2024 年 11 月 19 日

神経科学者が脳が不安時の呼吸を遅くする方法を発見

ソーク研究所の科学者らは、意識的に呼吸を遅くするのに使われる脳回路を特定し、これが不安や否定的な感情を軽減することを確認した。

ソークニュース


神経科学者が脳が不安時の呼吸を遅くする方法を発見

ソーク研究所の科学者らは、意識的に呼吸を遅くするのに使われる脳回路を特定し、これが不安や否定的な感情を軽減することを確認した。

ラホヤ—深く息を吸い、ゆっくり息を吐く…呼吸をゆっくりすることで自分を落ち着かせることができるというのは奇妙ではありませんか? 人間は昔からゆっくりとした呼吸法で感情をコントロールしてきましたし、ヨガやマインドフルネスなどの実践ではボックス呼吸法のような正式なテクニックも普及しました。しかし、脳が意識的に呼吸をコントロールする方法や、それが不安や感情状態に直接影響するかどうかについては、科学的にはほとんど解明されていません。

左からソン・ハンさんとチャン・ジノさん。
左からソン・ハンさんとチャン・ジノさん。
こちらをクリックしてください 高解像度画像の場合。
クレジット:Salk Institute

ソーク研究所の神経科学者たちは、今回初めて、自発的に呼吸を調節する特定の脳回路を特定した。研究者たちはマウスを使って、呼吸などの生命活動が制御される脳幹につながる前頭皮質の脳細胞群を特定した。彼らの研究結果は、脳のより高度な部分と脳幹下部の呼吸中枢とのこのつながりによって、私たちは現在の行動や感情状態に合わせて呼吸を調整できるということを示唆している。

に発表された調査結果、 ネイチャーニューロサイエンス 19 年 2024 月 XNUMX 日に発表される予定の論文では、過換気を予防し、不安、パニック、または心的外傷後ストレス障害を調節するための治療薬として標的となり得る、新たな一連の脳細胞と分子について説明します。

「体は自然に深呼吸で調整するので、呼吸を感情と一致させることは私たちにとってほぼ直感的に思えますが、これが脳内でどのように機能するかは実際にはわかりませんでした」と上級著者は述べています。 ソンハンソーク研究所の准教授兼パイオニア基金開発委員長である、ジョン・F・ケネディ博士は次のように述べている。「呼吸を遅くする特定の脳メカニズムを解明することで、ヨガやマインドフルネスなどの実践がネガティブな感情を和らげるという有益な効果について科学的な説明が可能になり、科学的な根拠がさらに深まるかもしれません。」

ネズミが空気を吸い込んで脳の形をした雲を作り、不安やパニックといった熱い感情を表す山火事に雨を降らせます。
ネズミが空気を吸い込んで脳の形をした雲を作り、不安やパニックといった熱い感情を表す山火事に雨を降らせます。
こちらをクリックしてください 高解像度画像の場合。
クレジット:Salk Institute

呼吸パターンと感情状態を解き明かすのは困難です。不安が増減すると、呼吸数も変化します。感情の調整と呼吸の間には明らかなつながりがあるように見えますが、これまでの研究では、脳幹の潜在意識の呼吸メカニズムしか徹底的に調査されていませんでした。また、新しい研究では意識的なトップダウンのメカニズムが説明され始めましたが、ソークチームがこのケースに取り組むまで、特定の脳回路は発見されていませんでした。

研究者たちは、複雑な思考や行動を司る脳の前頭皮質が、自動呼吸を制御する延髄と呼ばれる脳幹領域と何らかの形で通信していると推測した。これを検証するために、研究者たちはまず神経接続データベースを参照し、次にこれらの異なる脳領域間の接続を追跡する実験を行った。

これらの初期実験により、潜在的な新しい呼吸回路が明らかになりました。前帯状皮質と呼ばれる前頭領域のニューロンが橋の中間脳幹領域に接続され、そのすぐ下の延髄に接続されていました。

これらの脳領域の物理的なつながり以外にも、それらが互いに送るメッセージの種類を考慮することも重要でした。たとえば、延髄が活発になると呼吸が始まります。しかし、脳橋から伝わるメッセージは実際には延髄の活動を抑制し、呼吸速度を遅くします。ハン氏のチームは、特定の感情や行動が皮質ニューロンに脳橋を活性化させ、延髄の活動を低下させて呼吸速度を遅くする可能性があると仮説を立てました。

これを検証するために、研究者らはマウスの嗅ぎ、泳ぎ、水を飲むなどの呼吸を変える行動中、および恐怖や不安を誘発する状況下での脳の活動を記録しました。また、動物の呼吸と行動を測定しながら、光遺伝学と呼ばれる技術を使用して、さまざまな感情や行動の状況でこの脳回路の一部をオンまたはオフにしました。

研究結果により、皮質と橋のつながりが活性化されると、マウスは落ち着き、呼吸がゆっくりになるものの、不安を誘発する状況ではこのコミュニケーションが減少し、呼吸数が上昇することが確認された。さらに、研究者らがこの皮質-橋-延髄回路を人工的に活性化すると、動物の呼吸が遅くなり、不安の兆候が少なくなった。一方、研究者らがこの回路を遮断すると、呼吸数が上昇し、マウスの不安が増した。

マウス脳内のdACCニューロン(緑)。
マウス脳内のdACCニューロン(緑)。
こちらをクリックしてください 高解像度画像の場合。
クレジット:Salk Institute

全体として、この前帯状皮質-橋-延髄回路は、呼吸速度と行動および感情状態の自発的な調整をサポートしていました。

「私たちの研究結果から、これらのニューロンを活性化し、手動で呼吸を遅くしたり、パニック障害の過呼吸を防いだりする薬を開発できるのではないか、と考えさせられました」と、ハン研究室の上級研究員で、この研究の筆頭著者であるジノ・ジャン氏は言う。「私より3歳年下の妹は、長年パニック障害に悩まされてきました。妹は、私の研究上の疑問と、その答えを見つけ出すための私の献身に、今も刺激を与え続けています。」

研究者らは、この回路の分析を続け、薬物が命令に応じてこの回路を活性化し、呼吸を遅くできるかどうかを調べる予定だ。さらに、研究チームは、この回路の逆、つまり、感情とも関連していると思われる速い呼吸回路の発見にも取り組んでいる。研究チームは、この発見が、不安、ストレス、パニック障害を持つ人々にとって長期的な解決策となることを期待しており、彼らの発見と献身を刺激している。

「この研究結果を利用してヨガ用の薬を設計したい」とハン氏は言う。「馬鹿げた話に聞こえるかもしれないし、私たちの研究を市販可能な薬にするには何年もかかるだろうが、私たちは今、呼吸を瞬時に遅くし、平和で瞑想的な状態を誘導できる治療薬を作るための標的となり得る脳回路を手に入れたのだ。」

他の著者には、Shijia Liu、Seahyung Park、Salk の David O'Keefe などがいます。

この研究は、カブリ脳科学研究所(IRGS 2020-1710)の支援を受けて行われました。

DOI: 10.1038 / s41593-024-01799-w

出版情報

ジャーナル

ネイチャーニューロサイエンス

TITLE

ネガティブな感情を和らげるトップダウンのゆっくりとした呼吸回路

作者

チャン・ジンホ、パク・セヒョン、リウ・シージア、デビッド・D・オキーフ、ソン・ハン

研究分野

詳細については

通信局
電話:(858)453-4100
press@salk.edu

ソーク生物学研究所:

生命そのものの秘密を解き明かすことが、ソーク研究所の原動力です。 受賞歴のある世界クラスの科学者からなる当社のチームは、神経科学、がん研究、老化、免疫生物学、植物生物学、計算生物学などの分野で知識の限界を押し広げています。 最初の安全で効果的なポリオ ワクチンの開発者であるジョナス ソークによって設立されたこの研究所は、独立した非営利研究組織であり、建築上のランドマークでもあります。選択により小規模で、本質的に親密で、どんな困難にも恐れることはありません。