Die menschlichen Atemmuster und die daraus resultierenden Auswirkungen auf das Gehirn können die Gedächtnisleistung stärken oder schwächen, wie neue Forschungsergebnisse zeigen – und die Erkenntnisse könnten möglicherweise bei der Behandlung von Gehirnstörungen und psychischen Problemen helfen. Das natürliche und spontane Atemverhalten des Körpers wird als medulläre Atmungsaktivität bezeichnet, nach der Medulla oblongata – dem Atemkontrollzentrum des Gehirns. Von besonderer Bedeutung ist eine kleine Gruppe von Neuronen im so genannten Prä-Bötzinger-Komplex (PreBötC), die im Inneren der Medulla oblongata sitzen.
„Die Atmung ist ein grundlegender Vorgang der Lebenserhaltung bei Säugetieren“, sagt der Neurowissenschaftler Nozomu Nakamura von der Hyogo Medical University in Japan. „Obwohl die Einzelheiten der Atmungsfunktion bei Gehirnzuständen noch unklar sind, deuten neuere Studien darauf hin, dass die Atmung bei Online-Gehirnzuständen eine wichtige Rolle spielen könnte.“ In einer neuen Studie griff man bei genetisch veränderten Mäusen in das PreBötC ein und fand heraus, dass die Tiere, wenn sie die Atmung vorübergehend unterbrachen, weniger in der Lage waren, bei Objekterkennungs- und Angstkonditionierungstests wichtige Erinnerungen zu bilden. Darüber hinaus schienen die Atempausen auch die Aktivität des Hippocampus (zentral für die Speicherung im Langzeit- und Kurzzeitgedächtnis) während des Gedächtnisabrufs zu beeinträchtigen. In weiteren Tests verbesserte das Erzwingen unregelmäßiger Atemmuster das Gedächtnis der Mäuse, während die Verlangsamung der Atmung das Gedächtnis der Mäuse verschlechterte.
Frühere Forschungsarbeiten hatten bereits gezeigt, dass der Wechsel vom Ausatmen zum Einatmen zu Beginn oder in der Mitte einer Gedächtnisaufgabe – technisch als Übergang von der Exspirations- zur Inspirationsphase (EI) oder als Einatmungsbeginn bekannt – dazu führte, dass Menschen sich langsamer und weniger genau an die Informationen erinnerten. Darauf folgte eine Studie, in der anhand von Gehirnscans ein Zusammenhang zwischen der schlechteren Gedächtnisleistung und der Deaktivierung der temporoparietalen Verbindung (TPJ) hergestellt wurde. Der TPJ ist für viele verschiedene Aufgaben zuständig, verarbeitet Informationen aus dem Inneren und Äußeren des Körpers und entscheidet über angemessene Reaktionen.
Die Forscher vermuten, dass bestimmte Atemmuster – einschließlich des EI-Übergangs – die Verarbeitung durch den TPJ zurücksetzen und dass der TPJ an den bei den Mäusen beobachteten Schwankungen der Gedächtnisleistung beteiligt sein könnte. Diese Effekte müssen noch beim Menschen überprüft werden.
Wir kennen bereits verschiedene Verbindungen zwischen der Atmung und dem Gehirn – zum Beispiel die Art und Weise, wie Atemübungen zur Beruhigung beitragen können, sodass die bewusste Anpassung von Atemmustern auch auf andere therapeutische Weise helfen könnte. Die Art und Weise der Atemmanipulation und die Anwendung von Atemübungen werden für die Behandlung und Therapie von Depressionen und neuropsychiatrischen Störungen entscheidend sein.
Literatur
Nakamura, Nozomu H., Furue, Hidemasa, Kobayashi, Kenta & Oku, Yoshitaka (2023). Hippocampal ensemble dynamics and memory performance are modulated by respiration during encoding. Nature Communications, 14, doi:10.1038/s41467-023-40139-7.
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