On each side of the brain stem, a f

On each side of the brain stem, a florescent-green marker illuminates the 200 neurons that control the sighing reflex.
Credit: Stanford/Krasnow lab
"You must remember this: a kiss is just a kiss, a sigh is just a sigh."

Contrary to the words immortalized by the piano singer in "Casablanca," a sigh is far more than a sigh. Heaving an unconscious sigh is a life-sustaining reflex that helps preserve lung function.

Now a new study by researchers UCLA and Stanford has pinpointed two tiny clusters of neurons in the brain stem that are responsible for transforming normal breaths into sighs. Published in the Feb. 8 advance online edition of Nature, the discovery may one day allow physicians to treat patients who cannot breathe deeply on their own -- or who suffer from disorders in which frequent sighing becomes debilitating.

"Sighing appears to be regulated by the fewest number of neurons we have seen linked to a fundamental human behavior," explained Jack Feldman, a professor of neurobiology at the David Geffen School of Medicine at UCLA and a member of the UCLA Brain Research Institute. "One of the holy grails in neuroscience is figuring out how the brain controls behavior. Our finding gives us insights into mechanisms that may underlie much more complex behaviors."

According to Mark Krasnow, a professor of biochemistry and Howard Hughes Medical Institute Investigator at the Stanford University School of Medicine, the new findings shed light on the network of cells in the brain stem that generates breathing rhythm.

"Unlike a pacemaker that regulates only how fast we breathe, the brain's breathing center also controls the type of breath we take," Krasnow said. "It's made up of small numbers of different kinds of neurons. Each functions like a button that turns on a different type of breath. One button programs regular breaths, another sighs, and the others could be for yawns, sniffs, coughs and maybe even laughs and cries."

Using a mouse model, Krasnow and his colleagues screened more than 19,000 gene-expression patterns in the animals' brain cells. They found roughly 200 neurons in the brain stem that manufacture and release one of two neuropeptides, which enable brain cells to talk to each other. Still, the scientists did not know which brain cells these neurons communicated with or why.

Conversely, Feldman knew that the same family of peptides, also found in humans, was highly active in a part of the brain that influences breathing and plays an important role in sighing. What he had not identified were the genes or neurons that controlled them.

By joining forces, Krasnow's and Feldman's labs discovered that the peptides triggered a second set of 200 neurons. These cells activate the mouse's breathing muscles to produce a sigh -- roughly 40 times an hour.

The researchers found that blocking one of the peptides cut the animals' sighing rate in half. Silencing both peptides halted the mice's ability to sigh completely.

"These molecular pathways are critical regulators of sighing, and define the core of a sigh-control circuit," Krasnow said. "It may now be possible to find drugs that target these pathways to control sighing."

Sighing is vital to lung function, and thus to life, Feldman emphasized.

"A sigh is a deep breath, but not a voluntary deep breath," he said. "It starts out as a normal breath, but before you exhale, you take a second breath on top of it."

On average, a person sighs every five minutes, which translates into 12 sighs per hour.

The purpose of sighing is to inflate the alveoli, the half-billion, tiny, delicate, balloon-like sacs in the lungs where oxygen enters and carbon dioxide leaves the bloodstream. Sometimes, though, individual sacs collapse.

"When alveoli collapse, they compromise the ability of the lung to exchange oxygen and carbon dioxide," Feldman said. "The only way to pop them open again is to sigh, which brings in twice the volume of a normal breath. If you don't sigh, your lungs will fail over time."

Turning on sighing would be useful in people who cannot breathe deeply on their own. Early artificial breathing devices did not regularly give patients a deep breath, and many patients died. Current ventilators regularly deliver a large inflation of air that mimics a sigh.

"If you don't sigh every five minutes of so, the alveoli will slowly collapse, causing lung failure," Feldman said. "That's why patients in early iron lungs had such problems, because they never sighed."

The ability to limit the sighing reflex could prove useful in anxiety disorders and other psychiatric conditions where sighing grows debilitating.

The mechanism behind the emotional roots of conscious sighing remains a mystery.

"There is certainly a component of sighing that relates to an emotional state. When you are stressed, for example, you sigh more," Feldman said. "It may be that neurons in the brain areas that process emotion are triggering the release of the sigh neuropeptides -- but we don

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ในแต่ละด้านของก้านสมอง มีเครื่องหมายสีเขียวเรืองขนาดส่อง 200 เซลล์ประสาทที่ควบคุมสะท้อน sighingเครดิต: สแตน ฟอร์ด/Krasnow แล็บ"คุณต้องจำไว้นี้: จูบจูบเพียง อกเป็นอกเพียงแค่นี้"ขัดกับคำพูดอันเป็นอมตะตามนักร้องเปียโนใน "คาซาบลังกา" อกคือไกลกว่าอก Heaving มมีสติเป็นการสะท้อนชีวิตที่ช่วยรักษาการทำงานของปอดตอนนี้ ศึกษา โดยนักวิจัยที่ UCLA และสแตนฟอร์ดมีพิกัดข้อเล็ก ๆ ของเซลล์ประสาทในก้านสมองที่มีหน้าที่เปลี่ยนลมหายใจปกติ sighs เผยแพร่ในวันที่ 8 กุมภาพันธ์ล่วงหน้าออนไลน์รุ่นธรรมชาติ การค้นพบพฤษภาคมหนึ่งวันได้แพทย์จะรักษาผู้ป่วยที่ไม่สามารถหายใจด้วยตนเอง - หรือผู้ที่ต้องทรมานจากความผิดปกติใน sighing บ่อยที่จะรุม"Sighing จะถูกควบคุม โดยเซลล์ประสาทที่เราได้เห็นการเชื่อมโยงกับพฤติกรรมของมนุษย์พื้นฐาน จำนวนน้อยที่สุด" อธิบายแจ็คเฟลด์แมน อาจารย์ของชีววิทยา David เกฟเฟนโรงเรียนแพทย์ที่ UCLA และเป็นสมาชิกสถาบันวิจัยสมอง UCLA "เกรลส์ศักดิ์สิทธิ์ในประสาทอย่างใดอย่างหนึ่งคือการหาวิธีควบคุมลักษณะการทำงานของสมอง ค้นหาของเรา "ทำให้เราลึกกลไกที่อาจอยู่ภายใต้ลักษณะการทำงานที่ซับซ้อนมากขึ้นผลการวิจัยใหม่หลั่งน้ำตาแสงในเครือข่ายของเซลล์สมองที่สร้างจังหวะหายใจตามเครื่องหมาย Krasnow อาจารย์ของชีวเคมีและ Howard ฮิวจ์สนักสืบสถาบันที่ทางการแพทย์สแตนฟอร์ดมหาวิทยาลัยโรงเรียนแพทย์"แตกต่างจาก pacemaker ที่ควบคุมเฉพาะเร็วเราหายใจ ศูนย์หายใจของสมองสามารถควบคุมชนิดของลมหายใจที่เราใช้ Krasnow กล่าวว่า "มันขึ้นเป็นตัวเลขขนาดเล็กของชนิดของเซลล์ประสาท แต่ละฟังก์ชันเช่นปุ่มที่จะเปิดปากชนิดอื่น หายใจปกติโปรแกรมปุ่มหนึ่ง อีก sighs และคนอื่น ๆ อาจเป็น yawns, sniffs อาการไอ และแม้หัวเราะ และร้องไห้"ใช้เมาส์แบบ Krasnow และเพื่อนร่วมงานของเขาตรวจรูปแบบการแสดงออกของยีนมากกว่า 19,000 ในเซลล์สมองของสัตว์ พวกเขาพบประมาณ 200 เซลล์ประสาทในก้านสมองที่ผลิต และวางจำหน่ายสองล้ำ ซึ่งช่วยให้เซลล์สมองการพูดคุยกันอย่างใดอย่างหนึ่ง ยังคง นักวิทยาศาสตร์ไม่รู้ว่าเซลล์สมองซึ่งเซลล์ประสาทเหล่านี้ติดต่อกับ หรือทำไมในทางกลับกัน เฟลด์แมนรู้ว่า ครอบครัวเดียวกันของเปปไทด์ พบในมนุษย์ ใช้งานสูงในส่วนของสมองที่มีอิทธิพลต่อการหายใจ และมีบทบาทสำคัญใน sighing เขาได้ระบุว่าไม่มียีนหรือเซลล์ประสาทที่ควบคุมได้โดยการเข้าร่วมกองกำลัง ห้องปฏิบัติการของ Krasnow และของเฟลด์แมนพบว่า เปปไทด์ทริกเซลล์ประสาท 200 ชุดที่สอง เซลล์เหล่านี้เปิดใช้งานเมาส์กล้ามเนื้อหายใจผลิตอก - ประมาณ 40 ครั้งต่อชั่วโมงนักวิจัยพบว่าบล็อกของเปปไทด์ที่ตัดราคา sighing ของสัตว์ครึ่ง สมรเปปไทด์ทั้งสองหยุดความสามารถของหนูถอนหายใจอย่างสมบูรณ์"เส้นทางโมเลกุลเหล่านี้เป็นอุปกรณ์สำคัญของ sighing และกำหนดหลักของวงจรควบคุมม Krasnow กล่าวว่า "มันอาจจะเป็นไปได้ในการค้นหายาเสพติดที่กำหนดเป้าหมายเหล่านี้ทางการ sighing"Sighing มีความสำคัญต่อการทำงานของปอด และดังนั้น ในการดำรงชีวิต เฟลด์แมนเน้น"อกหายใจลึก ๆ แต่ไม่หายใจลึก ๆ ความสมัครใจ, " เขากล่าว "มันเริ่มออกเป็นลมหายใจปกติ แต่ก่อนที่คุณหายใจออก คุณใช้ลมหายใจสองด้านบนของมัน"โดยเฉลี่ย คน sighs ทุก ๆ ห้านาที ยังซึ่งเป็ 12 sighs ต่อชั่วโมงวัตถุประสงค์ของ sighing จะขยายทาง ถุงครึ่งพันล้าน เล็ก ละเอียดอ่อน บอลลูนเหมือนในปอดที่ป้อนออกซิเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่กระแสเลือด บางครั้ง แต่ แต่ละถุงยุบ"เมื่อทางยุบ พวกเขาประนีประนอมความสามารถของปอดในการแลกเปลี่ยนออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ เฟลด์แมนกล่าว "ทางเดียวจะปรากฏเหล่านั้นเปิดอีกครั้งได้ถอนหายใจ ซึ่งนำในสองระดับลมหายใจปกติ ถ้าคุณไม่ถอนหายใจ ปอดจะไม่ผ่านเวลานั้น"เปิด sighing จะเป็นประโยชน์ในคนที่ไม่สามารถหายใจด้วยตนเอง ช่วงหายใจประดิษฐ์อุปกรณ์ไม่ได้ไม่ให้ผู้ป่วยหายใจลึก ๆ และผู้ป่วยเสียชีวิต ปัจจุบันเครื่องระบายอากาศเป็นประจำส่งเงินเฟ้อขนาดใหญ่อากาศที่เลียนแบบอก"ถ้าคุณไม่ถอนทุกห้านาทีดังนั้น ทางจะค่อยๆ ยุบ สาเหตุของความล้มเหลวในปอด เฟลด์แมนกล่าว "เหตุผู้ป่วยปอดเหล็กต้นมีปัญหาเช่น เนื่องจากพวกเขาไม่เคย sighed นี้"ความสามารถในการจำกัดสะท้อน sighing สามารถพิสูจน์ว่ามีประโยชน์ในโรควิตกกังวลและภาวะทางจิตเวชอื่น ๆ ที่ sighing เติบโตรุมกลไกเบื้องหลังรากอารมณ์ของสติ sighing ยังคง ลึกลับ"มีแน่นอนส่วนประกอบของ sighing ที่เกี่ยวข้องกับสภาวะทางอารมณ์ เมื่อคุณกำลังเครียด เช่น คุณถอนหายใจขึ้น เฟลด์แมนกล่าว "มันอาจเป็นว่า เซลล์ประสาทในสมองที่ประมวลอารมณ์จะเรียกรุ่นล้ำม - แต่เราดอน

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ในแต่ละด้านของก้านสมองได้และมีเครื่องหมายเรืองสีเขียวสว่าง 200 เซลล์ประสาทที่ควบคุมการสะท้อนถอนหายใจได้.
เครดิตสแตนฟอ / Krasnow ห้องปฏิบัติการ
"คุณต้องจำไว้ว่านี้: จูบเป็นเพียงจูบถอนหายใจเป็นเพียงถอนหายใจ." ขัดกับคำ immortalized โดยนักร้องนักเปียโน "คาซาบลังกา" ถอนหายใจเป็นมากกว่าถอนหายใจ กระเพื่อมถอนหายใจหมดสติเป็นสะท้อนค้ำจุนชีวิตที่จะช่วยให้การทำงานของปอดรักษา. ตอนนี้การศึกษาใหม่โดยนักวิจัยยูซีแอลและสแตนฟอเขม้นมองได้สองกลุ่มเล็ก ๆ ของเซลล์ประสาทในก้านสมองที่มีความรับผิดชอบสำหรับการเปลี่ยนลมหายใจปกติในถอนหายใจ ตีพิมพ์ใน 8 กุมภาพันธ์ล่วงหน้าฉบับออนไลน์ของธรรมชาติ, การค้นพบวันหนึ่งอาจช่วยให้แพทย์ในการรักษาผู้ป่วยที่ไม่สามารถหายใจลึก ๆ ของตัวเอง -. หรือผู้ที่ต้องทนทุกข์ทรมานจากความผิดปกติในการที่ถอนหายใจบ่อย ๆ จะกลายเป็นบั่นทอน"ถอนหายใจดูเหมือนจะถูกควบคุมโดย จำนวนน้อยที่สุดของเซลล์ประสาทที่เราได้เห็นการเชื่อมโยงกับพฤติกรรมมนุษยชนขั้นพื้นฐาน "อธิบายแจ็คเฟลด์แมนศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาที่เดวิดเกฟเฟ็โรงเรียนแพทย์ที่ UCLA และเป็นสมาชิกของยูซีแอลสมองสถาบันวิจัย "หนึ่งใน Grails ศักดิ์สิทธิ์ในประสาทคือการหาวิธีการที่สมองควบคุมลักษณะการทำงาน. การค้นพบของเราช่วยให้เรามีความเข้าใจในกลไกที่อาจรองรับพฤติกรรมที่ซับซ้อนมากขึ้น." ตามที่มาร์ค Krasnow ศาสตราจารย์ชีวเคมีและสืบสวน Howard Hughes สถาบันการแพทย์ที่ A Stanford University School of Medicine, การค้นพบใหม่หลั่งน้ำตาแสงในเครือข่ายของเซลล์ในก้านสมองที่สร้างหายใจจังหวะ. "ซึ่งแตกต่างจากเครื่องกระตุ้นหัวใจที่ควบคุมเพียงวิธีการที่รวดเร็วที่เราหายใจ, ศูนย์การหายใจของสมองที่ยังควบคุมประเภทของลมหายใจที่เราใช้ "Krasnow กล่าวว่า "มันสร้างขึ้นจากขนาดเล็กจำนวนมากที่แตกต่างกันของเซลล์ประสาท. ฟังก์ชั่นแต่ละเช่นปุ่มที่จะเปลี่ยนในประเภทที่แตกต่างกันของลมหายใจ. หนึ่งในโปรแกรมปุ่มหายใจปกติถอนหายใจอีกและคนอื่น ๆ อาจจะ yawns, จมูกฟุดฟิดไอและแม้กระทั่ง หัวเราะและร้องไห้. " โดยใช้แบบจำลองเมาส์ Krasnow และเพื่อนร่วมงานของเขาฉายมากกว่า 19,000 การแสดงออกของยีนในเซลล์สมองของสัตว์ พวกเขาพบว่าประมาณ 200 เซลล์ประสาทในสมองที่มีต้นกำเนิดการผลิตและปล่อยหนึ่งในสอง neuropeptides ซึ่งช่วยให้เซลล์สมองที่จะพูดคุยกับแต่ละอื่น ๆ แต่ถึงกระนั้นนักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบว่าเซลล์สมองเซลล์ประสาทเหล่านี้สื่อสารกับหรือทำไม. ตรงกันข้ามเฟลด์แมนรู้ว่าครอบครัวเดียวกันของเปปไทด์นอกจากนี้ยังพบในมนุษย์มีบทบาทอย่างมากในการเป็นส่วนหนึ่งของสมองที่มีผลต่อการหายใจและมีบทบาทสำคัญ ในการถอนหายใจ สิ่งที่เขาไม่ได้ระบุเป็นยีนหรือเซลล์ประสาทที่ควบคุมพวกเขา. โดยการเข้าร่วมกองกำลัง Krasnow และห้องปฏิบัติการเฟลด์แมนค้นพบว่าเปปไทด์เรียกชุดที่สองของ 200 เซลล์ประสาท เซลล์เหล่านี้เปิดใช้งานเมาส์ของกล้ามเนื้อหายใจในการผลิตถอนหายใจ -. ประมาณ 40 ครั้งหนึ่งชั่วโมงนักวิจัยพบว่าการปิดกั้นหนึ่งของเปปไทด์ลดอัตราถอนหายใจของสัตว์ในช่วงครึ่งปี ห้ามไม่ให้พูดทั้งเปปไทด์หยุดความสามารถของหนูที่จะถอนหายใจอย่างสมบูรณ์. "ที่สูตรโมเลกุลเหล่านี้เป็นหน่วยงานกำกับดูแลที่สำคัญของการถอนหายใจและกำหนดหลักของวงจรถอนหายใจควบคุม" Krasnow กล่าวว่า "ตอนนี้มันอาจจะเป็นไปได้ที่จะหายาเสพติดที่มีเป้าหมายทางเดินเหล่านี้เพื่อควบคุมการถอนหายใจ." ถอนหายใจมีความสำคัญต่อการทำงานของปอดและทำให้การดำรงชีวิตเฟลด์แมนเน้น. "ถอนหายใจคือหายใจเข้าลึก ๆ แต่ไม่หายใจลึกความสมัครใจ" เขา กล่าว. "มันเริ่มต้นจากการเป็นลมหายใจปกติ แต่ก่อนที่คุณหายใจออกคุณจะใช้ลมหายใจที่สองด้านบนของมัน." โดยเฉลี่ยคนถอนหายใจทุกห้านาทีซึ่งแปลเป็น 12 ถอนหายใจต่อชั่วโมง. วัตถุประสงค์ของการถอนหายใจคือการขยายตัว ถุงลม, ครึ่งพันล้านเล็ก ๆ ที่ละเอียดอ่อนถุงเหมือนบอลลูนในปอดที่ออกซิเจนเข้ามาและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่กระแสเลือด บางครั้งแม้ว่าถุงแต่ละล่มสลาย. "เมื่อการล่มสลาย alveoli พวกเขาประนีประนอมความสามารถของปอดในการแลกเปลี่ยนออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์" เฟลด์แมนกล่าวว่า "วิธีเดียวที่จะ pop พวกเขาเปิดอีกครั้งคือการถอนหายใจซึ่งนำในครั้งที่สองปริมาณของลมหายใจปกติ. ถ้าคุณไม่ได้ถอนหายใจปอดของคุณจะล้มเหลวเมื่อเวลาผ่านไป." เปิดถอนหายใจจะเป็นประโยชน์ในคนที่ไม่สามารถหายใจ ลึกของตัวเอง ในช่วงต้นอุปกรณ์เทียมหายใจไม่สม่ำเสมอให้ผู้ป่วยหายใจลึก ๆ และผู้ป่วยจำนวนมากเสียชีวิต พัดลมระบายอากาศปัจจุบันอย่างสม่ำเสมอส่งมอบอัตราเงินเฟ้อที่มีขนาดใหญ่ของอากาศที่เลียนแบบถอนหายใจ. "ถ้าคุณไม่ได้ถอนหายใจทุกห้านาทีเพื่อให้ถุงลมจะค่อยๆยุบก่อให้เกิดความล้มเหลวในปอด" เฟลด์แมนกล่าวว่า "นั่นเป็นเหตุผลที่ผู้ป่วยในปอดเหล็กในช่วงต้นมีปัญหาเช่นนี้เพราะพวกเขาไม่เคยถอนหายใจ." ความสามารถในการ จำกัด การสะท้อนถอนหายใจสามารถพิสูจน์ประโยชน์ในโรควิตกกังวลและเงื่อนไขทางจิตเวชอื่น ๆ ที่ถอนหายใจเติบโตบั่นทอน. กลไกที่อยู่เบื้องหลังรากอารมณ์ยังคงถอนหายใจสติ ลึกลับ. "มีแน่นอนเป็นส่วนประกอบของการถอนหายใจที่เกี่ยวข้องกับรัฐทางอารมณ์. เมื่อคุณกำลังเครียดสำหรับตัวอย่างเช่นคุณถอนหายใจมากขึ้น" เฟลด์แมนกล่าวว่า "มันอาจเป็นไปได้ว่าเซลล์ประสาทในสมองส่วนที่ประมวลผลอารมณ์กำลังเรียกปล่อยของ neuropeptides ถอนหายใจที่ - แต่เราดอน