在瑜伽呼吸练习中，人们练习控制呼吸或生命能量（prana），以诱导平静和专注的状态。关注呼吸并减慢呼吸是许多正念练习的核心组成部分。研究表明，这种练习具有多重益处——它能诱导整体的幸福感，同时减轻焦虑和改善睡眠。
但是冥想期间大脑中究竟发生了什么？人类的影像学研究表明，参与走神、注意力和情绪的大脑区域在正念练习的各个阶段都发挥着作用。最近发表在《科学》杂志上的一项新的小鼠研究表明，脑干中的神经元也可能介导呼吸和诱导冥想平静状态之间的联系。
这项新研究的基础可以追溯到1991年，当时加州大学洛杉矶分校的一组神经科学家发现了 pre-Bötzinger 复合体，该区域包含与每次呼吸节律性放电的神经元。“与心脏起搏器完全不同，呼吸起搏器具有多种不同的节律——例如，打哈欠、叹气或喘气，” 该研究的共同作者、斯坦福大学生物化学教授马克·克拉斯诺夫说。这些类型的呼吸不仅仅是为肺部提供空气，还与社交和情感信号有关。
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最近的证据表明，pre-Bötzinger 复合体可以控制不同的呼吸行为。在去年发表在《自然》杂志上的一项研究中，克拉斯诺夫和他的同事报告了该脑区内的一个神经元子集，该子集专门负责产生叹息。当研究人员刺激小鼠的这些神经元时，它们会持续叹气。但是当研究小组移除这些神经细胞时，动物仍然呼吸，但从不叹气。现在，该团队在该区域发现了一个单独的神经元群，这些神经元似乎具有另一个特定功能：调节平静和觉醒状态。
克拉斯诺夫的团队对小鼠进行了基因改造，以移除包含两个基因的特定神经元子集：cadherin 9 (Cdh9)，一个在 pre-Bötzinger 复合体中表达的基因，以及developing brain homeobox protein 1 (Dbx1)，之前的研究表明，这是呼吸所必需的——没有它，小鼠就无法呼吸。
当研究小组从小鼠身上移除这些 Cdh9/Dbx1 神经元时，动物仍然正常呼吸，只是略有不同：呼吸比正常小鼠更慢。这些啮齿动物也异常平静——它们花更少的时间探索周围环境，而花更多的时间静坐。“我们完全感到惊讶，” 该研究的共同作者、加州大学旧金山分校教授凯文·亚克尔说，他在斯坦福大学做博士后期间进行了这项研究。“这当然不是我们期望发现的东西。”
研究人员还发现，这些神经元与蓝斑形成连接，蓝斑是大脑中另一个参与调节觉醒和情绪的区域。“[一件] 关于这件事的有趣之处，也是令人惊讶之处，是这小群神经元并不参与产生吸气节律本身，” 美国国家神经疾病和中风研究所的神经科学家杰弗里·史密斯说，他没有参与这项研究。史密斯与最近《科学》研究的共同作者之一、加州大学洛杉矶分校的神经生物学家杰克·费尔德曼一起发现了 pre-Bötzinger 复合体。“现在越来越明显的是，pre-Bötzinger 复合体本身存在许多我们没有真正预料到的结构和功能复杂性。”
来自人类研究的证据也表明，冥想和呼吸密切相关。例如，在另一项研究中，法国国家健康与医学研究所研究冥想神经生物学的科学家安托万·卢茨和他在威斯康星大学麦迪逊分校的同事发现，长期冥想者的呼吸模式比没有经常练习的人慢。长期练习者的呼吸较慢可能“减少了这种上升通路的激活，” 卢茨说，他没有参与《科学》研究。“也许这是不同压力水平的标志。”
卢茨认为，《科学》论文的发现提出了这样一种可能性，即“任何形式的练习——从瑜伽呼吸法到冥想——积极地操纵呼吸，都可能利用这种通路来调节某些方面的觉醒。” 然而，他指出，这种通路可能与不直接控制呼吸的冥想形式不太相关。例如，在某些类型的正念训练中，个人只是观察他们的呼吸，而不是控制它。
“呼吸一方面是为了维持生命，但另一方面也与情感生活息息相关，” 威廉玛丽学院的神经生理学家克里斯托弗·德尔·内格罗说，他没有参与这项工作。研究表明，pre-Bötzinger 复合体中不同的神经元群也可以控制叹息和调节觉醒，“开始打破下一个层次，不仅仅是谈论为了生理而呼吸，而是为了情感健康而呼吸，” 他补充道。
了解大脑如何控制呼吸也可能有助于开发新的治疗靶点，以治疗焦虑、恐慌症和觉醒相关的睡眠障碍。“[心脏病专家] 有药理学方法来控制心律，” 亚克尔说。“但是，用于呼吸的类似类型的药理学方法尚不存在，我认为它在医学的多个领域可能很重要。”
然而，在此之前，神经科学家首先需要揭示这个大脑区域在人体中的工作方式。研究人员在人体中发现了 pre-Bötzinger 复合体，但对其解剖结构和生理学的了解还很少。目前，克拉斯诺夫、亚克尔和他们的同事计划研究啮齿动物呼吸起搏器中的其他神经元群，看看他们可能发现的其他功能。然而，目前的研究有望最终至少为古老习俗的物理基础提供部分窗口。