Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nasenatmung kontrolliert Hirnrhythmen

02.05.2017

Wissenschaftler der Medizinischen Fakultät der Universität Heidelberg haben in Zusammenarbeit mit dem Hirnforschungsinstitut in Natal (Brasilien) nachgewiesen, dass die elektrische Aktivität in weiten Bereichen des Mäusegehirns vom Rhythmus der Nasenatmung beeinflusst wird. Die dabei entstehenden langsamen Hirnwellen werden mit schnellen Hirnwellen verknüpft, die für Leistungen wie Gedächtnisbildung und räumliche Orientierung verantwortlich sind. Die Forschungsergebnisse wurden nun in der Zeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States” veröffentlicht.

Anwender von jahrtausendealten Entspannungstechniken wie zum Beispiel Yoga sind überzeugt davon, dass das Atmen durch die Nase die Konzentrationsfähigkeit und das Reaktionsvermögen verbessert und sich allgemein positiv auf das Wohlbefinden auswirkt.


Kontrollierte Nasenatmung spielt eine wichtige Rolle bei Entspannungstechniken wie Yoga. Heidelberger Hirnforscher sind den wissenschaftlichen Grundlagen auf der Spur.

GettyImages

Ein Wissenschaftlerteam des Instituts für Physiologie und Pathophysiologie der Medizinischen Fakultät der Universität Heidelberg unter Leitung von Prof. Andreas Draguhn und Dr. Jurij Brankačk in Zusammenarbeit mit Prof. Adriano Tort vom Hirnforschungsinstitut in Natal (Brasilien) hat nun gezeigt, dass es möglicherweise eine wissenschaftliche Grundlage für die Meditationstechniken gibt:

Bei Mäusen und Ratten entsteht bei der Nasenatmung ein elektrischer Hirnrhythmus, an den schnelle Hirnwellen – sogenannte Gamma-Oszillationen – gekoppelt sind. „Gamma-Oszillationen werden mit Aufmerksamkeits- und Gedächtnisprozessen in Zusammenhang gebracht und der Nachweis, dass die Atmung durch die Nase diese beeinflussen kann, gibt wichtige Hinweise darauf, dass die Atmung sich auf kognitive Funktionen auswirkt“, sagt Prof. Andreas Draguhn.

Wissenschaftler sprechen von Oszillationen, wenn sich Gruppen von Neuronen auf einen gleichen Takt einschwingen – vergleichbar mit einem Konzertpublikum, das chaotisch beginnt, aber schließlich rhythmisch klatscht. Diese Schwingungen können mit dem EEG registriert werden und werden mit unterschiedlichen mentalen Zuständen in Verbindung gebracht. Der Sinn der Kopplung von schnellen mit langsamen Wellen könnte eine zeitliche Koordinierung der örtlich begrenzten, schnellen Wellen durch die langsamen Wellen über weite Hirnbereiche sein.

„Lernen, Gedächtnis und Handlungsentscheidungen sind in verschiedenen Hirnstrukturen angesiedelt und erfordern die zeitliche Koordinierung der Aktivität mehrerer Hirngebiete. Die Forschung steht hier jedoch noch am Anfang. Wir haben nur Hypothesen davon, was die Befunde funktionell bedeuten könnten“, so Dr. Jurij Brankačk.

Der Nase nach: schnelle Hirnwellen werden in zahlreichen Arealen ausgelöst
Bisher wurde angenommen, dass die atemsynchronen Wellen ausschließlich in Hirnbereichen auftreten, die auf Riechen und Schnüffeln spezialisiert sind. Das deutsch-brasilianische Forscherteam hat nun gezeigt, dass der durch Nasenatmung entstehende Rhythmus auch in zahlreichen weiteren Hirnarealen auftritt. Dazu gehören die präfrontale Hirnrinde, ein Gebiet, welches an Entscheidungungsfindungen und anderen Funktionen beteiligt ist, sowie der Hippokampus, eine Region, die für räumliche Navigation und Gedächtnisbildung wichtig ist.

Die Frage, warum nur die Nasen-, aber nicht die Mundatmung sich positiv auf das Denken auswirkt, ist noch nicht endgültig beantwortet. „Wir vermuten, dass es nur in der Nase Sinneszellen gibt, die auf Bewegung reagieren – also auf den Luftzug beim Atmen. Sie leiten den Reiz dann als rhythmisches Signal über den Riechkolben ins Gehirn weiter“, sagt Dr. Jurij Brankačk.

Nasenatmung „funkt“ in eigenem Frequenzbereich

Neben der großen Reichweite des Einflusses der Nasenatmung ergab sich noch eine zweite neue Erkenntnis aus der Analyse der Wissenschaftler: Bekannt war schon lange, dass zugleich mit den sogenannten langsamen Theta-Wellen schnelle Gamma-Wellen im Bereich von 30 bis 80 und 120 bis180 Hertz auftreten. Die neu entdeckten, ausschließlich an den Rhythmus der Atmung gekoppelten Gamma-Wellen bewegen sich hingegen in einem anderen Frequenzbereich von ca. 80 bis 120 Hertz. „Zwei langsame Hirnrhythmen – Theta und atmungsinduzierte Wellen – verwenden offenbar verschiedene Frequenzkanäle innerhalb des Gammafrequenzbereiches, um Informationen zu übermitteln“, sagt Prof. Adriano Tort. „Das ist wichtig für das Verständnis der Mechanismen der Informationsübertragung innerhalb des Gehirns und deutet darauf hin, dass die spezifische Kopplung von Hirn-Rhythmen ein generelles Prinzip zu sein scheint.“
Die Entdeckung wurde durch die Anwendung spezieller mathematischer Analyseverfahren ermöglicht, die von Prof. Adriano Tort in den vergangenen Jahren entwickelt wurden und mit denen es möglich war, die Frequenzbereiche einzelner Wellen exakt zu trennen. Damit gelang der Nachweis, an welche langsamen Hirnwellen welche Frequenzbereiche schneller Wellen gekoppelt werden und in welchen Hirnstrukturen diese vorliegen.

Für die Wissenschaftler eröffnen sich durch die neuen Erkenntnisse eine Fülle weiterer Forschungsfelder: So stellt sich die Frage, ob weitere Hirnaktivitäten mit der Atmung in Zusammenhang stehen, inwiefern sich die Ergebnisse von der Maus auf den Menschen übertragen lassen – und was schließlich der Sinn dieser Kopplung ist.

Dr. Jurij Brankačk vermutet eine Art „Reset-Funktion“ des Gehirns, mit der sich ein Organismus durch tiefes Einatmen beruhigen und die Gehirnwellen wieder in Einklang bringen kann: „Unsere Arbeit kann eine Anregung sein, alte Meditationstechniken stärker zu untersuchen und auf eine wissenschaftliche Basis zu stellen.“

Literatur:
Zhong W, Ciatipis M, Wolfenstetter T, Jessberger J, Müller C, Ponsel S, Yanovsky Y, Brankačk J, Tort ABL, Draguhn A (2017) Selective entrainment of gamma sub-bands by different slow network oscillations. Proc Natl Acad Sci U S A. http://www.pnas.org/content/early/2017/04/05/1617249114

Kontakt:
Prof. Dr. med. Andreas Draguhn
Universität Heidelberg
Institut für Physiologie und Pathophysiologie
Abteilung Neuro- und Sinnesphysiologie
Im Neuenheimer Feld 326
69120 Heidelberg
Telefon: +49 (0) 6221 54-4057/4056
E-Mail: andreas.draguhn@physiologie.uni-heidelberg.de

Dr. Jurij Brankačk: jurij.brankack@physiologie.uni-heidelberg.de
Prof. Adriano Tort (Hirnforschungsinstitut in Natal, Brasilien): tort@neuro.ufrn.br

Weitere Informationen:

http://www.medizinische-fakultaet-hd.uni-heidelberg.de/Neuro-und-Sinnesphysiolog... Abt. Neuro- und Sinnesphysiologie, Medizinische Fakultät der Universität Heidelberg

Julia Bird | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterieller Untermieter macht Blattnahrung für Käfer verdaulich
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

nachricht Neues Werkzeug für gezielten Proteinabbau
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte