На выдохе мы реагируем быстрее

Разница с вдохом составила около 41 миллисекунды — и показала, что дыхание связано с работой внимания на масштабе одного дыхательного цикла

Мы дышим примерно каждые несколько секунд и почти никогда об этом не думаем. Кажется естественным предположить, что пока мозгу хватает кислорода, конкретный момент вдоха или выдоха не должен заметно влиять на то, насколько быстро мы нажмём кнопку после неожиданного сигнала.

Новое исследование показывает, что всё может быть немного сложнее.

В эксперименте люди реагировали на один и тот же зрительный стимул с разной скоростью в зависимости от того, в какой фазе естественного дыхательного цикла он появлялся. На выдохе ответы были быстрее, чем на вдохе.

Разница измерялась десятками миллисекунд.

Как учёные поймали эффект внутри одного вдоха

Исследование провели Erika M. Yamazaki и Ken A. Paller из Northwestern University. Работа «Response speed is modulated by respiratory phase» опубликована в журнале iScience.

В эксперименте участвовали 35 взрослых в возрасте от 18 до 33 лет.

Они выполняли Psychomotor Vigilance Task — психомоторный тест бдительности. Это простой тест устойчивого внимания: человек смотрит на экран и должен как можно быстрее нажать клавишу, когда появляется заранее определённое изменение.

В данном случае красный квадрат становился жёлтым.

Одновременно небольшой датчик под ноздрями непрерывно измерял поток воздуха. Благодаря этому исследователи могли определить, что происходило в момент появления сигнала: человек вдыхал, выдыхал или находился в короткой естественной паузе между дыхательными движениями.

Это принципиально важно. Исследователи не просили участников специально вдохнуть или выдохнуть перед нажатием клавиши. Они наблюдали за естественным дыханием и сопоставляли его фазу с реакцией.

Каждый участник выполнял тест дважды — до и после дневного сна либо восьмичасового ночного сна в лаборатории.

41 миллисекунда кажется мелочью, пока не посмотреть на масштаб реакции

При сравнении фаз дыхания ответы во время выдоха оказались быстрее, чем во время вдоха.

Разница составляла в среднем около 41 миллисекунды — примерно 1/25 секунды.

Даже короткая пауза между дыхательными движениями была связана с более быстрым ответом: преимущество относительно вдоха составляло около 21 миллисекунды.

Затем исследователи посмотрели на дыхательный цикл более подробно, разделив его на 20 участков.

Картина сохранилась.

Самые медленные реакции наблюдались примерно в районе пика вдоха, а разница между наиболее быстрым и наиболее медленным участками дыхательного цикла составляла около 40,9 миллисекунды.

Дыхание — не только доставка кислорода

Здесь и возникает главный поворот исследования.

Самое очевидное объяснение связи дыхания с мозгом — кислород. Мозг нуждается в постоянном снабжении кислородом, поэтому серьёзные нарушения дыхания действительно могут нарушать его работу.

Но этот эксперимент изучал совсем другой временной масштаб.

Участники нормально дышали. Исследователи сравнивали не состояние нормального дыхания с кислородным голоданием, а разные моменты одного и того же естественного цикла: вдох, выдох и паузу.

И скорость ответа всё равно менялась.

Проще говоря, дыхание оказалось связано с работой нервной системы не только через вопрос «достаточно ли мозгу кислорода?».

Оно само представляет собой ритмический физиологический процесс, который может быть связан с ритмами работы мозга.

Что дыхание может делать с мозговыми ритмами

Точного механизма авторы пока не установили.

Это важное ограничение: исследование показывает связь между фазой дыхания и скоростью реакции, но само по себе не объясняет, почему она возникает.

Одна из гипотез связана с мозговыми осцилляциями — ритмическими изменениями активности больших групп нейронов.

Предыдущие исследования показали, что некоторые виды нейронной активности могут синхронизироваться с дыханием. Поэтому дыхательный цикл потенциально способен выступать одним из внутренних ритмов, относительно которых меняется работа нейронных сетей.

Ken Paller предполагает, что наблюдаемый эффект может быть связан с нейрофизиологической эффективностью: разные фазы дыхания могут соответствовать немного разным состояниям систем мозга, отвечающих за обработку событий окружающей среды и подготовку ответа.

Но пока это именно возможный механизм, а не доказанное объяснение результата.

Один важный нюанс не позволяет сказать «на выдохе мозг работает лучше»

Такой вывод был бы слишком сильным.

Исследование измеряло очень конкретную функцию: скорость простого ответа на зрительный сигнал в тесте устойчивого внимания.

Оно не показывает, что на выдохе улучшается память, логическое мышление, обучение, принятие сложных решений или работа мозга вообще.

Более того, другие исследования дыхания и сенсорной обработки показывали, что характер связи может зависеть от самой задачи, типа стимула и того, каким способом определяется фаза дыхания.

Поэтому корректная формулировка намного уже: в этом эксперименте скорость психомоторной реакции систематически менялась в течение дыхательного цикла и была выше во время выдоха и дыхательных пауз, чем во время вдоха.

Именно эта точность делает результат интереснее, а не слабее.

Можно ли использовать выдох на старте или за рулём

Именно здесь особенно легко превратить любопытный эксперимент в преждевременный практический совет.

Десятки миллисекунд действительно имеют значение в ситуациях, где человек должен мгновенно реагировать на внешний сигнал. Поэтому легко представить спринтера на стартовой колодке, пловца перед стартовым сигналом, водителя перед неожиданным препятствием или игрока в компьютерной игре.

Авторы тоже обсуждают возможность того, что синхронизация дыхания с требованиями задачи когда-нибудь может иметь практическое значение.

Но исследование этого не проверяло.

В нём не участвовали спортсмены на соревнованиях. Люди не выполняли экстренное торможение. Не изучались реальные дорожные ситуации или спортивные старты.

Более того, попытка сознательно контролировать дыхание сама может изменить внимание и поведение.

Поэтому из результата нельзя делать инструкцию «выдыхайте перед стартовым сигналом и будете реагировать быстрее».

Пока это гипотеза для будущих исследований, а не готовая техника повышения производительности.

Маленький эксперимент задаёт большой вопрос о связи тела и мозга

У исследования есть очевидные ограничения.

Всего 35 участников — небольшая выборка. Все они были молодыми взрослыми от 18 до 33 лет. Использовалась одна простая лабораторная задача, поэтому результат нельзя автоматически переносить на детей, пожилых людей, спортсменов, водителей или людей с заболеваниями дыхательной и нервной систем.

Работа также не устанавливает причинность в практическом смысле: она показывает систематическую связь фазы естественного дыхания со скоростью ответа.

Но именно ограниченность задачи позволяет увидеть фундаментальный вопрос особенно чисто.

Мозг постоянно работает внутри тела, где одновременно существуют собственные ритмы: дыхание, сердцебиение, циклические изменения давления и множество других физиологических процессов.

Мы привыкли считать часть этой активности фоном.

Новое исследование добавляет ещё один аргумент в пользу другой картины: состояние этого «фона» может быть связано с тем, как мозг обрабатывает происходящее прямо сейчас.

Следующий вопрос — можно ли управлять этим эффектом

Теперь исследователям предстоит выяснить, насколько результат воспроизводится в других задачах и группах людей.

Особенно интересен вопрос причинности: изменится ли скорость реакции, если намеренно управлять фазой дыхания, или обнаруженная связь возникает только при естественном дыхании вместе с другими процессами нервной системы.

Отдельное направление работы группы Paller связано со сном и апноэ сна — состоянием, при котором дыхание во сне многократно нарушается или временно прекращается. Исследователи изучают более широкие связи между дыханием, физиологией сна и работой мозга.

Поэтому 41 миллисекунда — не доказательство новой дыхательной техники.

Это измеримый след более фундаментального явления: процессы мозга и тела могут быть связаны на гораздо более коротких временных масштабах, чем мы обычно замечаем.