione. “Il legame tra respirazione e attività neurale è molto più profondo di quanto si pensasse in precedenza”, afferma Bradley Voytek, coautore dello studio e professore e direttore del Dipartimento di Scienze Cognitive dell’UC San Diego.

Una possibile pista per Sids e Sudep

La scoperta potrebbe avere implicazioni future anche per lo studio di condizioni nelle quali la respirazione può interrompersi o alterarsi gravemente. Tra queste gli autori indicano la Sids, la sindrome della morte improvvisa del lattante, conosciuta anche come “morte in culla”, e la Sudep, la morte improvvisa e inattesa associata all’epilessia. Uno degli autori, Brian Dlouhy, neurochirurgo dell’Università dell’Iowa, studia proprio la Sudep. Una delle possibili direzioni future della ricerca sarà verificare se il rapporto tra respirazione e attività cerebrale osservato nello studio possa modificarsi prima di un arresto respiratorio. “Ricerche future potrebbero indagare se il modello respiratorio fornisca un segnale di avvertimento dell’imminente arresto respiratorio in caso di Sudep o Sids”, spiega Voytek. Ma è un’ipotesi da verificare, non uno strumento diagnostico. Lo studio attuale non dimostra infatti che Sids o Sudep possano essere previste attraverso l’analisi del respiro.

“Un respiro è più di un semplice numero”

Gli stessi ricercatori sottolineano alcuni importanti limiti. I dati provengono da un campione molto piccolo e specifico, composto da persone con epilessia sottoposte a registrazioni intracraniche invasive. I risultati dovranno quindi essere verificati su popolazioni più ampie e attraverso metodiche non invasive. Il valore dello studio, per ora, è soprattutto quello di aver mostrato con grande precisione temporale quanto sia stretto il rapporto tra respirazione e attività cerebrale. “Ora che sappiamo che esiste questo legame incredibilmente stretto e profondo tra la forma di ogni respiro e la forma di ogni onda cerebrale, si apre un mondo di nuove possibilità che possiamo esplorare”, conclude Voytek. In altre parole, un respiro non è soltanto un numero. La sua durata, intensità e forma contengono informazioni che il cervello sembra seguire, con una precisione che i ricercatori stanno appena iniziando a comprendere.

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