科学家们已经确定了一个帮助我们控制自愿呼吸的脑回路。这个回路在大脑的情感和行为区域与位于脑干的自动呼吸中心之间建立了联系。这些发现可能为开发治疗方法提供了一条途径，以减缓经历焦虑、恐慌症或创伤后应激障碍的个体的呼吸速度，同时也强调了为什么有意识的深呼吸在瑜伽等正念实践中有效。
深吸一口气，慢慢呼出。 令人着迷的是，我们可以通过减缓呼吸来平静自己。几代人以来，人们利用慢呼吸作为情绪调节的一种手段，诸如方块呼吸等技术通过瑜伽和正念获得了广泛应用。尽管如此，关于我们的脑如何有意识地控制呼吸及其对情绪状态影响的科学探索仍然有限。
这是首次，来自索克研究所的研究人员确定了一个负责调节自愿呼吸的精确脑回路。在他们对小鼠的研究中，他们发现了额叶皮层内一个神经元簇，与管理如呼吸等基本功能的脑干相连接。更高级的大脑区域与下脑干的呼吸中心之间的这种联系使我们能够将呼吸与情感和行为对齐。
该研究于2024年11月19日发表在自然神经科学上，介绍了一组新的神经细胞和分子，这些细胞和分子可以作为目标，进行旨在控制过度呼吸的治疗，并管理焦虑、恐慌和创伤后应激障碍。
“我们的身体自然通过深呼吸来调节，使我们本能地将呼吸与情感相匹配——但我们并不清楚这一过程在大脑中是如何发生的，”研究的第一作者、索克副教授Sung Han表示。“通过识别出一种促进慢呼吸的特定脑机制，我们的发现为与瑜伽和正念相关的缓解负面情绪的有益效果提供了科学基础。”
将情感状态与呼吸模式联系起来可能比较复杂——当焦虑上升或下降时，我们的呼吸频率也相应变化。尽管情感调节与呼吸之间的这种关系似乎显而易见，但大多数先前的研究主要集中在由脑干控制的无意识呼吸过程上。最近的研究开始探索有意识机制，但在索克团队的研究之前，还没有确定特定的脑回路。
研究人员假设，负责管理复杂思想和行为的额叶皮层与负责自动呼吸的脑干延髓进行沟通。为此，他们查阅了一个神经连接数据库，并进行了实验来追踪这些脑区域之间的连接。
初步实验揭示了一个可能的新呼吸回路：来自额叶皮层一个称为前扣带皮层的区域的神经元连接到脑桥中的一个中介区域，然后连通下面的延髓。
除了物理连接，理解这些区域之间的信号传递也至关重要。当延髓活动时，它会促使呼吸开始。然而，来自脑桥的信号实际上可以抑制延髓的活动，从而导致呼吸变慢。团队假设，某些情感和行为可能促使皮层神经元刺激脑桥，从而减少延髓的活动，导致呼吸速率下降。
为了验证这一点，研究人员监测了小鼠在影响呼吸的情况下的脑活动，包括嗅、游泳和饮水等行为，以及在高度恐惧和焦虑状态下的活动。他们还利用光遗传学技术在各种情感情境中激活或失活这一脑回路的特定部分，同时观察小鼠的呼吸和行为。
结果证实，激活皮层与脑桥之间的连接导致小鼠的呼吸变得更慢、更平静，而在引发焦虑的情况下，这一沟通减弱，导致呼吸速率增加。此外，人工刺激这一回路使得小鼠的呼吸变慢，并显著减少了焦虑表现。相反，禁用该回路导致呼吸加快，焦虑加重。
总体而言，前扣带皮层-脑桥-延髓回路似乎促进了对情感和行为状态的自愿呼吸调整。
“这些发现引发了有趣的可能性：我们能否创造药物来激活这些神经元，以手动控制呼吸或在恐慌发作期间防止过度呼吸？”该研究的首席作者、Han实验室的高级研究助理Jinho Jhang沉思道。“我的妹妹多年来一直在与恐慌症作斗争，她激励我进行这项研究。”
研究人员计划深入探讨这个回路，研究药物是否可以激活它，从而实现控制呼吸。他们还在研究与快速呼吸相关的反向回路，他们相信这也与情感有关。他们希望自己的结果能为那些受焦虑、压力和恐慌症苦恼的人们提供持久的解决方案，这激励他们投身于这项研究。
“我设想利用这些发现开发一种‘瑜伽药丸’，”Han表示。“虽然这听起来有些牵强，将这项研究转化为商业治疗需要相当长的时间，但我们现在拥有一个目标明确的脑回路，可以为快速平静呼吸和引导宁静冥想状态的治疗方法的创制提供参考。”
其他参与该研究的贡献者包括索克的Shijia Liu、Seahyung Park和David O’Keefe。
这项工作得到了卡夫利脑与心智研究所的支持（IRGS 2020-1710）。
