Für den Monat August 2023 geht das „Paper of the Month“ der Medizinischen Fakultät der WWU Münster an Dr. Daniel Kluger und Prof. Joachim Groß aus dem Institut für Biomagnetismus und Biosignalanalyse für die Publikation: Modulatory dynamics of periodic and aperiodic activity in respiration-brain coupling. Nature Communications 14(1).2023: 4699 [Volltext]

Es ist zunehmend anerkannt, das physiologische Rhythmen wie die Atmung neuronale Oszillationen modulieren, die menschlichem Handeln, Wahrnehmung und Kognition zugrunde liegen. Die Verbindung zwischen Atmung und aperiodischer Hirnaktivität – ein nicht-oszillatorischer Marker der Balance zwischen Erregung und Hemmung – ist dagegen noch völlig unerforscht.

Wir verwenden zeitaufgelöste Messungen aperiodischer und oszillatorischer Komponenten neuronaler Aktivität im Ruhezustand, um ihre jeweilige Dynamik in der Kopplung von Atmung und Hirnaktivität zu untersuchen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Atmung ein physiologischer Modulator kortikaler Signalübertragung ist, was ihre Bedeutung für die Regulierung von Erregungszuständen unterstreicht. Fluktuationen aperiodischer Hirnaktivität sind stark an den Atemzyklus gekoppelt, was darauf hindeutet, dass spontane Verschiebungen von Erregungszuständen zumindest teilweise von körperlichen Signalen moduliert werden. Die unterschiedlichen Dynamiken ihrer Kopplung werfen die Frage auf, ob es einen funktionellen Unterschied in der Art und Weise gibt, wie jede Komponente mit der Atmung verbunden ist.

Veränderungen von Erregbarkeitszuständen wurden bei neuro-psychiatrischen Erkrankungen wie Alzheimer, Schizophrenie, ASD und Epilepsie gezeigt. Die Verknüpfung dieser bekannten neuronalen Veränderungen mit peripheren Signalen könnte wesentliche Erkenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen Körper und Gehirn in klinischen Populationen liefern.

Eine Liste aller bisherigen Gewinner der Paper of the Month-Auszeichnung finden Sie hier.

Foto: MFM/Christian Albiker