В новом исследовании из Университета Калифорнии (University of California), опубликованном в журнале Neuron, ученые обнаружили, что каждый вдох, который мы делаем, происходит от работы беспорядочной группы нейронов – каждый, как солист, поет свою песню, прежде чем объединиться в качестве хора, чтобы гармонизировать новую мелодию. Клетки мозга работают вместе, чтобы генерировать ритм дыхания при каждом вдохе.
Ученые изучили небольшую сеть нейронов, называемых комплексом preBötzinger, который является основным двигателем ритма дыхания в мозге. Ученые изучили срезы мозговой ткани лабораторных мышей и изолировали нейроны preBötzinger от ствола мозга.
Записывая электрическую активность клеток в чашке Петри, ученым удалось зарегистрировать сообщения нейронов друг с другом по сети. По словам ученых, деятельность нейронов напоминала хор, члены которого практикуют и поют друг с другом без помощи дирижера. Когда нейроны взаимодействуют, они быстро синхронизируются, чтобы петь в гармонии, превращая их индивидуальные соло из какофонии в гармонию.
Синхронизированная работа нейронов вызывает всплеск активности, который сигнализирует о сокращении мышц диафрагмы и грудной клетки, заставляя грудь расширяться. Воздух устремляется внутрь и наполняет легкие для вдоха. Когда сигнал стихает, грудная клетка способствует выдоху воздуха из легких. Цикл повторяется, генерируя ритм дыхания.
Результаты исследования помогут открыть новые методы лечения нарушений дыхания у детей с аутизмом и апноэ во сне. Понимание того, как генерируется ритм дыхания, может также помочь ученым в борьбе с ростом смертности от употребления опиоидов, которые подавляют способность мозга регулировать дыхание.
Авторы другого исследования заявили, что астроциты защищают двигательные нейроны от гибели.
