Thời điểm của một người nào đó trong chu kỳ hít vào và thở ra có thể ảnh hưởng đến các khả năng đa dạng như phát hiện một cái chạm nhẹ và phân biệt các vật thể ba chiều. Một nghiên cứu cho thấy mọi người có xu hướng hít vào ngay trước một nhiệm vụ nhận thức - và làm như vậy có xu hướng cải thiện hiệu suất. Một số người đã phát hiện ra rằng chỉ thở bằng mũi mới có những tác dụng này; thở bằng miệng thì không.
Một ý tưởng mới nổi về cách thức hoạt động của điều này tập trung vào các dao động nhịp nhàng được ghi chép đầy đủ của hoạt động điện não. Những sóng này, thường được đo bằng các điện cực trên da đầu, ghi lại hoạt động tích lũy của hàng nghìn tế bào thần kinh và trong nhiều thập niên, một số nhà thần kinh học đã lập luận rằng chúng phản ánh sự giao tiếp giữa các vùng não xa xôi có thể tạo nên các khía cạnh quan trọng của nhận thức.
Ví dụ, chúng có thể là cách não bộ tích hợp thông tin giác quan được xử lý riêng biệt trong các phần thính giác và thị giác của não bộ để tạo ra những gì chúng ta trải nghiệm dưới dạng nhận thức liền mạch về âm thanh và cảnh vật của một cảnh. Một số nhà khoa học thậm chí còn đề xuất rằng hoạt động đồng bộ như vậy có thể là cơ sở của chính ý thức dù điều này rất khó chứng minh.
Trong các thí nghiệm với loài gặm nhấm, một số nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng nhịp thở ảnh hưởng đến các làn sóng hoạt động ở vùng hải mã, một khu vực quan trọng đối với việc học và ghi nhớ. Trong lúc thức, hoạt động điện tập thể của các tế bào thần kinh ở vùng hải mã tăng và giảm với tốc độ nhất quán - thường là từ 6 đến 10 lần mỗi giây. Nhịp não theta này, như tên gọi của nó, xảy ra ở tất cả các loài động vật đã được nghiên cứu, gồm cả con người.
Trong một nghiên cứu năm 2016, nhà thần kinh học Adriano Tort tại Đại học Liên bang Rio Grande do Norte ở Brazil và các đồng nghiệp đã bắt đầu nghiên cứu các dao động theta nhưng nhận thấy rằng các điện cực của họ cũng bắt nhịp theo một nhịp điệu khác, nhịp điệu chậm hơn với khoảng ba đỉnh mỗi giây, đại khái là giống như tốc độ hô hấp của một con chuột đang nghỉ ngơi. Ban đầu, họ lo lắng rằng đó có thể do điện cực không ổn định hoặc do chuyển động của con vật gây ra. Nhưng các thí nghiệm bổ sung đã thuyết phục họ rằng không chỉ hoạt động nhịp nhàng là có thật và được đồng bộ hóa với hô hấp, mà nó còn hoạt động giống như một máy đánh nhịp để thiết lập tốc độ cho các sóng não theta nhanh hơn ở vùng hải mã.
Nhịp hô hấp ảnh hưởng đến hiệu suất của mọi người đối với các nhiệm vụ liên quan đến cảm xúc và trí nhớ.
Cũng trong khoảng thời gian đó, nhà thần kinh học Christina Zelano và các đồng nghiệp đã báo cáo những phát hiện tương tự ở người. Sử dụng dữ liệu từ các điện cực được các bác sĩ phẫu thuật đặt trên não của bệnh nhân động kinh để theo dõi các cơn co giật của họ, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng hơi thở tự nhiên đồng bộ hóa các dao động trong một số vùng não, bao gồm vùng hải mã và hạch hạnh nhân, một nhân tố quan trọng trong quá trình xử lý cảm xúc. Hiệu ứng đồng bộ hóa này giảm đi khi các nhà nghiên cứu yêu cầu các đối tượng thở bằng miệng, cho thấy rằng phản hồi cảm giác từ luồng không khí mũi đóng một vai trò quan trọng.
Zelano và các đồng nghiệp nhận thấy nhịp hô hấp không chỉ đồng bộ hóa hoạt động ở các vùng não liên quan đến cảm xúc và trí nhớ, mà còn có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của mọi người đối với các nhiệm vụ liên quan đến cảm xúc và trí nhớ. Trong một thí nghiệm, họ theo dõi hơi thở của các đối tượng và yêu cầu họ xác định cảm xúc mà mọi người thể hiện trong một bộ ảnh do các nhà tâm lý học phát triển để kiểm tra khả năng nhận biết cảm xúc. Trong quá trình đó, các đối tượng xác định khuôn mặt sợ hãi nhanh hơn khi họ đang hít vào so với khi thở ra. Trong một bài kiểm tra khác, kết quả cho thấy các đối tượng nhớ chính xác hơn các chi tiết của bức ảnh khi họ hít sâu bằng mũi.
Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy nhịp hô hấp có thể đồng bộ hóa hoạt động không chỉ bên trong mà còn giữa các vùng não. Trong một nghiên cứu, các nhà thần kinh học Nikolaos Karalis và Anton Sirota đã phát hiện ra rằng tốc độ hô hấp đồng bộ hóa hoạt động giữa vùng hải mã và vỏ não trước trán ở những con chuột đang ngủ. Sự đồng bộ hóa này có thể đóng một vai trò trong việc tạo ra những ký ức dài hạn, Karalis và Sirota đề xuất trong một bài báo xuất bản đầu năm nay trên tạp chí Nature Communications. Nhiều nhà thần kinh học cho rằng ký ức ban đầu hình thành ở vùng hải mã trước khi được chuyển đến vỏ não trong khi ngủ để lưu trữ lâu dài — một quá trình được cho là đòi hỏi hoạt động đồng bộ giữa vùng hải mã và vỏ não.
Tập thiền tập thở có tác dụng gì?
Trong nhiều thiên niên kỷ, những người tập yoga và các truyền thống thiền định cổ xưa khác đã thực hành kiểm soát hơi thở như một phương tiện để tác động đến trạng thái tâm trí của họ. Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu ngày càng quan tâm đến cơ chế sinh học của những hiệu ứng này và cách chúng có thể được áp dụng để giúp những người mắc chứng lo âu và rối loạn tâm trạng.
Helen Lavretsky, bác sĩ tâm thần tại UCLA, trong nhiều năm đã hợp tác với các nhà thần kinh học và những người khác để điều tra xem các loại thiền khác nhau ảnh hưởng đến não và các dấu hiệu sinh học của căng thẳng, cũng như chức năng miễn dịch như thế nào. Ngoài những thứ khác, Lavretsky đã phát hiện ra rằng thiền định có thể cải thiện hiệu suất trong các bài kiểm tra trí nhớ trong phòng thí nghiệm và thay đổi kết nối não bộ ở những người lớn tuổi bị suy giảm nhận thức nhẹ, tiền thân tiềm ẩn của bệnh Alzheimer và các loại chứng mất trí nhớ khác. Trong các nghiên cứu gần đây hơn, vẫn chưa được công bố, Lavretsky đã chuyển sang điều tra xem liệu các phương pháp kiểm soát hơi thở đơn thuần có thể hữu ích hay không.
Lavretsky, người cũng là một huấn luyện viên yoga được chứng nhận, cho biết: “Mặc dù tôi là bác sĩ tâm thần, nghiên cứu của tôi là làm thế nào để tránh dùng thuốc. Lavretsky nghĩ rằng các bài tập thở có thể là một lựa chọn thay thế tốt cho nhiều người, đặc biệt là với nhiều nghiên cứu hơn về kỹ thuật thở nào hoạt động tốt nhất cho những điều kiện nào và cách chúng có thể được điều chỉnh cho phù hợp với từng cá nhân.
Ảnh hưởng đến tiếng nói của loài người
Nhà thần kinh học Kevin Yackle và các đồng nghiệp gần đây đã sử dụng chuột để điều tra sự tương tác giữa hơi thở và cách phát âm. Khi bị tách khỏi tổ, những con chuột mới sinh phát ra tiếng kêu siêu âm, có tần số quá cao với ngưỡng khả thính của con người. Yackle, người hiện đang làm việc tại Đại học California, San Francisco, cho biết: Thông thường có một số tiếng kêu cách quãng đều đặn trong một hơi thở, không giống như các âm tiết trong lời nói của con người.
Để tìm ra cách thức hoạt động của nó, các nhà nghiên cứu đã làm ngược lại từ thanh quản, phần cổ họng liên quan đến việc tạo ra âm thanh. Họ đã sử dụng các công cụ theo dõi giải phẫu để xác định các tế bào thần kinh kiểm soát thanh quản và lần theo các kết nối của chúng trở lại một cụm tế bào trong thân não, trong một khu vực mà họ đặt tên là bộ dao động dạng lưới trung gian (iRO). Sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc tiêu diệt hoặc ức chế tế bào thần kinh iRO sẽ loại bỏ khả năng phát ra tiếng kêu và kích thích chúng làm tăng số lượng tiếng kêu trong mỗi hơi thở.
Khi các nhà nghiên cứu mổ xẻ các lát mô não bằng tế bào thần kinh iRO, các tế bào tiếp tục hoạt động theo mô hình thông thường. Yackle nói: “Những tế bào thần kinh này tạo ra một nhịp điệu giống hệt như tiếng kêu của động vật nhưng nhanh hơn”.
Các thí nghiệm bổ sung cho thấy, các tế bào thần kinh iRO giúp tích hợp phát âm với hơi thở bằng cách yêu cầu preBötC (bộ phận tạo điều khiển hô hấp nằm ở thân não) tạo ra những hơi thở nhỏ làm gián đoạn quá trình thở ra - cho phép một loạt tiếng kêu ngắn gọn vừa vặn trong một hơi thở ra. Đó là, tiếng khóc nhịp nhàng không được tạo ra bởi một loạt các lần thở ra, mà là từ một lần thở ra dài với nhiều lần ngắt quãng.
Những phát hiện, được báo cáo vào đầu năm nay trên tạp chí Neuron, có thể có ý nghĩa đối với việc khám phá ngôn ngữ của con người. Yackle cho biết số lượng âm tiết mỗi giây nằm trong một phạm vi tương đối hẹp trên tất cả các ngôn ngữ của loài người. Yackle gợi ý rằng có lẽ đó là do những hạn chế do nhu cầu phối hợp giữa phát âm với hơi thở.