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索尔克研究所的科学家们发现了一种大脑回路，可以让我们调节自主呼吸，它将大脑的情绪和行为皮质区与自动呼吸的脑干区连接起来。这些发现为焦虑、恐慌症或创伤后应激障碍患者减缓呼吸提供了一个有针对性的领域，此外还解释了瑜伽等正念练习中减慢、有意识呼吸的功效。
深吸一口气，慢呼一口气……我们可以通过放慢呼吸来自我舒缓，这不是很奇怪吗？长期以来，人类一直用缓慢的呼吸来调节自己的情绪，瑜伽和正念等练习甚至普及了像盒子呼吸这样的正式技巧。然而，对于大脑如何有意识地控制我们的呼吸，以及这是否真的对我们的焦虑和情绪状态有直接影响，科学上的理解仍然很少。
索尔克研究所（Salk Institute）的神经科学家们现在首次发现了一种能够自主调节呼吸的特定大脑回路。研究人员在小鼠的额叶皮层中找到了一组与脑干相连的脑细胞，脑干是控制呼吸等重要活动的地方。他们的发现表明，大脑更复杂的部分与脑干下部呼吸中心之间的这种联系，使我们能够将呼吸与我们当前的行为和情绪状态协调起来。
研究结果发表在2024年11月19日的《自然神经科学》（Nature Neuroscience）杂志上，描述了一组新的脑细胞和分子，这些细胞和分子可以作为治疗的目标，防止过度通气，调节焦虑、恐慌或创伤后应激障碍。
“身体自然地通过深呼吸来调节自己，所以让我们的呼吸与我们的情绪保持一致对我们来说几乎是直觉——但我们并不真正知道这在大脑中是如何起作用的，”索尔克大学副教授、先锋基金发展主席、资深作者Sung Han说。“通过揭示导致呼吸减慢的特定大脑机制，我们的发现可能会为瑜伽和正念等练习对缓解负面情绪的有益影响提供科学解释，进一步为它们奠定科学基础。”
呼吸模式和情绪状态很难解开——如果焦虑增加或减少，呼吸频率也会增加或减少。尽管情绪调节和呼吸之间似乎有明显的联系，但之前的研究只是彻底探索了脑干中的潜意识呼吸机制。虽然较新的研究已经开始描述有意识的自上而下的机制，但直到索尔克团队对这个案例进行了研究，才发现了特定的大脑回路。
研究人员认为，负责协调复杂思想和行为的大脑额叶皮层以某种方式与控制自动呼吸的脑干区域髓质进行交流。为了验证这一点，他们首先查阅了一个神经连接数据库，然后做了一些实验来追踪这些不同大脑区域之间的联系。
这些最初的实验揭示了一种潜在的新呼吸回路：位于被称为前扣带皮层的额叶区域的神经元连接到脑桥的中间脑干区域，然后连接到下方的髓质。
除了这些大脑区域的物理连接之外，考虑它们可能相互发送的信息类型也很重要。例如，当髓质活跃时，它启动呼吸。然而，从脑桥传来的信息实际上抑制了髓质的活动，导致呼吸频率减慢。韩的研究小组假设，某些情绪或行为会导致皮层神经元激活脑桥，从而降低髓质的活动，导致呼吸变慢。
为了验证这一点，研究人员记录了老鼠在嗅闻、游泳和喝酒等改变呼吸的行为以及引起恐惧和焦虑的情况下的大脑活动。他们还使用了一种称为光遗传学的技术，在测量动物的呼吸和行为的同时，在不同的情绪和行为背景下打开或关闭大脑回路的一部分。
他们的发现证实，当大脑皮层和脑桥之间的连接被激活时，老鼠会更平静，呼吸更慢，但当老鼠处于焦虑诱发的情况下，这种交流会减少，呼吸频率会上升。此外，当研究人员人工激活这种皮层-脑桥-髓质回路时，动物的呼吸减慢，焦虑的迹象也减少了。另一方面，如果研究人员关闭这个回路，呼吸频率就会上升，老鼠就会变得更加焦虑。
总的来说，这个前扣带皮层-脑桥-髓质回路支持呼吸频率与行为和情绪状态的自愿协调。
“我们的发现让我思考：我们能否开发药物来激活这些神经元，手动减缓我们的呼吸或防止恐慌症中的过度换气？”该研究的第一作者Jinho jang说，“我的妹妹比我小三岁，多年来一直患有恐慌症。她继续激发我的研究问题，并致力于回答这些问题。”
研究人员将继续分析该回路，以确定是否可以通过药物激活该回路，从而根据指令减慢呼吸。此外，研究小组正在努力寻找该回路的反向回路——一个快速呼吸回路，他们认为这可能也与情绪有关。他们希望他们的发现能为焦虑、压力和恐慌症患者带来长期的解决方案，这些人激发了他们的发现和奉献精神。
“我想利用这些发现来设计一种瑜伽药丸，”韩说。“这听起来可能很傻，而且将我们的研究成果转化为可上市的药物还需要数年时间，但我们现在有了一个潜在的目标大脑回路，可以创造出一种治疗方法，可以立即减缓呼吸，开启一种平静、冥想的状态。”
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