呼吸可以显着调节整个大脑的神经反应

概括： 该研究揭示了动物模型中呼吸与神经活动变化之间可能存在的联系。

资源： 宾夕法尼亚州

心理健康从业者和冥想大师长期以来一直认为有意识的呼吸能够带来内心的平静，但科学家们并不完全了解大脑是如何参与这个过程的。

使用功能磁共振成像 (fMRI) 和电生理学，宾夕法尼亚州立大学工程学院的研究人员已经确定了呼吸与小鼠神经活动变化之间可能存在的联系。

他们的研究结果在发表于 埃莱夫. 研究人员同时使用多模式技术来消除通常与大脑成像相关的噪音，并定位调节神经活动的呼吸。

宾夕法尼亚州立大学心理健康研究神经技术中心创始主任、生物医学工程教授张南银说。

成像研究人员过去在 fMRI 中将呼吸视为非神经生理学动作，例如心跳或身体运动。 我们的论文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 信号。”

通过使用 fMRI 扫描处于麻醉状态的啮齿动物的脑电波，研究人员揭示了一个与呼吸有关的大脑区域网络。

“呼吸是几乎所有活体动物的共同需求，”张说。 我们知道呼吸是由脑干中的一个区域控制的。 但我们并没有完整了解大脑的其他区域是如何受到呼吸影响的。”

除了功能性磁共振成像，研究人员还使用神经电生理学来测量神经系统中的电和信号特性，将呼吸与扣带皮层的神经活动联系起来——扣带皮层是大脑半球中心与情绪反应和调节相关的大脑区域.

同时使用 fMRI 和电生理学使研究人员能够在数据收集过程中引发相关非神经元 fMRI 信号的变化，例如二氧化碳的运动和呼出。

张说，这些发现提供了对休息时神经活动和 fMRI 信号如何相关的见解，这可能会为未来的成像研究提供了解神经血管信号在休息时如何变化的信息。

“当动物呼吸时，我们测量了它们的大脑活动随呼吸节律而波动的程度，”张说。 “当这种方法扩展到人类时，它可以自动洞察如何控制冥想练习中常见的呼吸，这可能有助于减轻压力和焦虑。”

Chang说，扣带皮层的神经活动与呼吸节律之间的关联可能表明呼吸节律可能会影响情绪状态。

“当我们焦虑时，我们的呼吸经常加快，”张说。 “作为回应，我们有时会深呼吸。或者当我们集中注意力时，我们倾向于屏住呼吸。这些迹象表明呼吸会影响大脑功能。呼吸可以让我们控制自己的情绪，例如，当我们需要改变大脑功能时. 我们的发现支持这个想法。”

Chang表示，未来的研究可能集中在观察人类的大脑，同时他们进行冥想以分析缓慢、有意识的呼吸和神经活动之间的直接关系。

“我们对大脑中发生的事情的理解仍然很肤浅，”张说。 “如果研究人员使用相同的技术在人类身上复制这项研究，他们或许能够解释冥想如何调节大脑中的神经活动。”

关于这个神经科学研究新闻

作者： 玛丽亚·丘布林斯基
资源： 宾夕法尼亚州
接触： Maria Chubrinsky – 宾夕法尼亚
图片： 图片属于公共领域

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原搜索： 开放访问。
“与呼吸相关的 fMRI 网络的神经支架由文宇图等人撰写。 埃莱夫

概括

与呼吸相关的 fMRI 网络的神经支架

呼吸会导致运动和二氧化碳₂ 静息状态功能磁共振 (rsfMRI) 扫描期间的波动，这将导致 rsfMRI 信号中的非神经效应。 同时，作为一个重要的生理过程，呼吸可以直接改变大脑中的神经活动，从而可能调节 rsfMRI 信号。

然而，在呼吸与 fMRI 的关系中，这种潜在的神经成分在很大程度上尚未得到探索。 为了说明这个问题，我们在这里同时记录了小鼠的电生理、rsfMRI 和呼吸信号。

我们的数据表明，呼吸确实与神经活动的变化相关，慢呼吸差异与前扣带皮层中记录的电生理信号的伽马带强度之间的锁相关系证明了这一点。

有趣的是，缓慢呼吸的差异也与独特的 rsfMRI 网络有关，该网络由伽马带的神经活动介导。 此外，当大脑水平的神经活动在等电状态下被沉默时，与呼吸相关的大脑网络消失，而呼吸被保留，证实了神经活动在该网络中的必要作用。

总之，这项研究确定了一个由神经活动支持的与呼吸相关的大脑网络，它代表了 rsfMRI 呼吸关系的一个新组成部分，与呼吸 fMRI 相关的伪影不同。 它为研究健康和患病条件下呼吸、神经活动和静息状态大脑网络之间的相互作用开辟了一条新途径。