人类前脑神经在清醒、睡眠以及外部机械通气状态下的同步性与呼吸节律的同步现象

《Nature Communications》：Human forebrain neural synchronization and entrainment to breathing during wakefulness, sleep, and external mechanical ventilation

　　

摘要

前脑追踪和整合呼吸信号的能力（这一过程被称为呼吸内感受）对于检测呼吸威胁和确保生存至关重要，但其神经机制仍大部分未知。通过人类颅内记录，我们发现前脑神经振荡与呼吸节律在清醒状态、睡眠状态以及外部机械通气过程中存在广泛的同步现象。在清醒状态下，岛叶、体感皮层、前扣带回皮层和杏仁核等已知的内感受区域与呼吸活动表现出强烈的同步性，这突显了它们在呼吸内感受中的关键作用。在睡眠状态下，前脑与呼吸的同步性减弱，但杏仁核和海马体的同步性仍然存在，这可能有助于维持警觉性和记忆巩固。与啮齿动物不同，这种同步并不依赖于鼻腔气流，表明呼吸内感受涉及多条传入通路，并可能反映了人类特有的进化变化。当呼吸由外部机械通气装置驱动时，人为设定的呼吸节律会直接影响前脑活动，说明两者之间存在因果关系。值得注意的是，由通气装置引起的缓慢深呼吸能够引发更多前脑区域的同步，这提示基于呼吸的训练方式可能影响情绪和认知功能。综上所述，这些发现将呼吸内感受重新定义为前脑中普遍存在的一种调控机制，对理解呼吸意识障碍、情绪调节及认知健康具有重要意义。