Yoga dalam Pil? Ilmuwan Menemukan Jalur Otak yang Mengontrol Pernapasan

Sebuah studi baru dari Salk Institute mengidentifikasi sirkuit otak yang mengontrol pernapasan sukarela dan pengaturan emosi, yang berpotensi membantu pengembangan pengobatan untuk gangguan kecemasan dan stres.

Meskipun pernapasan pada dasarnya dilakukan secara otomatis, kita juga memiliki kemampuan luar biasa untuk menenangkan diri dengan memperlambat pernapasan. Sepanjang sejarah, orang telah memanfaatkan pernapasan lambat untuk mengelola emosi, dengan praktik seperti mindfulness dan yoga yang mempopulerkan teknik formal seperti pernapasan kotak. Namun, hanya ada sedikit pemahaman ilmiah tentang bagaimana otak secara sadar mengatur pernapasan kita dan apakah hal ini berdampak langsung pada kecemasan dan keadaan emosi kita.

Terobosan Ilmu Saraf di Salk Institute

Untuk pertama kalinya, ahli saraf di Salk Institute telah mengidentifikasi sirkuit otak spesifik yang mengatur pernapasan sukarela. Dengan menggunakan tikus, para peneliti menemukan sekelompok neuron di korteks frontal yang terhubung ke batang otak, yang mengatur fungsi penting seperti pernapasan. Temuan mereka menunjukkan bahwa hubungan antara wilayah otak yang lebih kompleks dan pusat pernapasan di batang otak bagian bawah memungkinkan kita mengoordinasikan pernapasan dengan perilaku dan keadaan emosi kita saat ini.

Studi tersebut, baru-baru ini diterbitkan di Ilmu Saraf Alammenggambarkan serangkaian sel dan molekul otak baru yang dapat ditargetkan dengan terapi untuk mencegah hiperventilasi dan mengatur kecemasan, kepanikan, atau gangguan stres pasca-trauma.

Potensi Aplikasi Terapi

“Tubuh secara alami mengatur dirinya sendiri dengan menarik napas dalam-dalam, jadi menyelaraskan pernapasan dengan emosi tampaknya hampir intuitif bagi kita—tetapi kita tidak benar-benar mengetahui cara kerja hal ini di otak,” kata penulis senior Sung Han, profesor asosiasi dan Pioneer Fund Developmental. Kursi di Salk. “Dengan mengungkap mekanisme otak spesifik yang bertanggung jawab untuk memperlambat pernapasan, penemuan kami mungkin menawarkan penjelasan ilmiah mengenai efek menguntungkan dari latihan seperti yoga dan mindfulness dalam mengurangi emosi negatif, dan menjadikannya lebih lanjut dalam sains.”

Menemukan Sirkuit Otak untuk Kontrol Pernapasan

Pola pernapasan dan keadaan emosi sulit untuk diurai—jika kecemasan meningkat atau menurun, laju pernapasan juga meningkat. Terlepas dari hubungan yang jelas antara regulasi emosi dan pernapasan, penelitian sebelumnya hanya mengeksplorasi secara menyeluruh mekanisme pernapasan bawah sadar di batang otak. Dan meskipun penelitian yang lebih baru mulai menggambarkan mekanisme top-down yang dilakukan secara sadar, tidak ada sirkuit otak spesifik yang ditemukan sampai tim Salk menyelidiki kasus ini.

Para peneliti berasumsi bahwa korteks frontal otak, yang mengatur pikiran dan perilaku kompleks, entah bagaimana berkomunikasi dengan wilayah batang otak yang disebut medula, yang mengontrol pernapasan otomatis. Untuk mengujinya, pertama-tama mereka memeriksa database konektivitas saraf dan kemudian melakukan eksperimen untuk melacak hubungan antara area otak yang berbeda.

Eksperimen awal ini mengungkapkan potensi sirkuit pernapasan baru: Neuron di daerah frontal yang disebut korteks cingulate anterior dihubungkan ke daerah batang otak perantara di pons, yang kemudian dihubungkan ke medula tepat di bawahnya.

Bukti Eksperimental Kontrol Pernapasan

Di luar koneksi fisik area otak ini, penting juga untuk mempertimbangkan jenis pesan yang mungkin dikirimkan satu sama lain. Misalnya, ketika medula aktif, ia memulai pernapasan. Namun, pesan yang datang dari pons justru menghambat aktivitas di medula, menyebabkan laju pernapasan melambat. Tim Han berhipotesis bahwa emosi atau perilaku tertentu dapat menyebabkan neuron kortikal mengaktifkan pons, yang kemudian akan menurunkan aktivitas di medula, sehingga mengakibatkan pernapasan menjadi lebih lambat.

Untuk mengujinya, para peneliti mencatat aktivitas otak pada tikus selama perilaku yang mengubah pernapasan, seperti mengendus, berenang, dan minum, serta selama kondisi yang menimbulkan rasa takut dan cemas. Mereka juga menggunakan teknik yang disebut optogenetika untuk menghidupkan atau mematikan bagian sirkuit otak ini dalam konteks emosi dan perilaku yang berbeda sambil mengukur pernapasan dan perilaku hewan.

Temuan mereka menegaskan bahwa ketika hubungan antara korteks dan pons diaktifkan, tikus menjadi lebih tenang dan bernapas lebih lambat, namun ketika tikus berada dalam situasi yang memicu kecemasan, komunikasi ini menurun, dan laju pernapasan meningkat. Lebih jauh lagi, ketika para peneliti secara artifisial mengaktifkan sirkuit korteks-pons-medulla ini, napas hewan-hewan tersebut melambat, dan tanda-tanda kecemasan mereka berkurang. Di sisi lain, jika peneliti mematikan sirkuit ini, laju pernapasan akan meningkat dan tikus menjadi lebih cemas.

Secara keseluruhan, sirkuit korteks-pons-medulla cingulate anterior ini mendukung koordinasi sukarela antara laju pernapasan dengan keadaan perilaku dan emosional.

Implikasi dan Arah Penelitian Masa Depan

“Temuan kami membuat saya berpikir: Bisakah kita mengembangkan obat untuk mengaktifkan neuron ini dan secara manual memperlambat pernapasan atau mencegah hiperventilasi pada gangguan panik?” kata penulis pertama studi tersebut, Jinho Jhang, rekan peneliti senior di laboratorium Han. “Adikku, tiga tahun lebih muda dariku, menderita gangguan panik selama bertahun-tahun. Dia terus menginspirasi pertanyaan penelitian saya dan dedikasi saya untuk menjawabnya.”

Para peneliti akan terus menganalisis sirkuit untuk menentukan apakah obat dapat mengaktifkannya untuk memperlambat pernapasan sesuai perintah. Selain itu, tim berupaya menemukan kebalikan sirkuit—a cepat-sirkuit pernapasan, yang mereka yakini kemungkinan besar juga terkait dengan emosi. Mereka berharap temuan mereka akan menghasilkan solusi jangka panjang bagi orang-orang dengan gangguan kecemasan, stres, dan panik, yang menginspirasi penemuan dan dedikasi mereka.

“Saya ingin menggunakan temuan ini untuk merancang pil yoga,” kata Han. “Ini mungkin terdengar konyol, dan menerjemahkan karya kami menjadi obat yang dapat dipasarkan akan memakan waktu bertahun-tahun, namun kami sekarang memiliki sirkuit otak yang berpotensi dapat ditargetkan untuk menciptakan terapi yang dapat memperlambat pernapasan dan memulai keadaan meditasi yang damai.”

Referensi: “Sirkuit pernapasan lambat dari atas ke bawah yang mengurangi pengaruh negatif pada tikus” oleh Jinho Jhang, Sehyung Park, Shijia Liu, David D. O'Keefe dan Sung Han, 19 November 2024, Ilmu Saraf Alam.
DOI: 10.1038/s41593-024-01799-w

Pekerjaan ini didukung oleh Kavli Institute for Brain and Mind (IRGS 2020-1710).