Ново изследване разкрива фундаментална връзка между дишането и зрението

Учени са открили, че дишането променя размера на зеницата, измества леко фокусирането на зрението и влияе върху възприятието.

Повече от век учените разбират, че три фактора контролират размера на зеницата: светлина, фокусно разстояние и когнитивни процеси като емоции или умствено напрежение. Сега изследователи от Института Каролинска в Швеция са идентифицирали четвърто: дишането.

Това откритие, публикувано в The Journal of Physiology, показва, че зениците са най-малки по време на вдишване и най-големи по време на издишване, разкривайки основен механизъм, който може да повлияе на зрението.

Подобно на блендата на камерата, зеницата контролира количеството светлина, което навлиза в окото. Промените в неговия размер могат да повлияят на начина, по който изглежда светът, като изострят детайлите или подобрят способността за откриване на бледи обекти. Новооткритото колебание на зеницата, свързано с дишането, предполага, че зрението може леко да се променя по време на всяко вдишване/издишаване, редувайки яснота и чувствителност.

"Този ​​механизъм е уникален с това, че е цикличен, постоянен и не изисква външен стимул", коментира Артин Аршамян (Artin Arshamian), доцент в катедрата по клинична неврология в Института Каролинска. "Тъй като дишането засяга мозъчната дейност и когнитивните функции, откритието може да допринесе за по-доброто разбиране на това как се регулират нашето зрение и внимание."

В рамките на пет експеримента, включващи 203 участници и широк спектър от експериментални условия, изследователите демонстрират, че размерът на зеницата се колебае по систематичен начин в хода на дихателния цикъл. Кредит: The Journal of Physiology

Ролята на мозъка в синхронизирането на дишането и зрението

Изследването се основава на нарастващи доказателства, че дишането е нещо повече от просто доставяне на кислород на тялото. То генерира невронни трептения - ритмична електрическа активност в мозъка - които влияят върху когнитивните функции и възприятието.

Тези трептения произтичат от пред-Бьотцингеровия комплекс (preBötzinger complex, съкратено preBötC), клъстер от неврони в мозъчния ствол, който регулира дишането. Те също възникват от обонятелната луковица, когато въздухът се движи през носа.

Предишни проучвания при животни са показали, че тези свързани с дишането трептения помагат за синхронизирането на сетивното и двигателното поведение като подушване и движение на главата. По същия начин размерът на зеницата играе жизненоважна роля за зрението, като влияе върху начина, по който мозъкът обработва визуалната информация.

Но преките доказателства, свързващи дишането с промените в зеницата, остават неуловими, като предишни изследвания дават противоречиви резултати поради малки размери на извадката и методологични недостатъци.

За да изяснят тази връзка, изследователи от Института Каролинска провеждат пет внимателно контролирани експеримента с над 200 участници. Резултатите им потвърждават, че дишането оказва постоянно влияние върху размера на зеницата при различни условия, независимо дали участниците дишат бързо или бавно, през носа или през устата, при ярко или слабо осветление, в покой или при изпълнение на визуални задачи.

Един от най-поразителните резултати е, че колебанията на зеницата се наблюдават дори при лица, родени без обонятелна луковица - мозъчна структура, която обикновено се свързва с дишането през носа. Това предполага, че само мозъчният ствол може да регулира ефекта, подчертавайки дълбоките му еволюционни корени.

Как промените в зеницата могат да повлияят на възприятието

Изследването повдига интригуващи въпроси за това как се променя зрението в отговор на дишането. Размерът на зеницата влияе пряко върху начина, по който светлината навлиза в окото, оказвайки влияние върху остротата на зрението. По-малката зеница, подобно на леща на фотоапарат с тясна бленда, подобрява остротата и дълбочината на рязкост, улеснявайки възприемането на фините детайли. По-голямата зеница, напротив, позволява навлизането на повече светлина, което подобрява чувствителността към слаби или далечни обекти.

Полярни диаграми на размера на зениците на участниците по време на дихателния цикъл. 0° (Inh) бележи началото на вдишването, 90° бележи пика на вдишването, 180° (Exh) бележи началото на издишването, а 270° бележи пика на издишването. Кредит: The Journal of Physiology

"Резултатите ни показват, че зрението ни може да превключва между оптимизиране за разграничаване на малки детайли при вдишване и откриване на бледи обекти при издишване, всичко това в рамките на един дихателен цикъл", обяснява Мартин Шефер (Martin Schaefer), постдокторант в Института Каролинска и първи автор на изследването.

Ако този ефект е достатъчно силен, за да повлияе на възприятията, той може да има значителни последици за ежедневните дейности. Задачи, изискващи висока визуална прецизност, като четене или нанизване на конец на игла, биха могли да бъдат по-лесни при вдишване. В същото време сканирането за движение при слаба светлина, като например забелязването на сянка през нощта, може да се подобри по време на издишване.

Потенциални приложения в медицината и неврологията

Освен върху зрението, връзката между дишането и размера на зеницата може да намери приложение и в медицината. Вегетативната нервна система, която контролира неволевите телесни функции, регулира както дишането, така и реакцията на зеницата. Аномалиите в тази система могат да сигнализират за неврологични нарушения.

Размер на зеницата по време на учестено дишане. Кредит: The Journal of Physiology

"Едно от потенциалните приложения са нови методи за диагностициране или лечение на неврологични състояния като болестта на Паркинсон, при които увреждането на функцията на зениците е ранен признак на заболяването", посочва Аршамян. "Това е нещо, което искаме да проучим в бъдеще."

Измерванията на зениците вече се използват в клинични условия за оценка на мозъчната функция, откриване на мозъчни увреждания и наблюдение на състоянията на съзнанието. Ако предизвиканите от дишането промени в зениците служат като допълнителен диагностичен маркер, те биха могли да предложат нов, неинвазивен начин за откриване на ранни признаци на неврологично заболяване.

Бъдещите изследвания ще определят как това откритие може да се приложи в медицинската диагностика и дали дихателните техники могат да се използват за модулиране на вниманието и възприятието.

Макар че предстои да се проучи още много, това изследване предлага нова перспектива за това как дишането, мозъкът и зрението са взаимосвързани.

Справка: The pupillary respiratory-phase response: pupil size issmallest around inhalation onset and largest duringexhalation; Martin Schaefer, Sebastiaan Mathôt, Mikael Lundqvist, Johan N. Lundström and Artin Arshamian; The Journal of Physiology; ISSN: 0022-3751, eISSN: 1469-7793; Accepted31 January 2025; https://doi.org/10.1113/JP287205#support-information-section; https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1113/JP287205 

Източник: Breathing and vision may be linked, Karolinska Institutet

Още по темата

28/01/2025

Защо

Защо не можете да се задушите, като си задържате дъха?

11/11/2022

Човекът

Дишането влияе на нашите емоции, внимание и разбиране, твърдят учени

02/05/2022

Медицина

Очите разкриват дали някой има афантазия - отсъствие на визуализации в ума им

23/12/2021

Медицина

Размерът на зеницата е маркер за интелигентност