Cardiorespiratory Dynamic Response to Mental Stress: A Multivariate Time-Frequency Analysis

Mental stress is a growing problem in our society. In order to deal with this, it is important to understand the underlying stress mechanisms. In this study, we aim to determine how the cardiorespiratory interactions are affected by mental arithmetic stress and attention. We conduct cross time-frequency (TF) analyses to assess the cardiorespiratory coupling. In addition, we introduce partial TF spectra to separate variations in the RR interval series that are linearly related to respiration from RR interval variations (RRV) that are not related to respiration. The performance of partial spectra is evaluated in two simulation studies. Time-varying parameters, such as instantaneous powers and frequencies, are derived from the computed spectra. Statistical analysis is carried out continuously in time to evaluate the dynamic response to mental stress and attention. The results show an increased heart and respiratory rate during stress and attention, compared to a resting condition. Also a fast reduction in vagal activity is noted. The partial TF analysis reveals a faster reduction of RRV power related to (3 s) than unrelated to (30 s) respiration, demonstrating that the autonomic response to mental stress is driven by mechanisms characterized by different temporal scales

Respiratory Variability, Sighing, Anxiety, and Breathing Symptoms in Low- and High-Anxious Music Students Before and After Performing

Music performance anxiety (MPA) is a major problem for music students. It is largely unknown whether music students who experience high or low anxiety differ in their respiratory responses to performance situations and whether these co-vary with self-reported anxiety, tension, and breathing symptoms. Affective processes influence dynamic respiratory regulation in ways that are reflected in measures of respiratory variability and sighing. This study had two goals. First, we determined how measures of respiratory variability, sighing, self-reported anxiety, tension, and breathing symptoms vary as a function of the performance situation (practice vs. public performance), performance phase (pre-performance vs. post-performance), and the general MPA level of music students. Second, we analyzed to what extent self-reported anxiety, tension, and breathing symptoms co-vary with the respiratory responses. The participants were 65 university music students. We assessed their anxiety, tension, and breathing symptoms with Likert scales and recorded their respiration with the LifeShirt system during a practice performance and a public performance..

Wasting Breath in Hamlet

This is the final version. Available on open access from Palgrave via the DOI in this recordThis chapter draws on instances of disordered breathing in Hamlet in order to examine the cultural signifcance of sighs in the early modern period, as well as in the context of current work in the feld of medical humanities. Tracing the medical history of sighing in ancient and early modern treatises of the passions, the chapter argues that sighs, in the text and the performance of the tragedy, exceed their conventional interpretation as symptoms of pain and disrupt meaning on the page and on stage. In the light of New Materialist theory, the air circulating in Hamlet is shown to dismantle narratives of representation, posing new questions for the future of medical humanities

Sighing: a psychophysiological resetter hypothesis

Elke Vlemincx Zuchten: Een psychofysiologische resetter hypothese Proefschrift aangeboden tot het verkrijgen van de graad van Doctor in de Psychologie, 2010 Promotor: Prof. Dr. Omer Van den Bergh, Copromotoren: Prof. Dr. Paul Leh rer & Prof. Dr. Ilse Van Diest Tot dusver heeft onderzoek in het domein van respiratoire psychofysiolog ie vooral gemiddelde ademhalingsparameters, zoals tijd en volume, bestud eerd tijdens verscheidene psychologische condities. Ademhaling wordt noc htans dynamisch gereguleerd, wat een complexe variabiliteit in ademhalin gsparameters met zich meebrengt. Wanneer onze ademhaling verstoord wordt , zullen controleprocessen geactiveerd worden die onze ademhaling herste llen naar een dynamische evenwichtstoestand. Deze verstoringen veroorzak en random variaties, maar ze trainen het ademhalingssysteem om flexibel en adaptief te reageren op externe verstoringen en zijn daarom essentiee l voor de responsiviteit van het systeem. De controleprocessen die de st abiliteit van het ademhalingssysteem herstellen, veroorzaken gecorreleer de variabiliteit: de parameters van iedere ademhaling zijn gecorreleerd met de parameters van omliggende ademhalingen. Bijgevolg wordt een gezon de ademregulatie gekenmerkt door een gezonde complexe ademvariabiliteit, bestaande uit aanzienlijke gecorreleerde variabiliteit. Een deficiënte ademregulatie, daarentegen, getypeerd door ongezonde ademvariabiliteit, bestaat uit ofwel een gebrek aan responsiviteit gekenmerkt door verminde rde variabiliteit, of een gebrek aan stabiliteit gekenmerkt door te veel random variabiliteit. Aangezien verscheidene psychologische condities d e dynamiek van de ademregulatie beïnvloeden, zullen deze condities ook d e complexiteit van de ademvariabiliteit beïnvloeden. Er is echter zeer w einig geweten over de relatie tussen dynamische ademregulatie en psychol ogische condities. Bijvoorbeeld, de psychologische antecedenten en conse quenties van zuchten zijn ongekend, hoewel de fysiologische functies van een zucht belangrijke regulatie-eigenschappen van een zucht suggereren. In dit doctoraatsproject werd een theoretisch kader ontwikkeld waarin de relaties tussen zuchten, ademvariabiliteit en psychologische condities omschreven worden. Onze hypothese is dat specifieke aandachts- en emotie condities een gezonde ademvariabiliteit zullen verstoren. Langdurige psy chologische condities die een beperkte gedragsrespons uitlokken, zoals v olgehouden aandacht, zullen een toegenomen coördinatie van één bepaald c ontroleproces impliceren, en bijgevolg leiden tot een gereduceerde varia biliteit. Aanhoudende negatieve emoties, zoals langdurige mentale stress , daarentegen, zijn onderhevig aan de continue verstoringen en zullen le iden tot een verminderde coördinatie van controleprocessen en hierdoor m eer random variabiliteit veroorzaken. Beide condities zullen subjectief onaangenaam ervaren worden. Onze hypothese stelt dat zuchten in beide ge vallen gezonde ademvariabiliteit herstelt, en een gevoel van opluchting veroorzaakt. Dit gevoel van opluchting kan er toe leiden dat een zucht i ntentioneel gebruikt wordt tijdens aversieve toestanden om spanning te r educeren. Een reeks experimenten werd uitgevoerd om enkele van deze hypo thesen te testen. In een eerste experiment werd ademvariabiliteit onderzocht in functie va n spontane zuchten tijdens een basislijn. Spontane zuchten werden vooraf gegaan door een gradueel toenemende random variabiliteit. Na een spontan e zucht bleek de gecorreleerde variabiliteit hersteld. Parallel werd een reeks experimenten uitgevoerd waarin de relatie tussen zuchten en stres s en opluchting onderzocht werd. Indien een zucht oplucht, verwachten we meer zuchten tijdens korte periodes van opluchting in een stressvolle c ontext gecreëerd door afwisselende periodes van stress en opluchting. St ress bestond uit een luide auditieve stressor of de anticipatie ervan. O pluchting bestond uit het einde van de stressor of de anticipatie dat de stressor niet zou optreden. Consistent werd een verhoogde zuchtfrequent ie gevonden tijdens opluchting. Het opluchtingseffect van een zucht kan verklaren waarom meer gezucht wordt tijdens langere periodes van stress en na periodes van volgehouden aandacht. Daarenboven zouden veranderinge n in ademvariabiliteit eigen aan stress en aandacht dit effect kunnen ve roorzaken. Om dit na te gaan werden twee experimenten uitgevoerd waarin zuchtfrequentie en ademvariabiliteit onderzocht werden tijdens en na een aandachtstaak en een stressvolle mentale rekentaak. Een verhoogde zucht frequentie werd gevonden tijdens de mentale stresstaak, die gekenmerkt w as door verhoogde random variabiliteit, en na de aandachtstaak, gekenmer kt door verminderde variabiliteit. Daarenboven werd het effect van een o pgelegde zucht vergeleken met het effect van een spontane zucht. Opnieuw steeg random variabiliteit voor een zucht en werd gecorreleerde variabi liteit hersteld na een zucht. Bovendien nam spierspanning gradueel toe v oor een zucht, en nam spierspanning gradueel af na een zucht. De effecte n van een opgelegde zucht bleken echter complexer. Of een opgelegde zuch t ook gecorreleerde variabiliteit herstelt, of net random variabiliteit induceert, blijkt af te hangen van de nood aan herstel van ademvariabili teit. Als conclusie stellen we dat een spontane zucht eigen is aan opluchting en gezonde ademvariabiliteit herstelt wanneer ademvariabiliteit gradueel random wordt tijdens mentale stress, of ademvariabiliteit vermindert ti jdens volgehouden aandacht. Of een opgelegde zucht gelijkaardige effecte n heeft, hangt af van de huidige psychologische en fysiologische toestan d. .status: publishe

The psychophysiological functions of sighing

Although there seems to be consensus on the physiological mechanisms of sighing, little is known about the psychological processes that relate to these physiological functions. Physiologically, sighing is assumed to prevent atelectasis (Bendixen, Smith & Mead, 1964; Reynolds, 1962) and is thought to restore lung compliance (Caro, Butler & Dubois, 1960; Ferris & Pollard, 1960; McIlroy, Butler & Finley, 1962; Mead & Collier, 1959) and gas exchange (Bartlett, 1971; Chemiack, Euler, Glogowska & Homma, 1981; Glogowska, Richardson, Widdicombe & Winning, 1972). Additionally, there are indications that sighing might reset physiological variability (Baldwin et al., 2004; Franco et al., 2003). It appears thus that sighing could function as a physiological resetter to reset homeostasis. The psychological processes of sighing, however, have rarely been studied. Sighing has been shown to be a marker of negative emotions as well as an indicator of positive emotional states. On the one hand, sighing has been shown to be characteristic of pain (Keefe & Block, 1982; Keefe & Hill, 1985; Keefe, Wilkins & Cook, 1984), unpleasant thoughts (Finesinger, 1944) and has been found to be excessive in epilepsia patients (Goldie & Green, 1961), as well as in panic patients (Abelson, Weg, Nesse & Curtis, 2001; Wilhelm, Trabert & Roth, 2001a; Wilhelm, Trabert & Roth, 2001b). On the other hand, sighing has been related to suppressed dyspnea (Hirose, 2000), decreased negative affectivity (McClernon, Westman & Rose, 2004) and relief (Soltysik & Jeelen, 2005). In search for an explanation that could account for these findings, we put forward the hypothesis that sighing might relieve. Considering the physiological functions of sighing, it seems plausible that decreasing lung compliance and a lack of physiological variability could be accompanied by a subjective sensation of chest tightness. In addition, obstructed gas exchange may evoke dyspnea. If sighing can counteract these physiological changes and reset physiological comfort by restoring lung compliance and gas exchange, it seems reasonable that sighing also subjectively causes release of tightness and dyspnea. If sighing indeed would relieve, increased sighing would not only be indicative of a state of relief, but sighing could also function as a way of coping with sustained stress or tension, resulting in increased relief during prolonged stress periods. A possible mediator in this relationship between relief and sighing could be physiological variability. First, decreased heart rate variability has been shown to be indicative of disease (for an overview: Aubert & Ramaekers, 2004; Kazuma, Otsuka, Matsuoka & Murata, 1997; Rother et al., 1987), panic (Friedman, 1998a; Friedman, 1998b) and anxiety (Agelink, Boz, Ullrich & Andrich, 2002; Gorman & Sloan, 2000; Kawachi, Sparrow, Vokonas & Weiss, 1995; Thayer, Friedman & Borkovec, 1996; Yeragani, Balon, Pohl & Ramesh, 1995), whereas increased heart rate variability is characteristic of health (Hedelin, Wiklund, Bjerle & Hendriksson-Larsen, 2000; Pardo et al., 2000) and relaxation (Lehrer, Sasaki & Saito, 1999; Mishima, Kubota, & Nagata, 1999; Murata et al., 2004; Peng et al., 2004; Peng et al., 1999; Travis, 2001; Sakakibara, Takeuchi, & Hayano, 1994; Sawada, 2000). If sighing resets heart rate variability, as has been shown previously (Franco et al., 2003), it seems plausible that this resetting is accompanied with the restoration of relaxation, thus relief. Second, stress and tension might result in decreased respiratory variability or rigid breathing (Van Diest, Thayer, Vandeputte, Van de Woestijne, & Van den Bergh, 2006), causing atelectasis and decreased lung compliance, which might enhance feelings of tightness. Sighing, resetting lung compliance (Caro, Butler & Dubois, 1960; Ferris & Pollard, 1960; McIlroy, Butler & Finley, 1962; Mead & Collier, 1959) and restoring respiratory variability (Baldwin et al., 2004), could counteract these tense feelings and cause feelings of relief. The aim of this project focuses on the hypothesis that sighing relieves. Until now, our approach consisted of comparing sigh frequency during experimentally imposed states of danger (stress) and safety (relief). Three experiments will be described, in which we consistently find increased sighing during relief, compared to periods of stress and relaxation. Additionally, we find that respiratory variability decreases toward a sigh and becomes restored after sighing. Our future directions include imposing sighs in non variable breathing patterns in order to determine its relieving effects by measuring subjective feelings and physiological measures of relaxation, such as EMG and heart rate variability.status: publishe

Sighs can become learned behaviors via operant learning

Sighs have important physiological and psychological regulatory functions. These rewarding effects of a sigh potentially reinforce sighing in situations that require physiological and/or psychological regulation. The present study aimed to investigate whether sighs can become learned behaviors via operant learning. In two studies, we manipulated the effect of spontaneous sighs in response to dyspnea relief, by either punishing a sigh by the onset of dyspnea, or not punishing a sigh by continued dyspnea relief. Results show that sigh rates in response to cues predicting the punishment of sighs are 1.20-1.28 times lower than sigh rates in response to cues predicting no punishment of sighs. These findings suggest that sighs can become learned behaviors via operant learning, contributing to both maladaptive sighing, potentially leading to respiratory dysregulation and respiratory complaints, and to adaptive sighing. Furthermore, these findings suggest new clinical practices to increase and decrease sigh rates during breathing training