Des neuroscientifiques découvrent comment le cerveau ralentit la respiration anxieuse

Des neuroscientifiques découvrent comment le cerveau ralentit la respiration anxieuse

Les scientifiques de Salk identifient un circuit cérébral utilisé pour ralentir consciemment la respiration et confirment que cela réduit l'anxiété et les émotions négatives

LA JOLLA—Inspirez profondément, expirez lentement… N'est-il pas étrange que nous puissions nous apaiser en ralentissant notre respiration ? L'être humain utilise depuis longtemps la respiration lente pour réguler ses émotions, et des pratiques comme le yoga et la pleine conscience ont même popularisé des techniques formelles comme la respiration en boîte. Pourtant, la compréhension scientifique de la façon dont le cerveau contrôle consciemment notre respiration et de son effet direct sur notre anxiété et notre état émotionnel est encore limitée.

Des neuroscientifiques de l'Institut Salk ont identifié pour la première fois un circuit cérébral spécifique qui régule la respiration volontaire. À l'aide de souris, les chercheurs ont identifié un groupe de cellules cérébrales dans le cortex frontal, connecté au tronc cérébral, où sont contrôlées des actions vitales comme la respiration. Leurs résultats suggèrent que cette connexion entre les zones les plus sophistiquées du cerveau et le centre respiratoire du tronc cérébral inférieur nous permet de coordonner notre respiration avec nos comportements et notre état émotionnel.

Les résultats, publiés dans Nature Neuroscience le 19 novembre 2024, décrivez un nouvel ensemble de cellules et de molécules cérébrales qui pourraient être ciblées par des thérapies pour prévenir l'hyperventilation et réguler l'anxiété, la panique ou les troubles de stress post-traumatique.

« Le corps se régule naturellement grâce à des respirations profondes, donc aligner notre respiration avec nos émotions nous semble presque intuitif, mais nous ne savions pas vraiment comment cela fonctionnait dans le cerveau », explique l'auteur principal. Han chanté, professeur associé et titulaire de la chaire de développement du Fonds Pioneer à Salk. « En découvrant un mécanisme cérébral spécifique responsable du ralentissement de la respiration, notre découverte pourrait offrir une explication scientifique aux effets bénéfiques de pratiques comme le yoga et la pleine conscience sur l'atténuation des émotions négatives, les ancrant ainsi davantage dans la science. »

Les schémas respiratoires et l'état émotionnel sont difficiles à démêler : si l'anxiété augmente ou diminue, le rythme respiratoire suit le même rythme. Malgré ce lien apparemment évident entre régulation émotionnelle et respiration, les études précédentes n'avaient exploré en profondeur que les mécanismes respiratoires subconscients du tronc cérébral. Et si des études plus récentes commençaient à décrire les mécanismes conscients descendants, aucun circuit cérébral spécifique n'avait été découvert avant que l'équipe Salk ne se penche sur ce cas.

Les chercheurs ont supposé que le cortex frontal, qui gère les pensées et les comportements complexes, communiquait d'une manière ou d'une autre avec une région du tronc cérébral appelée moelle épinière, qui contrôle la respiration automatique. Pour vérifier cette hypothèse, ils ont d'abord consulté une base de données sur la connectivité neuronale, puis mené des expériences pour retracer les connexions entre ces différentes zones cérébrales.

Ces premières expériences ont révélé un nouveau circuit respiratoire potentiel : les neurones d'une région frontale appelée cortex cingulaire antérieur étaient connectés à une zone intermédiaire du tronc cérébral dans le pont, qui était ensuite connectée à la moelle juste en dessous.

Au-delà des connexions physiques de ces zones cérébrales, il était également important de considérer les types de messages qu'elles pouvaient s'envoyer. Par exemple, lorsque la moelle épinière est active, elle déclenche la respiration. Cependant, les messages provenant du pont inhibent en réalité l'activité de la moelle épinière, entraînant un ralentissement de la respiration. L'équipe de Han a émis l'hypothèse que certaines émotions ou certains comportements pourraient inciter les neurones corticaux à activer le pont, ce qui diminuerait alors l'activité de la moelle épinière et entraînerait un ralentissement de la respiration.

Pour tester cette théorie, les chercheurs ont enregistré l'activité cérébrale de souris lors de comportements altérant la respiration, comme renifler, nager et boire, ainsi que lors de situations induisant peur et anxiété. Ils ont également utilisé une technique appelée optogénétique pour activer ou désactiver certaines parties de ce circuit cérébral dans différents contextes émotionnels et comportementaux, tout en mesurant la respiration et le comportement des animaux.

Leurs résultats ont confirmé que lorsque la connexion entre le cortex et le pont était activée, les souris étaient plus calmes et respiraient plus lentement. En revanche, dans des situations anxiogènes, cette communication diminuait et leur rythme respiratoire augmentait. De plus, lorsque les chercheurs activaient artificiellement ce circuit cortex-ponte-moelle, la respiration des animaux ralentissait et ils présentaient moins de signes d'anxiété. En revanche, lorsque les chercheurs désactivaient ce circuit, le rythme respiratoire augmentait et les souris devenaient plus anxieuses.

Dans l’ensemble, ce circuit cortex cingulaire antérieur-pon-moelle a soutenu la coordination volontaire des rythmes respiratoires avec les états comportementaux et émotionnels.

« Nos résultats m'ont fait réfléchir : pourrions-nous développer des médicaments pour activer ces neurones et ralentir manuellement notre respiration ou prévenir l'hyperventilation en cas de trouble panique ? », explique Jinho Jhang, premier auteur de l'étude et chercheur associé principal au laboratoire de Han. « Ma sœur, de trois ans ma cadette, souffre de trouble panique depuis de nombreuses années. Elle continue d'inspirer mes questions de recherche et ma détermination à y répondre. »

Les chercheurs continueront d'analyser le circuit afin de déterminer si des médicaments pourraient l'activer pour ralentir la respiration sur commande. De plus, l'équipe s'efforce de trouver l'inverse du circuit : un circuit de respiration rapide, qui, selon eux, est probablement également lié aux émotions. Ils espèrent que leurs découvertes apporteront des solutions durables aux personnes souffrant d'anxiété, de stress et de troubles paniques, qui inspirent leur découverte et leur dévouement.

« Je souhaite utiliser ces résultats pour concevoir une pilule de yoga », explique Han. « Cela peut paraître absurde, et la traduction de nos travaux en un médicament commercialisable prendra des années, mais nous disposons désormais d'un circuit cérébral potentiellement ciblable pour créer des thérapies capables de ralentir instantanément la respiration et d'instaurer un état de paix et de méditation. »

Parmi les autres auteurs figurent Shijia Liu, Seahyung Park et David O'Keefe de Salk.

Le travail a été soutenu par le Kavli Institute for Brain and Mind (IRGS 2020-1710).

DOI: 10.1038 / s41593-024-01799-w