Tiparele de respirație dezvăluie indicii despre bunăstarea mentală și fizică

Respirația pare un act simplu și automat, dar este de fapt controlată de o rețea neurală cerebrală vastă și complexă, care reglează ritmul și intensitatea ventilației pentru a răspunde atât nevoilor fiziologice, cât și comportamentale. Un nou studiu publicat în Current Biology demonstrează că, la fel ca amprentele digitale sau vocale, fiecare individ are un tipar respirator nazal unic, stabil în timp și influențat de factori fiziologici și cognitivi. Acest tipar poate fi utilizat nu doar pentru identificare biometrică, ci și pentru evaluarea stării de sănătate fizică și mentală.
Rețeaua neuronală responsabilă de controlul respirației include nucleul pre-Bötzinger din trunchiul cerebral, dar și structuri corticale și subcorticale. Această rețea poate fi influențată de starea de veghe, somn, emoții, boală sau comportamente. Prin urmare, înregistrarea precisă a fluxului nazal de aer pe termen lung poate oferi informații despre funcționarea acestor circuite cerebrale.

Studiile anterioare au explorat corelații între respirație și starea de spirit, nivelul de stres sau chiar activitatea cerebrală în timpul olfacției, dar până acum nu a fost demonstrat empiric că tiparul respirator este individual și stabil în timp, reflectând o amprentă neurofiziologică distinctă.

Despre studiu

O echipă de cercetători de la Weizmann Institute of Science a dezvoltat un dispozitiv portabil care măsoară continuu fluxul nazal de aer timp de 24 de ore. Dispozitivul a fost purtat de 100 de participanți sănătoși, cu vârste între 18 și 35 de ani. Dintre aceștia, 42 au revenit pentru o a doua sesiune, la un interval mediu de aproximativ 3,5 luni (cu o variabilitate de la 5 zile la aproape 2 ani).

Folosind algoritmi de inteligență artificială și metode de analiză multiomică, cercetătorii au procesat datele respiratorii prin intermediul unei metode numite BreathMetrics, care extrage 24 de parametri pentru fiecare fereastră de 5 minute. S-au analizat separat perioadele de veghe și de somn.

Rezultate

1. Identificare individuală precisă

• Identificare în timpul stării de veghe: algoritmul a reușit să identifice corect participanții în 90,7% din cazuri, folosind doar datele de respirație nazală.
• Identificare în timpul somnului: acuratețea a fost de 64,9%, dar diferența poate fi influențată de duratele mai scurte și artefacte mecanice (deplasarea canulei).
• Chiar și cu doar 1 oră de date, algoritmul a identificat corect 28,9% dintre participanți în stare de veghe și 43,3% în somn – semnificativ mai mult decât rata de identificare aleatorie.

2. Stabilitate în timp a amprentei respiratorii

La participanții reveniți după luni de zile, tiparele respiratorii s-au menținut stabile:

• Identificare cu acuratețe de 95,2% în stare de veghe și 71,4% în somn, chiar după perioade de până la 2 ani.
• Chiar și cu 1 oră de înregistrare dintr-o zi și testare cu o altă oră dintr-o zi diferită, acuratețea a fost de 42,9% pentru veghe și 26,2% pentru somn.

3. Tiparele respiratorii reflectă starea fiziologică și trăsături psihologice

Stare fiziologică:

• În somn s-au înregistrat volume respiratorii mai mici și o ventilație pe minut redusă.
• Asimetria nazală (indicele de lateralitate) crește semnificativ în somn.
• Diferențele dintre starea de veghe și somn au permis clasificarea perfectă a stării cu 100% acuratețe (și 94,3% cu doar 5 minute de date).

Relația cu indicele de masă corporală (IMC):

• Volumul expirator în somn a fost corelat cu IMC (R = 0,34).
• Parametrii asociați ciclului nazal (reflectând control autonom) au prezis IMC cu R = 0,31, sugerând implicarea rețelelor cerebrale autonome în această relație.

4. Corelații cu trăsături cognitive și emoționale

La 80 de participanți s-au aplicat trei chestionare: Beck (depresie), Trait Anxiety și Autism Quotient. Analiza canonică a arătat o corelație globală puternică între tiparele respiratorii și aceste scoruri psihologice (r = 0,87, p = 0,013).

Depresie:

• Scoruri mai mari au fost asociate cu flux inspirator maxim crescut și pauze expiratorii mai lungi.
• Predicția scorurilor Beck din date respiratorii a atins R = 0,35 (p = 0,002).

Anxietate:

• Participanții cu scoruri mari au avut inspirații mai scurte și o variabilitate crescută a pauzelor inspiratorii.
• Predicția scorurilor a fost R = 0,32, iar cu parametri specifici ciclului nazal, R = 0,28.

Trăsături autiste:

• Pauzele inspiratorii mai lungi și o variabilitate crescută în somn s-au corelat cu scoruri mai mari AQ.
• Rata de respirații cu pauză inspiratorie a fost semnificativ mai mare în grupurile cu scor AQ crescut.
• Predicția scorurilor AQ s-a realizat cu R = 0,28 (p = 0,01).

Concluzii și implicații

Acest studiu demonstrează că modelele respiratorii nazale sunt unice, stabile în timp și reflectă rețele cerebrale complexe. Prin înregistrări continue pe 24 de ore și analiză avansată a parametrilor respiratori, cercetătorii au arătat că:

• Respirația poate funcționa ca semnătură biometrică personală, cu o acuratețe comparabilă cu amprentele vocale.
• Respirația oferă indicii despre starea fiziologică (somn vs. veghe, IMC) și trăsături psihologice (anxietate, depresie, comportamente autiste).
• Ciclul nazal și asimetria respiratorie pot reprezenta markeri funcționali ai controlului nervos autonom și al activității cerebrale.

Autorii concluzionează că amprenta respiratorie ar putea deveni un instrument valoros în monitorizarea sănătății, cu potențial aplicabil în diagnosticarea precoce a afecțiunilor neurologice, psihiatrice sau metabolice. În plus, această abordare neinvazivă și continuă poate completa metodele clasice de evaluare în medicină, psihologie și neuroștiințe.