你若能活到80岁，一辈子将进行多达10亿次呼吸，吸入和呼出的空气足以装满至少50艘大飞艇。人体每天做大约20000次呼吸，吸入氧气为自身细胞组织供能，并清除体内因代谢而积聚的二氧化碳。停止呼吸的人通常会在几分钟内死亡。
呼吸是无意识的，也被我们视作理所当然，但它的确称得上一个生理奇迹，可靠又灵活的那种。
当我们响应压力、受到激发、增加体力活动强度时，人体呼吸频率几乎可以立刻改变；呼吸甚至能与吃饭、说话、大笑和叹气等行为无缝协调，和谐得你都注意不到自己的呼吸是如何改变以适应其他行为的。
此外，呼吸也会影响心态，瑜伽等古老的冥想方法便是范例，通过控制呼吸练习达到松弛身心的效果。
近年来，研究人员开始揭示呼吸的一些潜在神经机制及其对身心的诸多影响。
1980年代后期，神经科学家发现脑干中的一个神经元网络，能设定呼吸节奏。此发现成为我们研究“大脑如何连接呼吸与行为”的重要基础。
与此同时，科学家不断发现证据表明呼吸可能大范围影响大脑活动（其中一些活动在情绪和认知方面起重要作用）。
加州大学洛杉矶分校的神经科学家杰克·费尔德曼（Jack L. Feldman）表示：“呼吸承担着很多工作。这非常复杂，因为我们会不断改变行为和新陈代谢，而且呼吸必须与其他全部行为相协调。”
费尔德曼与人合著的一篇关于呼吸与情绪相互作用的综述文章最近于《神经科学年鉴》（Annual Review of Neuroscience）发表。
每一次呼吸都是肺、肌肉、大脑的交响
每次吸气，肺部都会充满富含氧的空气，然后它们扩散至血液，再遍布全身。一对标准人类肺包含大约5亿个小囊泡，它们被称为肺泡，是肺部气体交换的主要部位，氧气从肺部弥散到血液的过程中，需经过肺泡壁，后者的总表面积可达70平方米。
费尔德曼指出：“哺乳动物的非凡之处在于，肺部拥有巨大表面积，而越大的表面积意味着每秒交换越多的气体。”
但肺是无法单独完成呼吸的，因为它们本质上只是麻袋。用费尔德曼的话说，“要完整发挥作用，必须得像鼓动风箱一样给肺部泵气”，也就是吸气。
每次吸气，胸腔底部的横膈肌收缩，向下移动约1.3厘米，与此同时，位于肋骨之间的肋间肌将胸腔向上和向外移动——这些过程能扩张肺部并吸入空气。
休息状态下，上述肌肉只在吸气时收缩。当肌肉放松且肺部放气时，呼气会被动发生。在运动过程中，不吸气时肌肉也会收缩以主动排气并加快呼吸。
呼吸需要横膈肌和肋间肌的协调运动。当这些肌肉收缩时，空气被吸入肺部，通过数以亿计微小肺泡所提供的表面，氧气扩散至血液，而代谢产生的二氧化碳则从血液向肺部输送。每次呼气时，横膈肌和肋间肌都会放松，肺部气体被迫排出
心脏的肌肉有起搏细胞，因而具备自律性，可自主设定节奏；相比之下，控制呼吸的肌肉接受来自大脑的指令。
鉴于这些指令之于生命的重要意义，人们为追踪它们而投入大量时间。
最早思考其源头的人之一是希腊医生盖伦（Galen），他发现角斗士脖子被折损到一定程度后，就无法正常呼吸了。后来的实验将目标指向脑干。
1930年代，英国生理学家埃德加·阿德里安（Edgar Adrian）发现，解剖后的金鱼脑干会继续产生有节奏的电活动，这似乎是呼吸的模式生成信号。
不过直到1980年代后期，脑干呼吸模式发生器的确切位置才显端倪。当时费尔德曼和同事将搜索范围缩小到啮齿动物脑干里约含3000个神经元的网络（人类脑干里的这个网络包含10000个神经元）。
该网络如今被称为“前包钦格复合体”（preB?tC），其中神经元的电活动呈节律性暴发，这些电活动通过中间神经元传递，指导控制呼吸的肌肉。
叹气节奏设定者
费尔德曼的大量工作都旨在准确了解preB?tC中的神经元如何产生呼吸节律，其中包括非常有意思的“叹气研究”。
通过长长的深呼吸，人类能够表达很多东西：悲伤、解脱、顺从、向往、疲惫……可叹气又并非人类的专属，所有哺乳动物都会。这可能是因为叹气不只表情达意，还具备重要的生物学功能。
人类每隔几分钟就会叹气一次，每次叹息都以吸气开始，吸入空气量大约为正常呼吸的2倍。
科学家推测，这有助于打开塌陷的肺泡，就像对乳胶手套吹气从而打开手指一样。有些证据支持此观点，例如，医院呼吸机设定了周期性叹气功能，并被证明可改善肺功能和维持患者血氧水平。
根据2016年发表于《自然》的一份论文，费尔德曼和同事确定了4个神经元小群，它们似乎在啮齿动物脑中负责引发叹气的工作。其中2组神经元位于preB?tC附近的脑干区域，另外2组则身处preB?tC内部，前者向后者发送信号。
当费尔德曼等人采用高度选择性毒素杀死这些preB?tC神经元时，小鼠停止了叹气，不过呼吸仍然强劲。
另一方面，当他们注射神经肽以激活preB?tC神经元时，小鼠叹气频率增加了9倍。
研究团队总结道，这4个神经元小群形成了回路，能告知preB?tC中断其常规的呼吸程序，而进行更深地呼吸。
呼吸似乎对大脑有深远的影响，影响范围包括认知和情感相关脑区，如海马体、杏仁核和前额叶皮层。这些影响可能源于脑干呼吸中心preB?tC产生的信号，通过迷走神经或嗅觉系统的感觉输入，或响应血液中的氧气和二氧化碳水平
呼吸竟也能设定大脑的节奏
近期一些研究表明，呼吸可以影响人的多种能力，例如感知微弱触摸和区分三维物体的能力——我们知道很多人倾向于在开展认知任务前深吸气，科学家发现这样做的确能提高认知表现。
有意思的是，似乎只有通过鼻子呼吸才可助能增益，用嘴呼吸没效果。
关于上述现象背后的机制，可能要从脑电活动的节律性振荡中找答案。
过去几十年间，神经科学家借助头皮电极测量脑电波，以此观察大量神经元的活动。在他们看来，脑电活动能反映遥远脑区之间的交流，而这种交流又构成认知的重要方面，例如听觉和视觉信息的各自处理与相互整合。（一部分科学家甚至提出，此类同步活动可能就是意识的基础，但显然这一点极难证明。）
越来越多证据支持这样一种观点，那就是呼吸可能为某些脑电振荡设定了节奏。
针对啮齿动物的实验发现，呼吸节律影响着海马体的脑电活动节律。海马体是学习和记忆的关键区域；清醒期间，海马体内神经元的集体电活动以一致的速度升降（通常在每秒6~10次之间）。学者称此现象为θ节律，发生于包括人类在内的诸多动物身上。
巴西北里奥格兰德联邦大学的神经科学家阿德里亚诺·托特（Adriano Tort）与同事在研究θ振荡过程中，发现测量电极也采集到了另一种较慢的节律，大约每秒3个峰值，与静息状态小鼠的呼吸频率相同。
托特表示，起初他们怀疑这只是由电极不稳定或动物的运动引起的，但更多实验让他们相信，此慢节律活动不仅真实存在，还与呼吸同步，如同节拍器般为海马体内更快的θ振荡设定节奏。2016年，他们发表了这一发现。
大约同一时间，神经科学家克里斯蒂娜·泽拉诺（Christina Zelano）等人报道了人类身上的类似情况。
研究人员在癫痫患者大脑上放置电极，通过电极的数据来监测他们的癫痫发病情况。结果显示，自然呼吸会使得多个脑区的振荡同步，这些脑区包括海马体和杏仁核（情绪处理的重要区域）。
值得一提的，当患者用嘴呼吸时，同步效应就减弱了，这表明鼻腔气流的感觉反馈发挥着关键作用。
泽拉诺和同事发现，呼吸节律不仅能同步情绪和记忆相关脑区的活动，还可影响个体开展情绪和记忆相关任务的水平。
在一项实验中，他们监测受试者呼吸，同时要求其识别照片（由心理学家制作）中人所表达的情绪，结果发现相比呼气，人在吸气时能更快识别出恐惧的面孔。
另一项测试显示，人吸气时更准确地记住了此前看过的照片——同样地，只有用鼻子呼吸才能实现最佳记忆效果。
除了同步“区内”的活动，呼吸节律还同步“区间”活动。
在一项研究中，神经科学家尼古拉斯·卡拉利斯（Nikolaos Karalis）和安东·西罗塔（Anton Sirota）发现，睡眠小鼠的呼吸节律使海马体与前额叶皮层间的活动得以同步，而这种同步似乎对于形成长期记忆至关重要。
许多神经科学家认为，记忆最初于海马体内形成，然后在睡眠期间转移至皮层以长期存储，这个过程离不开两片脑区间的同步活动。
控制呼吸，冷静头脑？
几千年来，瑜伽等古老冥想术的练习者都会控制呼吸，以此改善精神状态。近些年，研究人员开始探索冥想的呼吸之妙，其背后的生物学机制，以及应用之法——如何用它帮助焦虑症和情绪障碍患者。
加州大学洛杉矶分校的精神病学家海伦·拉夫列茨基（Helen Lavretsky）表示，要应用呼吸之妙，就应先将呼吸的影响与其他因素剥离，“冥想术对人体的影响很复杂，练习者会进行伸展、运动、观想和唱诵，你很难确定是什么因素发挥了何种效果。”
多年来，拉夫列茨基一直在研究“不同类型的冥想如何影响大脑”，以及“压力和免疫功能的生物标志物”。
她发现，冥想本身（除去其他各种因素影响）可提高练习者在实验室记忆测试中的表现，并改变患轻度认知障碍（阿尔茨海默病和其他类型痴呆症的潜在前兆）的老年人的大脑连接。
在最近的研究中，她开始研究单独的呼吸控制练习的作用。
身兼瑜伽教练的拉夫列茨基认为呼吸练习对许多人来说都是健康选择。“尽管我是一名精神科医生，但我的研究旨在避免处方药使用。每个人都能呼吸，我们只需要学习如何使用这一工具。”
资料来源：
How Does Breathing Affect Your Brain?
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