心神與鼻息：呼吸之於「情緒及認知」的交互影響 (The connection between breath and mind)
呼吸影響情緒，情緒影響呼吸。呼吸練習的直接調節技術如何影響大腦活動？
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情緒下行呼吸，呼吸上行情緒
簡單來說「情緒影響呼吸，呼吸影響情緒」。我們都很熟悉前者了，生氣或與人爭吵時，我們會加快呼吸的深度及頻率，有時會有明顯收縮頸部及上提肩膀的動作（戰與逃模式）。而忙了一整天在家泡到澡時，或洗完澡躺在軟軟的床時，身體的舒暢會讓你不由自主的發出一聲「呼～～」的氣息（休息與消化模式）。而後者，呼吸如何影響情緒就涉及到——心、肺、腦三者的微妙連結。
對此進一步認識，可以讓我們更理解呼吸訓練到底在做什麼？無論是長短期而言，對我有何幫助？當我們用意志去控制呼吸時，發生了什麼事？首先定義自主呼吸與意志呼吸的不同：
自主呼吸：位於腦幹的橋、延腦呼吸中樞，規律地發出呼吸節率的訊號，並透過自律神經去自主調控呼吸，這也是為什麼我們即使不特別注意，也可以自然呼吸，可以理解為呼吸的自動導航系統。
意志呼吸：由大腦皮質去控制脊髓及肌肉運動神經元，使呼吸相關肌肉運作，以控制呼吸動作。泛指我們呼吸訓練中延長吸氣、屏息、憋氣、延長吐氣、用力呼吸等各種操縱呼吸肌肉的動作，可以理解為呼吸的手動駕駛系統。
在大多數情況下，呼吸都是自動導航，某些情況我們會切換為手動駕駛，如游泳、自由潛水、運動等各式需要大量換氣的運動，或是突然聞到臭味而憋氣等等。
情緒的發生與處理：大腦邊緣系統與腦島
大腦邊緣系統（Limbic system）又叫「情緒腦」，包括了杏仁核、海馬迴、下視丘…等重要功能。其中又以杏仁核（amygdala）最為人知，當杏仁核劫持（amygdala hijack）時，便會引發誇張的情緒反應，如暴怒。而杏仁核受損時，會因為無法對危險感知，無法產生恐懼的感覺，嚴重者陷於瀕死情境而不懂害怕。海馬迴（Hippocampus）是大腦中記憶形成和空間記憶密切相關的一個區域，負責存取長期記憶、將情境記憶與情感結合、學習訊息的整合，以及對時間序列的概念及情緒調節等多個方面，讓我們需要時能夠有效地學習，並記住過去的經驗。下視丘主要掌管自律神經，也就是交感及副交感神經系統，調控呼吸、心跳等重要的生理功能。
腦島（Insula）是大腦皮質的一個區域，參與嗅覺，會處理來自身體內部（如心臟或肺臟）的訊息，包括內臟感知、情感處理、自我覺察、體內狀態監控等，其中也包含情緒經驗（emotional experience），具有處理社交性情緒的特性。
還記得剛剛說的杏仁核劫持嗎？當引發情緒的外在事件發生時，杏仁核會快速對該事件進行情緒標記，而海馬迴則負責記錄該事件的具體細節和情境。而下次發生類似情境時，杏仁核可以依據上回經驗，快速地向海馬迴提取事件的記憶而引發情緒。這個情緒發生之迅速，甚至搶在大腦前額葉皮質（Prefrontal Cortex）的認知功能發揮之前，導致個體在短時間內失去冷靜思考和合理判斷的能力，因而做出衝動或不合理的行為。下視丘負責喚醒交感神經，抑制副交感神經。而腦島此時正對內臟進行感知及共感，以下是他們的對話：
杏仁核：「他這樣對我，真讓我火冒三丈！」
海馬迴：「每次碰到這種事故，那個場景讓我感到心裡一沉，有警告的意味。」
下視丘與自律神經：「交感神經很興奮，呼吸、心跳加速，戰鬥能量一觸即發！」
腦島：「我感覺到自己很生氣，呼吸很快速，甚至感覺胸口發熱，也許我不需要這麼生氣嗎？」
呼吸訓練使情緒平撫、安穩，情緒路徑的神經可塑性（neuroplasticity）
接下來我們理解呼吸中樞如何影響大腦。當自主呼吸時，位於延腦腹外側區一個叫 Pre-Bötzinger complex（preBötC）神經元，我們定義它為呼吸型態生成區（breathing Central Pattern Generator, bCPG）的中心關鍵角色，其與該區負責產生呼吸基本節律，並將呼吸指令通過腦幹的呼吸相關神經元傳導到呼吸肌（如膈肌、肋間肌）。而呼吸型態會透過體感和自律神經系统（如迷走神經）反饋到中樞神經系統，進一步調節整體生理狀態。
當情緒事件發生時，剛剛提到的preBötC除了傳遞呼吸命令至呼吸肌之外，也會接收杏仁核、海馬迴、下視丘所處理過的資訊，來改變呼吸型態。當意志呼吸時，前額葉皮質的訊號（負責高級認知功能、計畫和決策）可以繞過或暫時抑制preBötC的自主節率生成功能，其在控制呼吸的同時，也會直接參與情緒管理，因此在有意志控制呼吸時，可以透過調節呼吸來緩解或加重情緒反應。
情緒事件發生→杏仁核→海馬迴→交感活化→preBötC→呼吸加深、加速
呼吸訓練介入→大腦皮質→控制呼吸減慢→副交感活化*→生理機能放鬆→情緒放鬆
呼吸訓練介入→大腦皮質→提高前額葉皮質認知功能→弱化杏仁核→情緒放鬆
呼吸訓練介入→提升腦島活動→改變生理感知的認知及作為→情緒放鬆
（*關於減慢呼吸為何活化副交感神經，延伸閱讀：呼吸可以控制心率？與生俱來的呼吸竇性心律不整）
呼吸訓練可以幫助調節和緩解杏仁核的過度活躍，增強前額葉皮質的控制，減少壓力醇的分泌，從而幫助管理情緒反應和減少壓力。特別是有節律性呼吸，可能會同步化海馬迴的神經活動。這種同步化有助於加強海馬迴與大腦其他區域的連接，從而促進記憶的鞏固和學習過程。緩慢的呼吸可以活化副交感神經，促進放鬆。除次之外，有意識的呼吸訓練能夠增強腦島的活動，對腦島的幫助在於提升自我覺察和情緒調節有關。
呼吸與大腦的協同性：動態調諧 （Dynamic Attunement）
「Dynamic Attunement」 描述一種呼吸與大腦之間互相影響的活動，依據個體外界的變動環境，以近乎毫秒發生的即時性，動態地對齊、適應交互的諧定，以達到個體與心理、情緒狀態一致的現象。
白話可以理解為「使共鳴、使共振、使其同步化」。
「Attunement」的現象，心理學界曾借用物理現象解釋，如將數個老爺鐘放在一個空間，以各自的頻率擺動，一段時間之後，數個老爺鐘擺盪頻率都同步。自然界蟬的鳴叫、青蛙的共鳴，同步成協調一致的節奏。人體之間也有這個現象，經常相處一起的女生，生理期一起報到。教養環境中，若是師長寧靜專注，孩子因為接收到頻率，易養成寧靜專注的性格。人際關係或團體治療中，因為感知到對方的感情與情緒，影響到我們有類似的感受而與之共感。
而最新研究，認定呼吸與大腦之間也被認為有動態Attunement這樣的現象[12]。因此呼吸訓練對於改變腦波也有一定的效果，綜合以上，可以說是多管齊下。
實證醫學
自然呼吸同步人類梨狀皮層（嗅覺）及邊緣相關大腦區域（杏仁核及海馬迴）的電性活動（0.16~0.33 Hz），其中有趣的現象當吸氣到最大時該震盪達到頂峰，當呼吸從鼻子轉移到嘴巴呼吸時卻會消失。由此可見鼻呼吸對於協調該區腦神經元震盪有其作用，呼吸確實影響著杏仁核及海馬迴，對於視覺空間任務、記憶回放、驚喜等認知功能的提高[1]。
呼吸訓練，即使是短期內執行或長期反覆練習，可以深刻地、積極地調節情緒和認知[2][3]。（有鑒於這一點，也鼓勵正在讀此文章的你記得深呼吸。）
呼吸控制的應用正在從文化轉移到臨床。 透過改變呼吸速率和深度來訓練患者控制呼吸，可以有效地減少抑鬱、焦慮和壓力等負面情緒狀態；減少疼痛；改善情緒；以及加強學習[3][4][5]。
我們認為一般情況下，呼吸節奏（低頻訊號0.22-0.33Hz）會被大腦劫持（α, β, δ, θ, and γ oscillations），並滿足的訊號處理的需求。 結果發現，呼吸節奏的意志變化（刻意進行呼吸訓練）也可能會被用來改變大腦中的訊號處理。
最新的研究進展，我們假設包含：緩慢的意志呼吸，如定期正念練習（長期）、單次或多次深呼吸（短期）、包括非自願的嘆息，會在大腦不同的子網路中調節即時動態，以產生情緒或認知狀態的變化。
對於呼吸影響情緒及認知的神經路徑如下：1.preBötzinger complex (preBötC) 及部分breathing central pattern generator (bCPG)直接及間接影響 2.進行呼吸調節時的嗅球可以傳遞訊號（即使無氣味情況下）至掌管情緒的大腦區域[1] 3.呼吸誘導「迷走神經」傳入。迷走神經受刺激時，可以緩解50%對常規療法沒有反應的抑鬱[6]，其中包含肺牽張反射。也可以在海馬迴誘導θ 節率[7]。4.中樞及化學接受器，感知氧氣及二氧化碳的血液氣體變化，特別是二氧化碳過高時，會因為窒息感而擾亂情緒狀態。而透過呼吸訓練將二氧化碳恢復到正常水準，對於焦慮有緩解作用[5] 5.大腦皮質因為呼吸訓練的意志指令，直接對情緒認知產生影響
由於呼吸節奏存在於與情緒相關的區域，如邊緣系統[8]，它們可能在訊號處理和/或驅動焦慮的電路中發揮作用。呼吸也可以更良性地調動，以破壞這些壓力和焦慮的迴路[11]。當正常呼吸模式發生顯著變化時，涉及焦慮途徑的各種網路的資訊門控將被中斷，如果長時間反覆進行，可能會導致突觸強度的長期變化，例如長期抑鬱。訊號處理的改變可能是呼吸相關節奏變化的直接影響，也可能是δ和γ等較快節奏引起的變化的次要影響[8][9][10]。
結論
呼吸直接調節技術的信賴度相較於呼吸的間接調節技術在過往是有爭議的，加上呼吸調節技術在文化方面的名氣及推廣度遠大於臨床領域。所幸隨著資訊及科技的進步，腦神經科學家與呼吸專家的跨界整合，以及學術單位及實驗室不斷地研究、撰寫、持續投稿，並在2024的現在積極更進研究報告，使得呼吸直接調節技術與間接調節技術的強強聯手，能在如今越來越造福當代人類。
本篇我們理解呼吸的自動導航：自主呼吸（最自然、情緒驅動、反應真實狀態）及手動駕駛：意志呼吸（與意志連結 取得控制 理智及認知主導 ）的差異，以及理解透過呼吸訓練可以改變情緒事件對大腦邊緣系統的反應，進而降低杏仁核活性，增強前額葉皮質的認知功能，使個體最終達到情緒放鬆的效果（有時也會激發感恩及知足的心）。
而正常情況下根據大腦與呼吸之間的動態諧定，高頻率通常會帶領並覆蓋低頻率，使其同步化，因此當情緒發生時，大腦取得主控權，並會影響呼吸。而科學讓我們發現，如果我們嘗試增強呼吸的主控權，低頻率可以去影響高頻率，雖然也不能排除是改變認知的同步助攻（例如換位思考而減少怒氣），但長時間的呼吸訓練確實可提高大腦對於情緒路徑的掌控度，促進神經可塑性。
參考資料
[1] Zelano C, Jiang H, Zhou G, Arora N, Schuele S, Rosenow J, Gottfried JA. Nasal Respiration Entrains Human Limbic Oscillations and Modulates Cognitive Function. J Neurosci. 2016 Dec 7;36(49):12448-12467. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2586-16.2016. PMID: 27927961; PMCID: PMC5148230.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27927961/
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[12] Goheen, J., Wolman, A., Angeletti, L.L. et al. Dynamic mechanisms that couple the brain and breathing to the external environment. Commun Biol 7, 938 (2024). https://doi.org/10.1038/s42003-024-06642-3