胡半容（Brice Hu） 加拿大多伦多大学细胞生物系
摘要 呼吸使人放松到现在为止，依然是一个“因为管用所以一直在用”的经验疗法。
关键词 深呼吸 左右 慢速 疗法
慢速深呼吸能使我们平复下来，临床上甚至能有效缓解惊恐发作的症状，但是呼吸使人放松到现在为止，依然是一个“因为管用所以一直在用”的经验疗法。我们早已知晓可以使用意识控制呼吸的快慢强弱，但鲜少能够使用生理学和神经学的基础证明这慢速的深呼吸真正能够影响到高等级的脑区控制。
2017年，一篇斯坦福大学霍华德-休斯医学研究所（HHMI）的Science期刊论文指出，脑干中的
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的一部分神经细胞可以影响到小鼠的平静状态，并将此进而传达到更高级的脑区，影响小鼠的认知与行为(Yackle et al., 2017)。
Fig 1:解剖图
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Caption：大脑矢状面动画解剖图，延髓在脑干的最尾端链接脊髓，其内包含呼吸“节拍器”
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，（图片源自：维基百科）
pBC 是一个数千细胞的精细脑区，是呼吸节奏发源的地方，在脑干（brainstem）的延髓（medullary oblongata）的腹向呼吸神经组之中（Ventral Respiratory Group, VRG）。腹向这个词与背向相反，用于指出这部分神经组织在延髓中的相对位置。延髓是脑干最后一部分，也就是我们一般所谓的大脑和脊髓连接的位置。
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的名称源于其与该神经组里的另一块更早发现的区域Botzinger complex的相对位置，而
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则是一个德国酒庄的名字，几位发现这块脑区的先行者（UCLA的Jack Feldman教授）于1978年使用学术会议桌上白葡萄酒的名字命名了此处。如果有酒庄想要获得这样一个名扬世界的广告，多送点儿酒给各大高校未尝不是个坏选择，因为B?tzinger的名字已经被写在了全世界的每一本生理教科书上。
Fig 2: screenshot of https://der-boetzinger.de/
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Caption:
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（图片源自：酒庄官网）
远在古罗马的盖伦时期，呼吸中枢的存在便被提及，其准确地认知到呼吸的运动与心脏的不同，它是由某处脖子以上的存在控制着的，因此，很难说这是否进而成为了斩首这种致死行为的理论基础。直到18世纪中叶，呼吸中枢进而被认定为其存在于脑干之中。直到20世纪末，随着逐渐精细的大脑切片和神经科学技术的发展，让我们认定这小小的pBC区域便是动物呼吸的“心脏起搏器”，它源源不断地发出使腹腔吸气的指令，成为了呼吸节奏的发源点(Johnson et al., 2001; Koshiya & Smith, 1999)。
pBC里面富含多种不同的神经细胞，一般由不同的基因表达进行分类，表达着不同的基因就代表着他们可能拥有不同的受体接收不同的信号，不同的发信方式产出不同的神经递质等。UCLA 的Cui, Yan 便在2016年的一篇论文中指出拥有Dbx1基因表达的细胞拥有可能是pBC中真正进行呼吸节奏制造的细胞，因为他们是被发现于每次吸气中相对最早活跃的神经组中(Cui et al., 2016)。也就是说，在pBC这个节拍器每次叮叮响之前，Dbx1+的细胞会先“咔嚓”一声。在此之上，我们开篇提到的HHMI的研究中，在同时表达Cdh9基因和Dbx1基因的大约175个小鼠脑细胞被发现极有可能正向控制蓝斑核（locus coeruleus）区域中的去甲肾上腺素合成细胞，该区域对整个大脑的清醒与关注有很大影响(Yackle et al., 2017)。
研究者们选择了精准击杀pBC中这些同时表达Cdh9和Dbx1的大约175个神经细胞，来观察失去这些细胞会发生什么？而一种叫DT（human diphtheria toxin）的毒素可以成功做到。在DT注射之后，这种毒素会去寻找既有DTR 这种受体基因（DT Receptor），也有Cre基因的细胞并准确刺杀。研究员将Cdh9和Dbx1两种基因分别和DTR（DT受体）以及Cre进行结合，确保有Cdh9的必有DTR，有Dbx1的必有cre。这样在DT注射后，只有这数百个细胞被杀死，且极其精准。
Fig 3：对比图
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Caption（左图）：DT注入前使用荧光绿观测pBC中的DTR+cre，也就是Cdh9+/Dbx1+ 细胞。（右图）：DT注入后，无法在观测到DTR+cre的组合。来源：Fig. 1M-N (Yackle et al., 2017)
当这些细胞被精准杀死后，研究员们便开始观测这些小鼠受到注射前和受到注射后的区别来观测这些被杀掉的细胞的功能。小鼠被放到了新的笼子中，一般来讲，他们会花数个小时的时间来四处探索确认气味，我们可以简单理解为他们由于无法控制自己的鼠身自由而感到焦虑。研究员们发现小鼠的平均每分钟的呼吸次数减少，并且变的更为“废柴”了，和正常的行为相比显著地减少了活动的时长，并增加了平和的行为：坐在一个应当感到焦虑的地方发呆甚至开始睡大觉（脑电波发现了老鼠的“偷懒”）(Yackle et al., 2017)。人脑是由大量神经元各司其职的复杂系统，研究员们推论这些被清除的呼吸神经元应当拥有让在焦虑环境中使老鼠更加激动的功能，所以，当他们被精准击杀掉之后，焦虑环境对小鼠的影响减少了。当这些呼吸神经元被清除，新环境无法再刺激他们，鼠唯不争，天下莫之与争，倒是增加了些许逆来顺受、随遇而安的气质。
Yackle及他的同伴们并不满足于证明这些细胞的功能，他们想要证明这个源于呼吸中枢pBC的信息会传递到那个上文所提到的大几率分管的激动，以及集中注意力的脑区蓝斑核（LC）。蓝斑核的功能与压力有关，并能激活几乎整个大脑皮质、小脑、脊髓来提高交感神经活动，而抑郁和焦虑也被认为和蓝斑核的功能异常有关。一言以蔽之，那就是说LC在压力下会让我们更加清醒更加激动。他们再次使用了精准击杀的方式，但是这次选择了击杀全部将消息传递到LC的Cdh9神经。方法类似，还是使用Cdh9和DTR相关联，但是Cre这次是被一种逆向病毒携带着，在注射进某个脑区后并辐射到全部连接它的神经元。故此，在这个实验中，注射DT将会杀死所有连接到LC的Cdh9+神经元。
在表达Cdh9基因的神经元中，约有60%是同时表达Dbx1的，但是Dbx1的神经元非常多且功能复杂。在这里，由于我们的目标本应是观测pBC中Cdh9/Dbx1同时表达的细胞与LC的连接，击杀全部连接的Dbx1+亦或者全部Cdh9+都不是那么严谨，但是Cdh9+相对更好控制，于是DTR选择了关联相对好控制的Cdh9+。这种方式消灭的将是所有将信息传向LC的Cdh9+脑神经，而他们也获得了和依赖基因表达精准击杀细胞相似的结果，小鼠变得更加“废柴”了(Yackle et al., 2017)。从这个结果我们发现，Dbx1+/Cdh9+细胞 在功能上和与LC连接的Cdh9+细胞是一致的，于是，我们便可以推论pBC的 Dbx1+/Cdh9+细胞反应大几率直接传递到LC。呼吸频率的增加会依靠这些媒介与链接而被理解为“压力”，进而导致LC的反应提高使个体变得更加清醒，当我们击杀了pBC和LC之间的媒介细胞（pBC的Cdh9+/Dbx1+细胞）之后，焦虑环境造成的呼吸频率增加对蓝斑核的影响减弱，“压力反应”整体变低，造就出小鼠“无为”的气质。当我们遇到感到惊恐焦虑的时候，我们的呼吸会直接的受到大脑的影响试图渡过危机。但根据Yackle所获得的结果，我们可以推测这种呼吸的加速也会使大脑感到更加不安、焦虑、激动。在这个实验中我们可以看到，失去这种能力可能会有着非常严肃的后果，但是这种能力的反应过度也会使我们过于激动，更加难以平静地去对待事情。这个实验首次证明了呼吸可能可以影响到更加复杂的大脑区域，对我们来说，呼吸是可控的，所以依靠着控制呼吸，我们便有可能去控制焦虑，也有可能在不久的将来成为深呼吸缓解惊恐发作的神经生理的理论基础。
综上所述，希望大家切记：当我们处于焦虑和惊恐的时候，不妨尝试深呼吸这种方式，让我们的理性、理智来掌握自深的控制权！
References：
Cui, Y., Kam, K., Sherman, D., Janczewski, W. A., Zheng, Y., & Feldman, J. L. (2016). Defining preB?tzinger Complex Rhythm- and Pattern-Generating Neural Microcircuits In Vivo. Neuron, 91(3), 602–614. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2016.07.003
Johnson, S. M., Koshiya, N., & Smith, J. C. (2001). Isolation of the kernel for respiratory rhythm generation in a novel preparation: The pre-B?tzinger complex “island.” Journal of Neurophysiology, 85(4), 1772–1776. https://doi.org/10.1152/jn.2001.85.4.1772
Koshiya, N., & Smith, J. C. (1999). Neuronal pacemaker for breathing visualized in vitro. Nature, 400, 360–363. www.nature.com
Yackle, K., Schwarz, L. A., Kam, K., Sorokin, J. M., Huguenard, J. R., Feldman, J. L., Luo, L., & Krasnow, M. A. (2017). Breathing control center neurons that promote arousal in mice. Science, 355(6332), 1411–1415. https://doi.org/10.1126/science.aai7984