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Science:慢呼吸为什么会让人感到平静?

2017/04/05 来源:生物探索
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导读
就算没有练过瑜伽,你也一定有通过调整呼吸来稳定自己情绪的经历。那么,呼吸如何与情绪相关联,这背后的机制又是什么?近日,发表于Science上的一篇研究给出了解答。


尝试一下,缓慢地、顺畅地呼吸。你是否感觉平静下来了?长久以来,人们用这种方法稳定情绪。但是,这背后的科学依据是什么呢?近日发表的一项新研究中,斯坦福大学医学院的研究人员发现了脑干中少数将呼吸与心理状态联系在一起的神经细胞。这一研究发表在3月31日的Science上。

医生常常会建议应激障碍患者进行调息练习。调息法(梵语:pranayama)也是瑜伽的核心组成部分,通过有规律地吸气和呼气让意识从高亢甚至狂乱的状态进入一种冥想状态。文章的资深作者Mark Krasnow说:“这项研究很有趣,因为它为“调息法”背后的科学依据提供了一个细胞和分子层面上的理解。

微小的神经元簇

将呼吸与放松,注意,兴奋和焦虑相关联的微小神经元簇位于脑干深处。这个小神经元簇,在呼吸起搏器区域,后者由该研究组合作者,加州大学洛杉矶分校神经生物学教授Jack Feldman博士于1991年在小鼠中发现。后来,在人类中也发现了类似的结构。

Krasnow说:“在某些方面,呼吸起搏器可能比心脏起搏器更复杂。与仅仅具有快-慢变化的心脏不同,呼吸的类型有许多种:正常,兴奋,叹气,打呵欠,喘气,睡眠,大笑,抽泣……我们想知道呼吸控制中心内不同亚型的神经元中心是否可能负责产生这些不同类型的呼吸。”

根据这个猜想,Yackle通过公共数据库搜索收集了一系列在小鼠脑干中激活的基因。呼吸控制中心——呼吸起搏器(preBötC)正是位于脑干内。

他确定了许多这样的基因,研究人员通过基因的激活特征将这些交织在preBötC内的神经元分为60多个独立的神经元亚型。科学家们得以系统评估每个神经元亚群在实验小鼠中的作用。根据独特的基因激活特征,研究人员能够特异性地破坏某一种神经元亚型。并观察这种特定亚型的损伤如何影响动物的呼吸。在2016年与Feldman的合作中,他们成功地分离了preBötC中控制叹息的神经元亚群。敲除这些神经元能够消除叹气,但其他呼吸模式不会受影响。这一发现于2016年发表在Nature上。

Krasnow和Yackle随后开始探索preBötC另一个神经元亚群(约175个神经元)的呼吸作用,其特征在于它们共同表达Cdh9和Dbx1这两个遗传标记。利用基因工程,研究人员让小鼠神经元携带或敲除这些基因。

研究人员发现,小鼠的Cdh9 / Dbx1神经元被消除后,它们会变得非常平静。 通常情况下,如果将小鼠放在一个新环境中,它们会出现嗅闻和探索行为,但是这些小鼠只是悠闲地为自己梳理毛发。


平静下来的小鼠

进一步的分析显示,虽然这些小鼠仍然具有从叹息到用力呼吸的一系列呼吸类型,但是这些呼吸类型的比重发生了变化。较快的“积极”和更快的“嗅闻”式呼吸更少,与冷静相关的缓慢式呼吸增多。

研究人员猜测,这些神经元不是调节呼吸,而是监测呼吸,并将信号发送给脑干中的另一个结构——蓝斑核,其功能与应激反应有关,参与唤醒与警戒,如果过度激活,将会触发焦虑和痛苦。此外,蓝斑核中的神经元表现出与呼吸相关的节律行为。在一系列实验中,斯坦福大学的研究人员证实,表达Cadh9和Dbx1的PreBötC神经元能够正调控蓝斑核中的去甲肾上腺素神经元。

Krasnow说:“如果你身体某些部位受损或加速呼吸,你需要马上知道。 这175个神经元,告诉大脑的其余部位发生了什么,这十分重要。”

Feldman说:“PreBötC似乎在呼吸对觉醒和情绪的影响中起着关键作用,正如在冥想中所看到的。我们希望了解这个核心功能可以为治疗压力,抑郁和其他消极情绪提供一些思路。”

参考资料:

Breathing control center neurons that promote arousal in mice

Brain study shows how slow breathing induces tranquility

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