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Die Atmung als Koordinator von neuronalen Aktivitäten während des Schlafs

Die Netzwerkdynamik gilt als mechanistisches Substrat für die Informationsübertragung zwischen kortikalen und hippocampalen Schaltkreisen, aber es ist wenig über die Mechanismen bekannt, die diese Prozesse in weit verbreiteten Hirnregionen synchronisieren und koordinieren, etwa während des Schlafs. Karalis & Sirota (2022) haben nun die Hypothese untersucht, ob die Atmung als oszillatorischer Schrittmacher fungiert, der die Dynamik verteilter Hirnschaltkreise permanent koppelt. In elektrophysiologischen In-vivo-Studien an Neuronen im gesamten limbischen System von Mäusen fanden sie heraus, dass die Atmung die neuronale Aktivität in allen untersuchten Hirnregionen, d. h. Hippocampus, Cortex, Thalamus, Amygdala und Nucleus accumbens, synchronisiert und koordiniert, indem sie die Erregbarkeit dieser neuronalen Schaltkreise unabhängig vom Geruchssinn moduliert. Dies lieferte den Beweis für die Existenz eines neuen nicht-olfaktorischen intrazerebralen Mechanismus, der für die Modulation verteilter Schaltkreise durch die Atmung verantwortlich ist. Diese Ergebnisse belegen somit die Existenz einer bisher unbekannten Verbindung zwischen respiratorischen und limbischen Schaltkreisen und stellen eine Abkehr von der üblichen Annahme dar, dass die Atmung die Hirnaktivität über olfaktorische Inputs moduliert.

Literatur

Karalis, Nikolaos & Sirota, Anton (2022). Breathing coordinates cortico-hippocampal dynamics in mice during offline states. Nature Communications, 13, doi: 0.1038/s41467-022-28090-5.