Inspirez profondément, expirez lentement… N'est-il pas étrange que nous puissions nous apaiser en ralentissant notre respiration ? Les humains utilisent depuis longtemps la respiration lente pour réguler leurs émotions, et des pratiques comme le yoga et la pleine conscience ont même popularisé des techniques formelles comme la respiration en boîte. Pourtant, il existe peu de connaissances scientifiques sur la manière dont le cerveau contrôle consciemment notre respiration et sur la question de savoir si cela a réellement un effet direct sur notre anxiété et notre état émotionnel.
Les neuroscientifiques de l'Institut Salk ont identifié pour la première fois un circuit cérébral spécifique qui régule volontairement la respiration. En utilisant des souris, les chercheurs ont identifié un groupe de cellules cérébrales dans le cortex frontal qui se connecte au tronc cérébral, où sont contrôlées les actions vitales comme la respiration. Leurs résultats suggèrent que cette connexion entre les parties 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 actuels.
Les résultats, publiés dans Neurosciences naturelles le 19 novembre 2024, décrivent un nouvel ensemble de cellules et de molécules cérébrales qui pourraient être ciblées par des traitements pour prévenir l'hyperventilation et réguler l'anxiété, la panique ou les troubles de stress post-traumatique.
Le corps se régule naturellement par des respirations profondes, donc aligner notre respiration sur nos émotions nous semble presque intuitif, mais nous ne savions pas vraiment comment cela fonctionnait dans le cerveau. 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, en les ancrant davantage dans la science. »
Sung Han, auteur principal, professeur agrégé et chaire de développement du Pioneer Fund à Salk
Les schémas respiratoires et l’état émotionnel sont difficiles à démêler ; si l’anxiété augmente ou diminue, le rythme respiratoire aussi. Malgré ce lien apparemment évident entre la régulation émotionnelle et la respiration, des études antérieures n’avaient exploré en profondeur que les mécanismes respiratoires subconscients du tronc cérébral. Et bien que de nouvelles études aient commencé à décrire des mécanismes conscients descendants, aucun circuit cérébral spécifique n'a été découvert jusqu'à ce que l'équipe Salk se penche sur l'affaire.
Les chercheurs ont supposé que le cortex frontal du cerveau, qui orchestre des pensées et des comportements complexes, communiquait d'une manière ou d'une autre avec une région du tronc cérébral appelée moelle, qui contrôle la respiration automatique. Pour tester cela, ils ont d’abord consulté une base de données de connectivité neuronale, puis ont réalisé 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 est active, elle initie la respiration. Cependant, les messages provenant du pont inhibent en réalité l’activité de la moelle, entraînant un ralentissement du rythme respiratoire. L'équipe de Han a émis l'hypothèse que certaines émotions ou comportements pourraient conduire les neurones corticaux à activer le pont, ce qui réduirait alors l'activité de la moelle, entraînant une respiration plus lente.
Pour tester cela, les chercheurs ont enregistré l'activité cérébrale chez la souris lors de comportements qui modifient la respiration, comme renifler, nager et boire, ainsi que dans des conditions qui provoquent de la peur et de l'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, mais que lorsque les souris se trouvaient dans des situations anxiogènes, cette communication diminuait et la fréquence respiratoire augmentait. De plus, lorsque les chercheurs ont activé artificiellement ce circuit cortex-pont-médulla, la respiration des animaux a ralenti et ils ont montré moins de signes d'anxiété. D’un autre côté, si les chercheurs coupaient ce circuit, la fréquence respiratoire augmentait et les souris devenaient plus anxieuses.
Au total, ce circuit cortex cingulaire antérieur-pont-médullaire soutenait la coordination volontaire des fréquences respiratoires avec les états comportementaux et émotionnels.
« Nos découvertes 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 ? » déclare le premier auteur de l'étude, Jinho Jhang, associé de recherche principal dans le 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 pour déterminer si des médicaments pourraient l’activer pour ralentir la respiration sur commande. De plus, l'équipe travaille pour trouver l'inverse du circuit ; un rapide circuit respiratoire, qui, selon eux, est probablement également lié à l'émotion. Ils espèrent que leurs découvertes aboutiront à des solutions à long terme pour les personnes souffrant de troubles d’anxiété, de stress et de panique, qui inspirent leur découverte et leur dévouement.
« Je souhaite utiliser ces résultats pour concevoir une pilule de yoga », explique Han. « Cela peut paraître idiot, 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 susceptibles de ralentir instantanément la respiration et d'initier un état paisible et méditatif. »
Parmi les autres auteurs figurent Shijia Liu, Seahyung Park et David O'Keefe de Salk.
Le travail a été soutenu par l’Institut Kavli pour le cerveau et l’esprit (IRGS 2020-1710).
