Atmung beeinflusst Pupillengröße und Seherlebnis

STOCKHOLM / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Eine neue Studie aus Schweden hat eine faszinierende Verbindung zwischen Atmung und Sehen entdeckt, die unser Verständnis der visuellen Wahrnehmung erweitern könnte.

Die Wissenschaftler des Karolinska Instituts in Schweden haben eine bemerkenswerte Entdeckung gemacht: Die Atmung beeinflusst subtil die Größe unserer Pupillen. Diese Erkenntnis könnte weitreichende Auswirkungen auf unser Verständnis der visuellen Wahrnehmung und der kognitiven Prozesse haben. Die Studie, veröffentlicht in der renommierten Fachzeitschrift The Journal of Physiology, zeigt, dass sich die Pupillen während des Einatmens verkleinern und beim Ausatmen erweitern. Diese rhythmische Veränderung deutet auf einen grundlegenden biologischen Prozess hin, der nicht nur das Sehen, sondern auch unsere Wahrnehmung der Welt beeinflussen könnte.

Ähnlich wie die Blende einer Kamera reguliert die Pupille die Lichtmenge, die ins Auge gelangt. Durch das Verengen oder Weiten der Pupille verändert sich die Art und Weise, wie wir sehen – feine Details werden geschärft oder schwache Objekte leichter erkennbar. Mit der Atmung als zusätzlichem Faktor scheint unsere Sicht während jedes Atemzugs leise zu schwanken. Artin Arshamian, außerordentlicher Professor am Institut für Klinische Neurowissenschaften am Karolinska Institut, erklärt, dass dieser Mechanismus einzigartig ist, da er zyklisch, allgegenwärtig und ohne äußeren Reiz abläuft.

Die neuen Erkenntnisse bauen auf einer wachsenden Zahl von Forschungen auf, die zeigen, dass Atmung mehr als nur Sauerstoff liefert. Sie erzeugt auch rhythmische elektrische Muster, sogenannte neuronale Oszillationen, die sich über das Gehirn ausbreiten und unsere Denk- und Wahrnehmungsweise formen. Diese Oszillationen entstehen tief im Hirnstamm, in einem Neuronencluster namens PräBötzinger-Komplex, der die Atemrhythmen steuert. Sie treten auch im Riechkolben auf, ausgelöst durch die Luftbewegung durch die Nase, was den Atem direkt mit der Gehirnfunktion verbindet.

Tierstudien haben gezeigt, dass atembezogene Gehirnrhythmen helfen, sensorische und motorische Verhaltensweisen wie Schnüffeln, Wischen und Kopfbewegungen zu synchronisieren. Ebenso spielt die Kontrolle der Pupillengröße eine entscheidende Rolle bei der Verarbeitung visueller Informationen, indem sie bestimmt, wie viel das Gehirn erkennen und darauf reagieren kann. Bislang fehlte jedoch ein klarer Beweis für die Verbindung zwischen Atmung und Pupillenveränderungen. Frühere Studien hatten mit kleinen Stichproben und inkonsistenten Methoden zu kämpfen, was die Verbindung zwischen Atmung und Sehen weitgehend unerforscht ließ – bis zu dieser Entdeckung.

Um diese Verbindung zu klären, führte das Forschungsteam fünf sorgfältig kontrollierte Experimente mit über 200 Teilnehmern durch. Ihre Ergebnisse bestätigten, dass die Atmung die Pupillengröße unter verschiedenen Bedingungen konsistent beeinflusste, unabhängig davon, ob die Teilnehmer schnell oder langsam, durch die Nase oder den Mund, bei hellem oder schwachem Licht, in Ruhe oder bei visuellen Aufgaben atmeten. Besonders bemerkenswert war, dass die Pupillenschwankungen selbst bei Personen ohne Riechkolben auftraten, einer Gehirnstruktur, die typischerweise mit der Nasenatmung verbunden ist. Dies deutet darauf hin, dass der Hirnstamm allein den Effekt regulieren könnte, was auf seine tiefen evolutionären Wurzeln hinweist.

Die Studie wirft spannende Möglichkeiten auf, wie sich das Sehen in Reaktion auf die Atmung verändert. Die Pupillengröße beeinflusst direkt, wie Licht ins Auge gelangt und die Sehschärfe beeinflusst. Eine kleinere Pupille, ähnlich einer Kamera mit enger Blende, verbessert die Schärfe und Tiefenschärfe, was es erleichtert, feine Details zu erkennen. Eine größere Pupille hingegen lässt mehr Licht einfallen, was die Empfindlichkeit für schwache oder entfernte Objekte verbessert. Martin Schaefer, Postdoktorand am Karolinska Institut und Erstautor der Studie, erklärt, dass unsere Ergebnisse darauf hindeuten, dass unsere Sicht innerhalb eines einzigen Atemzyklus zwischen der Optimierung für die Unterscheidung kleiner Details beim Einatmen und der Erkennung schwacher Objekte beim Ausatmen wechseln könnte.

Wenn dieser Effekt stark genug ist, um die Wahrnehmung zu beeinflussen, könnte er erhebliche Auswirkungen auf alltägliche Aktivitäten haben. Aufgaben, die hohe visuelle Präzision erfordern, wie Lesen oder das Einfädeln einer Nadel, könnten beim Einatmen leichter fallen. Währenddessen könnte das Scannen nach Bewegungen bei schwachem Licht, wie das Erkennen eines Schattens in der Nacht, während des Ausatmens verbessert werden. Über die Auswirkungen auf das Sehen hinaus könnte die Verbindung zwischen Atmung und Pupillengröße medizinische Anwendungen haben. Das autonome Nervensystem, das unwillkürliche Körperfunktionen steuert, reguliert sowohl die Atmung als auch die Pupillenreaktion. Abnormalitäten in diesem System können auf neurologische Störungen hinweisen.

Eine potenzielle Anwendung sind neue Methoden zur Diagnose oder Behandlung neurologischer Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit, bei der Schäden an der Pupillenfunktion ein frühes Anzeichen der Krankheit sind. Dies ist etwas, das wir in Zukunft weiter erforschen möchten, sagt Arshamian. Pupillenmessungen werden bereits in klinischen Umgebungen verwendet, um die Gehirnfunktion zu bewerten, Hirnverletzungen zu erkennen und Bewusstseinszustände zu überwachen. Wenn durch die Atmung induzierte Pupillenveränderungen als zusätzlicher diagnostischer Marker dienen, könnten sie eine neue, nicht-invasive Möglichkeit bieten, frühe Anzeichen neurologischer Erkrankungen zu erkennen. Zukünftige Forschungen werden bestimmen, wie diese Entdeckung in der medizinischen Diagnostik angewendet werden könnte und ob Atemtechniken verwendet werden könnten, um Aufmerksamkeit und Wahrnehmung zu modulieren.

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