Ученые из Нидерландов и Швеции открыли респираторно-фазовую зрачковую реакцию, то есть доказали, что фаза дыхания влияет на размер зрачка человека.
В исследовании с участием почти 200 испытуемых они продемонстрировали, что независимо от условий эксперимента в процессе вдоха зрачок расширяется, а сужается только в конце фазы выдоха прямо перед новым вдохом. Результаты исследования опубликованы в журнале The Journal of Physiology.
На сегодняшний день известно о трех зрачковых реакциях, то есть об изменении размера зрачка под действием какого-то фактора: реакция на свет (зрачковая световая реакция или зрачковый рефлекс), на фокусировку на объекте (реакция аккомодации и конвергенции) и эмоциональная и когнитивная реакция (зрачковая психосенсорная реакция). Предположение о влиянии дыхания на размер зрачка было высказано еще в 1970-х годах, но до настоящего времени убедительно доказать его существование не удавалось.
Группа ученых под руководством Мартина Шефера (Martin Schaefer) и Артина Аршамяна (Artin Arshamian) из Каролинского института провела ряд экспериментов, направленных на выявление взаимосвязи между фазами дыхания (вдох и выдох) и изменением размера зрачка в разных условиях. Всего было проведено пять экспериментов, в которых приняли участие 194 человека.
В первых трех экспериментах было задействовано 112 человек, в том числе 70 женщин в возрасте от 18 до 42 лет (средний возраст 28 лет). Два эксперимента заключались в том, что испытуемые в течение двух сеансов по пять минут смотрели на серый экран с крестом и дышали только носом или только ртом, не выполняя никаких заданий. Согласно полученным данным, размер зрачка был минимальным в начале вдоха, после чего в процессе вдоха зрачок расширялся вплоть до ранней фазы выдоха и достигал максимума, а сужение зрачка происходило на последней части выдоха перед началом вдоха — как для носового, так и для ротового дыхания. В ходе третьего эксперимента в тех же условиях участники должны были выполнять задание: отслеживать пятна Габора. Оказалось, что эффект влияния фазы дыхания на размер зрачка сохраняется и во время выполнения визуального задания.
В четвертом эксперименте участвовали 56 человек (34 женщины) в возрасте от 18 до 46 лет (средний возраст 28,5 года). Они должны были фиксировать взгляд на заданном объекте и выполнять серию заданий на чередование контролируемого быстрого и медленного дыхания продолжительностью пять минут каждое. При планировании эксперимента ученые исходили из того, что контролируемое и пассивное дыхание активирует разные области мозга. Средняя частота дыхания в эксперименте составила 13,43, 7,96 и 15,33 вдоха в минуту для нормального, медленного и быстрого дыхания соответственно. Но и при контролируемом дыхании в среднем размер зрачка был максимальным примерно в середине фазы выдоха и минимальным перед началом вдоха.
В пятом эксперименте были задействованы 34 человека: 21 участник (12 женщин) в возрасте от 21 до 50 лет (средний возраст 34,1 года) с врожденной изолированной аносмией — редким генетическим заболеванием, при котором практически не развиваются обонятельные луковицы, и 13 участников (9 женщин) в возрасте от 18 до 48 лет (средний возраст 32,9 года), вошедших в контрольную группу и имеющих нормальное обоняние. Все участники должны были выполнять слуховые и визуальные задачи, а их состояние оценивалось с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии. Ученые таким образом проверяли, сохраняется ли влияние дыхания на размер зрачка при отсутствии обонятельных луковиц, которые в норме генерируют активность в обонятельной коре головного мозга и влияют на дыхательный цикл. Оказалось, что и у участников с аносмией, и у испытуемых с нормосмией сохраняются выявленные ранее зависимости: наибольший размер зрачка наблюдается на середине выдоха, а наименьший — перед начало вдоха.
Исследователи назвали доказанную ими связь между дыханием и размером зрачка зрачковой респираторно-фазовой реакцией. В норме зрачок человека может изменяться на шесть миллиметров от своего минимального (примерно два миллиметра) до максимального (примерно восемь миллиметров) размера. Эксперименты показали, что изменения размера зрачка в течение дыхательного цикла колебались от 0,11 до 0,23 миллиметров, что составляет 1,8–3,8 процента от возможного диапазона. Зрачковые реакции на свет и на изменение расстояния до объекта приводят к существенно большим изменениям — на несколько миллиметров. Психосенсорная реакция не так выражена и меняет размер зрачка всего на несколько десятых долей миллиметра, что делает ее сопоставимой по эффекту с респираторно-фазовой реакцией. Ученые также подчеркивают, что реакция зрачка на дыхание уникальна тем, что она циклична и имеет чисто внутренние причины в отличие от всех остальных зрачковых реакций.
Автор: Юлия Нестерова