文/ @庚润

呼吸是我们维持生命所必需的,一般来说,我们不会注意到自己的呼吸,就像我们也不会注意自己的心跳一样。事实上,大脑的脑干中有专门调节人体心跳、呼吸、血压等基本生命活动的中枢。脑干中的呼吸中枢可以感知体内的氧气和二氧化碳含量,从而给肺发出指令,调节呼吸强度和呼吸频率。

图1. 脑干中的呼吸中枢(breathing control centers)

不过,我们也可以刻意的控制自己的呼吸频率,深呼吸就是一个很好的例子。相信每个人都有过紧张的经历,感觉像是心里揣了个小兔子,这时,耳边会有一个声音说:“深呼吸,别紧张,放轻松”,深呼吸几次后,好像确实不那么紧张了。除此之外,瑜伽也对呼吸的方式有一些要求,瑜伽老师会告诉你何时吸气,何时呼气,一节瑜伽课下来,感觉整个人轻松了不少。这样看来,呼吸可以对情绪起到一定的调节作用,但情绪的调节又与大脑的神经活动息息相关,那么,呼吸是如何调节情绪的呢?

为了探究这个问题,来自美国的科学家以小鼠为实验对象,发现了呼吸调节情绪的神经通路。

实验中,研究者首先建立了小鼠对声音的恐惧条件反射。足底电击对于小鼠来说是一个有害的刺激,所以如果受到了足底电击,小鼠就会表现出“定住不动(freezing)”的行为,我们把这种能够直接引发行为的刺激称为非条件刺激(unconditioned stimuli, US),类似的还有狗看到食物会流口水,这里食物也是非条件刺激。如果在电击小鼠之前,让它听到某种声音,重复几次后,小鼠仅听到声音后也会表现出freezing的行为,由于声音本身并不是一种有害刺激,而经过学习后小鼠建立了声音与电击之间的关系,我们把这种经过学习后引发行为的刺激(声音)称为条件刺激(conditioned stimuli, CS)。

了解了恐惧条件反射实验后,我们再来看看呼吸对小鼠freezing行为的影响。

在用鼻子呼吸时,气体会经过鼻腔进入肺部,大脑中的嗅球(olfactory bulb, OB)会感受到空气的刺激。

图2. 大脑中的嗅球(olfactory bulb, OB)

有趣的是,OB的放电频率和小鼠的呼吸频率有着很高的一致性。且在freezing和non-freezing的情况下,小鼠的呼吸频率有很大的差异。

图3. 呼吸频率和OB的局部场电位(local field potential, LFP)频率有很高的一致性

研究者又测量了加工条件恐惧行为的前边缘前额叶皮层(prelimbic prefrontal cortex, plPFC)的神经活动,发现plPFC和OB的神经活动在freezing状态下有非常高的相关性。

图4. OB和plPFC的神经活动在freezing状态下有很高的相关性

而如果堵住小鼠的鼻孔(occluded),让OB无法接收到空气刺激,OB和plPFC的神经活动相关性会大大降低,且小鼠freezing的时间会变长,这表明,OB的神经活动对恐惧情绪存在调节作用。

图5. 鼻孔打开(open)和鼻孔闭塞(occluded)情况下OB和plPFC神经活动的相关性

接下来,研究者又用神经环路追踪和光遗传学的方法找到了OB和plPFC以及脑干中呼吸中枢之间的神经环路。OB在接收到空气刺激后,会传递信息给位于嗅觉皮层的前嗅核(anterior
olfactory nucleus, AON)和taenia tecta(TT),AON和TT再把信息传递给位于额叶的plPFC,plPFC将信息传递给负责情绪加工的杏仁核(amygdala, AM)和周围灰质(periaqueductal gray),杏仁核也会传递信息给周围灰质,周围灰质再投射到位于脑干的呼吸中枢(respiratory centers)。

图6. 呼吸对情绪的调节神经通路

综上,该研究表明小鼠的呼吸频率与恐惧刺激后的应激反应相关,堵住小鼠鼻孔会延长应激反应的时间,这一过程基于小鼠嗅球对空气的感受。所以,当你紧张、焦虑、恐惧或者悲伤时,试着调整呼吸,也许真的会改善情绪呢。

参考文献:

Moberly A H, Schreck M, Bhattarai J P, et al. Olfactory inputs modulate respiration-related rhythmic activity in the prefrontal cortex and freezing behavior[J]. Nature Communications, 2018, 9(1): 1528.

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来源:知乎 www.zhihu.com

作者:庚润

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