每一次呼吸都会让空气在肺部进出，但这只是吸气和呼气时所发生过程的一部分。每一次呼吸循环还会向脑部深处发送节律性的电信号，到达远超控制呼吸本身力学机制的脑干中心的结构。
该信号会触及负责记忆形成的海马体、负责准备自主运动的运动皮层，以及参与注意力和情绪处理的广泛皮层网络。受控呼吸的作用就像是一种低水平的生理输入，持续影响着高水平的认知和情感回路，塑造着记忆何时巩固、我们何时选择采取行动，以及我们的注意力感觉有多稳定。
理解呼吸的基本原理
呼吸始于膈肌的收缩，膈肌是位于肺部下方的穹顶状肌肉。当这块肌肉变平时，它会产生负压，将空气吸入气道，从而扩大胸腔。这个过程通常是反射性的，由脑干管理，以维持稳态需求，无需刻意努力。
除了基本生存之外，呼吸的力学机制可以通过刻意练习进行调整，从而将身体从自动运行状态转变为主动调节状态。通过调节吸气和呼气的速度和深度，人们可以影响身体状态。这种控制是改变内部状态神经科学的实用门户，在物理吸气行为与管理心理清晰度的认知过程之间架起了一座桥梁。
现代大脑健康研究强调，我们的呼吸方式影响的不仅仅是简单的气流。它决定了胸部和心脏的节律，进而向大脑发出信号，调整其对内部或外部环境的导向。因此，培养刻意关注的状态意味着我们学可以利用这些机械工具来引导神经系统走向更加平衡的正念状态。
自主神经系统的作用
自主神经系统是身体功能的主要调节引擎，管理着有意识感知之下的过程。它维持多个器官的稳态，确保心率、消化和呼吸频率适应环境需求。
它并不是一个单一的实体，而是依赖于两个互补的系统，这些系统决定了身体是在动员行动还是在为恢复储备资源。
交感神经系统与副交感神经系统
交感神经系统经常驱动身体对感知到的挑战做出反应，在高度兴奋的情况下起到油门的作用。当其被激活时，它会引导血液流向四肢，提高心率，这对于克服短暂的障碍可能是必要的，但如果持续时间过长则可能有害。
相比之下，副交感神经系统的功能就像刹车，促进休息、消化和恢复。这个分支支持在经历劳累后恢复到基线，减缓心律并向身体发出信号，让其专注于细胞修复。
平衡这两条通路可以更好地管理日常能量消耗，通过有意的生理调节来降低交感神经系统的刺激。
呼吸如何直接影响自主神经系统
呼吸系统与大脑区域之间的连接主要由空气通过气道移动的速度介导。
快速、浅慢呼吸通常会向自主神经系统发出信号以提高交感神经活动，从而强化警觉状态。相反，较慢、受控的呼吸循环有助于减弱这种信号，促进向副交感神经主导的转变。
迷走神经：大脑与身体之间的超级高速公路
迷走神经是将感官信息从身体传回大脑的主要通道，促进持续的反馈回路。
当进行缓慢、深沉的腹式呼吸时，机械运动会触发迷走神经向大脑发出减慢心率的信号。这创造了一个生理环境，使平静成为对感官输入默认的反应。
生理指标 | 活动影响 | 产生的大脑状态 |
|---|---|---|
心率 | 通过迷走神经刺激降低 | 副交感神经张力增加 |
血氧饱和度 | 平衡交换得到改善 | 增强专注力和稳定性 |
神经冲动 | 频率降低 | 压力激素水平降低 |
大脑对不同呼吸模式的反应
大脑将呼吸模式解释为身体安全状态的简写，从而调整其电活动以匹配呼吸的节奏。
研究一致指出，吸气的时间与情绪处理等相关大脑区域的脑电波频率调制之间存在联系。通过改变呼吸的节奏，人们实质上改变了当前环境的神经叙事。
内部呼吸起搏器如何在睡眠期间协调记忆回路？
在安静的休息中，大脑远非闲置。在清醒阶段形成的记忆痕迹会得到重放和巩固，研究人员称这一过程为系统记忆巩固。
在一项由 Karalis 等人于 2022 年进行的研究中，通过利用小鼠皮层及皮层下区域的大规模记录，发现这种离线巩固过程是由呼吸本身确定时间的。
该机制通过研究人员所谓的“呼吸后发放（corollary discharge）”发挥作用。这个术语描述了驱动呼吸的运动指令的内部副本，这种信号会被广播到脑区，远远超出了实际负责移动膈肌的肌肉和脑干回路。
在小鼠的记录中，这种发放将对记忆至关重要的两个事件耦合在一起：海马体锐波-涟漪（sharp-wave ripples）和皮层下行/上行（DOWN/UP）状态转变。
锐波-涟漪是与重放最近学习到的信息相关的海马活动的短暂爆发。下行/上行状态转变是安静和活跃阶段之间皮层活动的转变，它们标志着可以传递和存储记忆相关信息的精准窗口。
当呼吸耦合这两个事件时，它的作用就像研究中所描述的“振荡脚手架（oscillatory scaffold）”，这是一种让遥远的边缘和皮层回路同步其活动的定时结构。
实际的意义在于，呼吸发挥着常年内部时钟的作用。它不仅在睡眠期间维持着身体的生命，它似乎还组织了大脑整合和归档新信息的精确时间窗口。
值得注意的是，这一发现并不能证明呼吸更快或更慢可以改善记忆，仅表明在这一动物模型的离线状态下，呼吸节律与记忆相关的神经事件是耦合的。
呼吸循环是否会影响我们何时选择运动？
如果呼吸在休息时塑造了记忆定时，那么另一个问题是，它是否也在清醒时塑造了自主行为。由 Park 等人进行的一项研究直接探讨了这个问题，研究人员在测量人类参与者的呼吸和大脑活动时，要求他们做出自主发起的动作。
结果表明，参与者在呼气期间比吸气期间更频繁地自发发起自愿行动。这是值得注意的，因为呼吸在很大程度上是一种无意识的、循环的运动行为，但它似乎偏向于意识和意愿行为的时刻。
该研究还检查了准备电位，即在自主发起动作前大约一秒，脑运动皮层中电活动的缓慢积累。数十年来，研究人员一直在争论这一信号实际代表什么。在这项研究中，准备电位的幅度取决于参与者当时处于呼吸循环的哪一个相位。
至关重要的是，当动作由外部触发时，这种耦合完全消失，这意味着当参与者对提示做出反应而不是选择何时移动时，呼吸与行动的联系就消失了。这表明这种联系是特异于自主行动内部产生的一面，而不单单是普遍的运动。
研究人员得出结论，准备电位可能部分反映了由呼吸循环本身驱动的进行中神经活动的波动，而不是有意识意图的纯粹标志。通俗地说，像呼气这样基本的动作似乎为发起自愿运动创造了一个稍微更有利的内部窗口。
呼吸如何在大脑的静息振荡中留下其印记？
大脑活动通常用振荡来描述，即分为不同频段（如 delta、theta、alpha 和 gamma）的电性节律模式。这些频段与不同的认知状态相关联，从深度睡眠到高度专注。
一项 2021 年的研究使用脑磁图（一种测量由神经活动产生的微小磁场的扫描方法）探究了即使在没有任务、没有刻意呼吸控制的安静休息状态下，呼吸是否也能调节这些振荡。
答案是肯定的，而且效果很广泛。
研究人员利用相位-振幅耦合技术（测量快速振荡的强度如何与慢速节律步调一致地升高和降低），确定了在整个测量范围内（从 2 Hz 的 delta 活动到 150 Hz 的 gamma 活动）受呼吸调节的大脑振荡。
这些调节不仅限于一两个脑区。它们出现在广泛的皮质和皮质下区域网络中，每个脑区都显示出其自身的、其振荡跟踪呼吸的时间和强度的独特模式。
重要的是，在地理分布上有一个突出的细节，delta 和 gamma 频段的调节强度取决于与头部中心的距离，远端皮层与呼吸的耦合比中心区域强。
研究人员将其描述为该现象的首次全面的全脑定位，并将呼吸-大脑耦合设定为塑造静息态网络和专用呼吸控制回路内神经处理的基本机制。
得出的结论是，即使一个人除了静坐之外什么都不做，呼吸也会在大脑节律上留下持续、可测量的印记。
节律呼吸与仅仅注意到你的呼吸会激活不同的大脑网络吗？
上述研究确定了呼吸能被动地携带大脑活动。另一个问题是，对呼吸的认知参与（无论是控制它还是关注它）是否会改变这种携带方式的作用机制。
一项研究通过使用颅内脑电图回答了这一问题。这是一种在人类患者的大脑组织中或大脑组织上直接安装电极的方法，它提供了头皮记录技术所无法企及的解剖精度。
研究人员将这一直接神经信号与呼吸周期进行关联，并确认了这一耦合反映了真正的神经元活动，这通过其对皮层灰质的特异性，以及呼吸可追踪 gamma 频段包络线这一事实得到了证明。gamma 频段是一种与局部神经元放电紧密相关的生物标记物，而不是被动的电噪声。该信号在广泛的皮层和边缘结构网络中追踪呼吸。
然而，更引人注目的发现涉及认知干预。当参与者故意控制自己的呼吸节奏时，记录的大脑信号与呼吸之间的相干性特异性地在额颞叶-脑岛网络（涵盖皮层的前和侧部分以及与身体感觉密切相关的脑岛的一组区域）中增加。
相反，当参与者仅仅将注意力集中在他们自动、不受控制的呼吸上时，其他一组区域的相干性就会增加：前扣带回皮层、前运动皮层、脑岛皮层和海马体。前扣带回经常与监控内部状态和冲突检测相关联，而海马体的参与则将这种注意力模式连接回了记忆回路。
控制招募网络与注意力招募另一网络的这种双重分离表明，呼吸可以扮演研究人员所称的大脑各区域神经元振荡的“组织层级原则”。
这意味着呼吸不是在整个大脑中一致传播的固定信号。无论您是引导呼吸还是仅仅观察呼吸，认知框架都会改变与呼吸同步的回路。
这与根植于正念和认知行为学的方法直接相关，该研究在设计任务时明确利用了这两点。
呼吸任务 | 被招募的脑区 |
|---|---|
节律呼吸 | 额颞叶-脑岛网络 |
专注呼吸 | 前扣带回、前运动区、脑岛、海马体 |
呼吸练习期间神经递质和荷尔蒙的变化
大脑的化学环境会随着呼吸的持续变化而同步改变。当身体进入放松状态时，血液和脑脊液的化学成分会发生转变，表明应激源的水平降低。
这促成了一系列神经化学变化，不仅能带来暂时的放松，还支持情绪的稳定。
皮质醇、血清素和多巴胺：什么发生了改变？
高水平的皮质醇等压力荷尔蒙通常与反映焦虑的浅快、不规则的呼吸模式相关联。
转而进行深呼吸练习有助于减少这些压力指标，并促进不同的化学环境。通过向身体发送冷静的信号，大脑可以经历一种可能影响多巴胺和血清素等神经递质可用性的转变，这些递质在情绪调节和记忆力方面起着关键作用。
呼吸法背后的科学：呼吸练习如何训练大脑
科学家们研究了节律呼吸如何影响神经通路，发现随着时间的推移，人们可以建立更好的自我调节技能。这意味着大脑可以像肌肉一样运作，通过可控的呼吸技术来帮助完善用来应对压力的通路。
高绩效者应该了解的呼吸法益处
高绩效者经常依靠这些练习在压力下保持表现稳定，他们认识到，调节生理状态的能力至关重要。因为神经连接具有可塑性，在要求很高的任务中调整呼吸可以教会大脑避免因过度兴奋造成的缺陷，比如碎片化的思考和决策受损。
通过掌握这种节奏，人们往往可以保持使用本来在重重挑战下可能会受损的执行功能，这让他们即使在面临巨大逆境时，也能发挥出巅峰状态。
基于科学的高绩效者呼吸法益处
对神经技术应用的现代理解表明，训练大脑对呼吸线索做出反应可以提高认知耐力，从而使人们能够维持更长时间的高水平心智表现。
我们不只是生物学的被动接受者，而是主动成为了自身认知过程的参与者，技巧性地引导神经吞吐量来精准匹配目标和任务的需求。这种基于证据的方法消除了通常与心理耐力相关的模糊性，提供了清晰、可操作的途径来维持专注力和注意力，同时不屈服于倦怠，从而提高了整体生产力和福祉。
训练呼吸能稳定注意力吗？
上述颅内研究结果表明，注意力会改变大脑与呼吸的结合。一项更广泛的综述综合了现有的证据，探究反向逻辑是否也成立。呼吸的状态本身会影响注意力吗？
该综述得出结论，呼吸和注意力表现为协同动力系统，这意味着两者的稳定性在持续层面上会相互影响。
当呼吸变得无规律时，注意力往往会波动。当呼吸稳定时，注意力也往往会稳定。
这种双向关系被定性为扩展到更广泛的意识领域，因为该综述将呼吸、注意力和意识描述成通过耦合函数和动态交互作用而非单向因果关系来表征的系统。
该综述还报告说，控制呼吸的练习与注意力表现的即时和长期改善都有关联，这一效果归因于根据练习的类型募集放松或兴奋通路。它强调了一个名为“元认知训练”的概念，即一个人有意识地将注意力与呼吸同步，该综述将其描述为加强两个系统之间的耦合，而不是孤立地对其中任何一个系统进行操作。
对用于脑功能提升的冥想技术和结构化的冥想练习的兴趣正源于这种耦合，因为许多冥想传统恰恰集中于这种有意识的呼吸-注意力结合。
该综述还指出，虚拟现实呼吸训练可以微调内部注意力（指指向自身身体和精神状态的认知）和外部注意力（指向周围环境的认知）。
有益于健康大脑的呼吸练习
仅通过鼻腔呼吸引荐为鼓励更深、更有规律的循环的基本练习，它可以减缓心率并辅助自主神经系统。专注于延长呼气，通常能够促进神经系统内部自然恢复环境的发展。
许多人会在一天中利用短暂的定时增量来重置大脑的专注，取得了不错的成效。例如，在要求很高的任务前，抽出五分钟进行平衡呼吸，有助于建立稳定的神经基线。
这种预防性方法可在压力积累并失控之前将其影响最小化，从而确保大脑保持在一片清晰而非被动应激的状态下运作。
总结
呼吸练习与大脑背后的科学表明，呼吸是调节神经系统和认知的一种便捷工具。通过将有意图的呼吸融入日常练习中，人们可以培养长期稳定性，并提高在应对复杂挑战时保持更清晰、更具韧性的专注的能力，最终将促进情绪调节并提升其与周围世界进行正念互动的能力。
对呼吸的这种深思熟虑的控制可以带来很多益处，影响着从减轻压力到增强认知表现再到更深层的福祉等方方面面。呼吸与大脑功能之间的深切联系提供了一条随时可得的途径，可以培养内心的平静，锐化精神敏锐度，这能帮助人们更从容、更有效地应对生活的各种需求。
参考文献
Karalis, N., & Sirota, A. (2022). Breathing coordinates cortico-hippocampal dynamics in mice during offline states. Nature communications, 13(1), 467. https://doi.org/10.1038/s41467-022-28090-5
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常见问题解答
呼吸如何影响心率变异性？
心率变异性反映了自主神经系统的平衡，慢呼吸会通过刺激迷走神经来增加这种变异性，这可以有效地降低心率。
呼吸练习可以减轻慢性压力的症状吗？
是的，有意识的呼吸通过使身体从交感神经主导状态转变为副交感、恢复状态，从而有助于减轻慢性压力对生理方面带来的负面冲击。
用鼻子呼吸好还是用嘴巴呼吸好？
通常更推荐鼻呼吸，因为它有助于过滤空气、调节气压，并自然能促成更缓慢、更深沉的呼吸，从而更有效地激活副交感神经通路。
呼吸如何影响睡眠期间的记忆？
大脑呼吸指令的副本（称为呼吸后发放）起到了同步协调与记忆有关的大脑活动的时钟信号的作用。它将海马体中的锐波-涟漪与大脑皮层状态转换耦合起来，为记忆痕迹在休息期间被重放和加强创造了合适的时间窗口。
呼吸相位是否会影响我们选择何时采取行动？
人们在呼气时比在吸气时更容易主动发起自主运动。大脑运动前期的准备电位也随着呼吸周期的相位而发生变化，且对于反应性的动作，此关联网络便不再出现，这意味着呼气可以为开始自主动作提供略微更有利的内部状态。
即使不刻意去控制呼吸，呼吸也会改变大脑节律吗？
是的，即使在安静休息时，自发的呼吸也能调节范围广泛的皮层下和皮层区域的大脑振荡（从较慢的 delta 到快速的 gamma 脑电波）。这种调节不能用单一的模式来定性，而是因大脑区域而异，这说明呼吸会不断塑造大脑在静息时的电活动。
节律呼吸和仅仅观察呼吸会招募相同的大脑网络吗？
不会，自主控制呼吸节奏会显著增加额颞叶-脑岛网络内的相干性，而关注自主呼吸则调动了前扣带回、前运动皮层、脑岛皮层和海马体。这表明不同的认知框架能改变不同脑神经回路与呼吸节律的同步机制。
呼吸训练能帮助保持专注力吗？
是的，呼吸和注意力表现为协同系统，当呼吸变得不规律时注意力往往会分散，而使呼吸平稳有助于平稳专注力。通过有意识地使注意力与呼吸保持一致的练习通常具有加强两个系统之间的这种双向调和，改善注意力表现的作用。
呼吸对大脑的影响仅局限于脑干中控制中心吗？
不局限于，呼吸还塑造着高层级神经网络（包括记忆系统、运动计划脑区及注意力网络）中的脑电活动，效果显著且十分广泛，代表着呼吸是一种能在广泛意义上引导深度认知的连续动力源泉。
Emotiv 是一家神经技术领域的领导者，致力于通过易于获取的 EEG 和脑数据工具推动神经科学研究发展。
克里斯蒂安·布尔戈斯
