一呼吸ごとの形状が脳活動に影響することを解明(Every Breath You Take Has a Unique Impact on the Brain)

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2026-08-31 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

米カリフォルニア大学サンディエゴ校(UC San Diego)の研究チームは、呼吸と脳活動の関係が、単純な「呼吸回数」よりはるかに精密であることを明らかにした。難治性てんかんの治療のため脳内に電極を留置している16人を対象に、脳の電気活動と鼻の気流、胸部・腹部の動きを同時に測定。1回ごとの吸気・呼気を波形として解析した結果、呼吸の長さ、強さ、タイミングなど個々の呼吸波形の違いが、認知・感情・記憶に関わる脳領域の神経活動の波形と密接に対応することが示された。これは、脳が呼吸を単なる周期的なリズムとしてではなく、呼吸ごとの微細な変化まで追跡している可能性を示す。将来的には、呼吸と脳活動の結合が突然の呼吸停止を伴うSUDEP(てんかんにおける突然死)やSIDSなどでどう変化するかを調べることで、異常の理解や早期兆候の研究につながる可能性がある。ただし、現段階では予測・診断法として確立されたものではない。

<関連情報>

呼吸の周期ごとの波形は、神経振動の形状と連動している Cycle-by-cycle respiration waveforms are coupled with the shape of neural oscillations

Eena Kosik-Rose, Guangyu Zhou, Andrew Sheriff, Joshua M. Rosenow, Stephan U. Schuele, Chima O. Oluigbo, Saige Anabel Teti, Mohamad Koubeissi, Md Rakibul Mowla, Ariane E. Rhone, Sukhbinder Kumar, Brian Dlouhy, Christina Zelano and Bradley Voytek
Journal of Neuroscience  Published:31 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0731-26.2026

Abstract

Beyond sustaining life, breathing is a vital physiological rhythm that shapes cognition, perception, emotional regulation, and mental health. Breathing has a direct effect on neuronal excitability and is coupled to neural oscillations across a variety of brain regions. Notably, both respiration and neural oscillations are asymmetric and not perfectly rhythmic: for example, every breath has a different shape and duration, and is interspersed with variable pauses. Here, we examined the coupling between breathing and the brain by quantifying the nonsinusoidal features of each breath and comparing it to the shape of each corresponding neural oscillation cycle. By leveraging invasive human brain recordings from 16 participants (8 female, 8 male), we found respiration-neural waveform coupling on a breath-by-breath, cycle-by-cycle basis across limbic and cortical forebrain regions. For decades, the dominant perspective on cognition and mental health have focused on the brain, but recent work is highlighting the importance of brain-body interactions. Our results show that the coupling between breathing and neural activity is much richer than previously appreciated, and our approach opens new avenues for studying these peripheral-to-central nervous system interactions in a more robust, temporally precise manner.

医療・健康
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