eLife：呼吸可能对大脑的神经活动有可测量的调节作用？-杭州脑海科技有限公司

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心理健康从业者长期以来一直认为有意识的呼吸能够引发内心的平静，但科学家们尚未完全理解大脑在这个过程中的作用。功能性磁共振成像（fMRI）是一种无创成像技术，可以让研究人员实时检查大脑活动。研究人员曾经认为，呼吸在功能性磁共振成像中是一种非神经生理的伪影，就像心跳或身体运动一样。

近期，宾夕法尼亚州立大学的Nanyin Zhang教授及其研究团队在eLife（IF=8.713）上发表了题为“Neural underpinning of a respiration-associated resting- state fMRI network”的文章，研究人员通过使用功能性磁共振成像（fMRI）和电生理学以及同时进行的多模态技术，在大鼠身上发现了呼吸与神经活动变化之间的潜在联系，消除通常与大脑成像相关的噪声，并准确找到呼吸调节神经活动的位置。该研究提出了呼吸具有神经成分的观点：它通过调节神经活动来影响fMRI的信号。

通过使用 fMRI 扫描处于麻醉状态下的静息状态的大鼠的脑电波，研究人员发现了一个与呼吸有关的大脑区域网络。研究发现，呼吸是几乎所有生物共有的需求，而呼吸受脑干中的一个区域控制。但研究人员还没有完整了解大脑其他区域如何受到呼吸的影响。

研究人员同时使用神经电生理学和功能性磁共振成像，该技术测量神经系统中的电特性和信号，将呼吸与扣带皮质中的神经活动联系起来。扣带皮质是大脑半球中心与情感反应和调节相关的区域。同时使用 fMRI 和电生理学使研究人员在数据收集过程中分离出与非神经相关的 fMRI 信号变化，如运动和二氧化碳呼气。而这些发现有助于了解神经活动和 fMRI 信号在静息状态下的联系，这可能为未来研究如何在休息时改变神经血管信号提供信息。

大鼠功能磁共振成像、电生理和呼吸信号的同步记录

在该研究中，当动物呼吸时，研究人员测量了它们的大脑活动如何随着呼吸节奏波动。当这种方法应用于人类时，它可以为研究人员提供关于如何通过控制呼吸来减轻压力和焦虑的机制性见解。扣带皮质中神经活动与呼吸节奏之间的相关性可能表明呼吸节奏可能影响情绪状态。

呼吸缓慢的变化与静息态功能磁共振(rsfMRI)信号的相关性

等电位状态下呼吸-静息-睡眠状态的关系

当人们处于焦虑状态时，呼吸通常会加速。作为回应，有时会深呼吸。或者当人们专注时，通常倾向于屏住呼吸。这些都是呼吸可以影响我们大脑功能的迹象。呼吸使人们能够在需要时控制情绪,而该研究的结果正支持这个观点。

未来的研究可能会在冥想过程中观察人类受试者的大脑，以分析缓慢、有意识的呼吸与神经活动之间更直接的联系。目前人们对大脑发生的事情的了解还很肤浅，如果研究人员使用相同的技术复制这项研究，并在人类身上进行研究，他们可能就能解释冥想如何调节大脑中的神经活动。

通讯作者

Nanyin Zhang

参考文献

Tu, W., & Zhang, N. (2022). Neural underpinning of a respiration-associated resting-state fMRI network.eLife, 11, e81555. https://doi.org/10.7554/eLife.81555

资讯来源

https://medicalxpress.com/news/2022-11-modulate-neural-responses-brain.html

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