你被威胁的声音吓了一跳，会呼吸加快;你摔坏了胳膊肘，会痛得喘不过气来。为什么一个人在受伤或焦虑时呼吸频率会急剧增加，这在以前是不清楚的。现在，一个索尔克(Salk)科学家团队在大脑中发现了一个神经网络，它将呼吸节律与疼痛和恐惧的感觉协调了起来。除了对疼痛管理、焦虑心理学理论和疼痛本质的哲学研究领域的贡献，他们的发现还可能导致开发一种止痛药，以防止阿片类药物引起的呼吸抑制(OIRD)，即呼吸中断导致过量死亡。

        在2021年12月17日发表在《Neuron》上题为“Divergent brainstem opioidergic pathways that coordinate breathing with pain and emotions”的研究中，Salk小组重点研究了脑干中的一组称为臂旁外侧核的神经元，这些神经元呈核壳状排列。他们发现，核心神经元投射到杏仁核，杏仁核是大脑中处理恐惧和疼痛情绪体验的区域。外壳中的神经元投射到pre-Bötzinger复合体，该区域产生呼吸节律。核神经元和壳神经元根据这些区域的输入相互影响，使我们在经历疼痛或焦虑时呼吸加快。

        论文的资深作者、Salk Clayton肽生物学基金会实验室助理教授Sung Han说：“我们是第一个演示臂旁外侧核如何协调呼吸和疼痛的小组。通过了解这个大脑区域的回路，我们可能能够梳理呼吸调节和疼痛调节，开发出一种药物，在不抑制呼吸的情况下抑制疼痛感，就像OIRD一样。”

        在OIRD中，阿片类药物抑制呼吸和疼痛，这是阿片类药物致死的主要原因。在之前的工作中，Han的实验室表明，像吗啡这样的阿片类药物通过触发被称为μ-阿片受体(MOR)的特定受体来抑制呼吸，从而导致表达它们的神经元受到抑制。他们还表明，重新激活表达MOR的细胞可以逆转OIRD。目前的工作提出了预防OIRD的额外方法，可能是通过抑制该区域核心的神经元(钝化恐惧/焦虑)，同时刺激外壳中的类似神经元(支持呼吸)。

        为了展示这些神经元如何根据疼痛和情绪协调呼吸，研究人员首先使用光和化学制剂来证明操纵臂旁外侧核表达MOR的神经元会改变小鼠的呼吸频率。然后，他们利用荧光示踪剂将输入和输出映射到MOR表达神经元。他们的结果表明，聚集在该区域核心的神经元投射到中央杏仁核，而聚集在周围外壳的神经元投射到pre-Bötzinger复合体。一个群体在刺激另一个群体的同时进行的电生理记录显示，其中一些亚群是相互联系的，它们之间有一个兴奋性网络。通过这个网络，恐惧和疼痛的信号与呼吸节律会进行协调。

        Han实验室的研究生，第一作者Shijia Liu说：“我们发现了非常复杂的回路，涉及这些神经元的上游和下游输入。通过揭示这种回路机制，我们可以更好地解释为什么呼吸经常与疼痛和焦虑相协调。”

        Han正渴望看到团队的发现可以有转化应用，他说：“目前最大的问题是，阿片类药物能减轻疼痛，但也能减少呼吸，因此人们会死亡。通过理解我们研究中的这两种机制，也许我们可以通过药物干预来操纵某些神经元群，这样我们就可以在不改变呼吸的情况下控制疼痛。”

        Han的团队目前正在对核心和外壳群体进行遗传分析，以确定特异性调节疼痛或呼吸的功能标记。

        该研究的其他作者是Salk的Mao Ye、Gerald M. Pao、Jinho Jhang、Jonghyun Kim、Sukjae Joshua Kang、Dong-Il Kim;以及加州大学圣地亚哥分校的Samuel Myeongsup Song和Haibei Jiang。