Исследование: размер зрачка меняется при дыхании, влияя на наше восприятие мира
Недавнее исследование, проведённое учёными из Каролинского института в Швеции, выявило прямую связь между дыханием и размером зрачка. Результаты показали, что зрачок сужается во время вдоха и расширяется во время выдоха, что говорит о том, что дыхание играет активную роль в регулировании процесса восприятия и обработки визуальной информации. Этот недавно выявленный физиологический механизм позволяет по-новому взглянуть на взаимосвязь между дыханием и сенсорным восприятием.
Исследование: как учёные открыли этот феномен
Как сообщает Neuroscience News, исследование проводилось под руководством Артина Аршамиана, доцента кафедры клинической нейронауки Каролинского института (Швеция). Результаты исследования были опубликованы в журнале The Journal of Physiology.
Исследователи провели пять тщательно спланированных экспериментов с участием 200 человек. Они измеряли изменения размера зрачка с помощью технологии слежения за глазами с высоким разрешением, наблюдая за дыханием в различных условиях. Участники дышали как свободно, так и контролируемо, варьируя частоту дыхания, ротовое и носовое дыхание, а также подвергаясь воздействию различных условий освещения.
Чтобы убедиться в надёжности полученных результатов, исследователи проводили эксперименты в разных сценариях:
- Эксперимент 1 и 2: Участники наблюдали за происходящим при тусклом освещении, сохраняя неподвижный взгляд, сначала для установления эффекта, а затем для его воспроизведения.
- Эксперимент 3: В исследование были включены активные визуальные задачи, чтобы определить, сохраняется ли эффект во время когнитивной активности.
- Эксперимент 4: Исследователи проверили контролируемое дыхание в разных темпах при естественном освещении, чтобы измерить вариативность.
- Эксперимент 5: Чтобы исключить участие обонятельной луковицы, в эксперимент были включены участники с врожденной аносмией (отсутствием обонятельной луковицы), что подтвердило независимость механизма от обоняния (люди, родившиеся без обонятельной луковицы, были включены в эксперимент, чтобы определить, зависит ли влияние дыхания на размер зрачка от обонятельных путей или контролируется более фундаментальными нейронными механизмами в стволе мозга).
Во всех условиях результаты показали, что размер зрачка изменялся синхронно с дыханием, раскрывая фундаментальный и ранее неизвестный механизм регуляции зрения.
В то время как предыдущие исследования указывали на связь между дыханием и активностью мозга, данное исследование является первым, которое окончательно установило связь между дыханием и размером зрачка. В отличие от ранее известных факторов, влияющих на размер зрачка, – света, фокуса и когнитивных факторов, – этот недавно открытый механизм является циклическим и не требует внешнего раздражителя.
Ключевые выводы исследования
1. Размер зрачка изменяется при дыхании
Зрачки сужаются во время вдоха и расширяются во время выдоха. Это говорит о том, что естественный режим дыхания влияет на зрительное восприятие.
Пример: При выполнении действий, требующих мелких деталей, таких как чтение мелкого шрифта, вдох может помочь улучшить чёткость восприятия. И наоборот, при широком визуальном сканировании, например, при поиске объекта в тёмной комнате, выдох может помочь улучшить обнаружение.
2. Дыхание может помочь оптимизировать зрение
Исследование показало, что вдох обостряет фокусировку на мелких деталях, а выдох улучшает способность распознавать объекты в более широком поле зрения.
Пример: Художнику полезно вдыхать, когда он рисует сложные детали, и выдыхать, когда он оценивает общую композицию своей работы.
3. Вероятно, ствол мозга управляет этим механизмом
Обнаружение того, что этот эффект сохраняется у людей, родившихся без обонятельной луковицы, позволяет предположить, что связь между зрачком и дыханием контролирует ствол мозга, а не структуры мозга, связанные с обонянием.
Пример: Эта идея помогает нейроучёным лучше понять, как дыхание влияет на внимание и восприятие, не ограничиваясь только обонятельными процессами.
4. Постоянство в различных условиях
Эффект сохранялся при различной частоте дыхания, ротовом и носовом дыхании, различных условиях освещения и визуальных задачах. Это указывает на то, что данный феномен является фундаментальным биологическим механизмом, а не ситуативной реакцией.
Пример: Медитирует ли человек, занимается спортом или выполняет умственную задачу, размер его зрачка все равно будет колебаться синхронно с дыханием.
5. Потенциал для медицинского и клинического применения
Изменения размера зрачка могут послужить новым диагностическим инструментом для неврологических заболеваний, в частности расстройств, влияющих на функцию зрачка, таких как болезнь Паркинсона.
Пример: Ранняя диагностика нейродегенеративных заболеваний может быть улучшена путем наблюдения за тем, как размер зрачка реагирует на характер дыхания.
Роль дыхания во внимании и умственной деятельности
Размер зрачка тесно связан с такими когнитивными функциями, как внимание, бдительность и умственные усилия. Поскольку дыхание влияет на активность мозга, данное исследование позволяет предположить, что паттерны дыхания могут также влиять на регуляцию внимания.
Как дыхание влияет на умственную концентрацию
Размер зрачка давно связан с когнитивной нагрузкой: он расширяется во время интенсивной концентрации и сужается во время расслабления. Новые результаты свидетельствуют о том, что вдох обостряет зрение, сфокусированное на деталях, а выдох расширяет восприятие, что может помочь мозгу переключаться между различными режимами обработки информации.
Например:
- Фокусированное внимание: При выполнении задач, требующих точности, таких как чтение или вдевание нитки в иголку, вдох может естественным образом повысить чёткость зрения.
- Расширенное видение: При сканировании толпы или навигации в слабоосвещённой среде выдох может помочь обнаружить периферийные или малоконтрастные объекты.
Дыхательные техники и когнитивная продуктивность
Эти результаты согласуются с упражнениями на осознанность и дыхательными упражнениями, используемыми в когнитивных тренингах. Контролируемые дыхательные техники, такие как глубокий носовой вдох и продолжительный выдох, могут помочь регулировать внимание и оптимизировать когнитивную деятельность. Это может иметь значение для борьбы со стрессом, медитации и даже для профессиональной деятельности, требующей устойчивой концентрации внимания.
От исследования к применению: научный и медицинский потенциал полученных результатов
Значение для науки
Это открытие позволяет считать дыхание четвёртым фундаментальным фактором, влияющим на размер зрачка, наряду со световым воздействием, настройкой ближнего фокуса, когнитивными или эмоциональными реакциями, расширяя наше понимание физиологических и неврологических процессов. Оно подчёркивает, что подсознательные биологические ритмы, такие как дыхание, напрямую влияют на обработку сенсорных сигналов и познание.
Применение в медицине и терапии
- Неврологические расстройства: Реакция зрачков на дыхание может служить биомаркером таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и другие нейродегенеративные заболевания, помогая в ранней диагностике и мониторинге.
- Расстройства внимания и фокусировки: Связь между дыханием и регуляцией внимания предполагает потенциальное применение в лечении СДВГ и тревожных расстройств с помощью техник контролируемого дыхания.
- Реабилитация зрения: Понимание того, как размер зрачка изменяется при дыхании, может стать основой терапии для людей с нарушениями зрения или трудностями с адаптацией фокуса.
Практические рекомендации
- Образование и рабочая среда: Включение структурированных дыхательных техник в учебные занятия или рабочий распорядок может улучшить концентрацию внимания и снизить когнитивную усталость.
- Спортсмены и представители тактических профессий: Обучение спортсменов, пилотов и военнослужащих управлению дыханием может повысить осведомлённость о ситуации и скорость реакции.
- Осознанность и психическое благополучие: Дыхательные упражнения можно оптимизировать под конкретные задачи: глубокий вдох – для сосредоточения, удлиненный выдох – для расслабления и осознания ситуации.
Заключение
Исследование Каролинского института раскрывает ранее неизвестную связь между дыханием и размером зрачка, добавляя новое звено в наше понимание зрения и работы мозга. Обнаружив этот циклический и постоянно действующий механизм, исследователи открыли новые возможности для применения в неврологии, медицине и когнитивном развитии.
Будущие исследования могут изучить, как этот механизм функционирует в различных условиях, таких как стресс, усталость или измененные состояния сознания. Понимание того, как дыхание формирует восприятие и познание, может найти практическое применение в клиническом лечении, когнитивных тренировках и оптимизации производительности в различных областях.
