How Breath-Control Can Change Your Life: A Systematic Review on Psycho-Physiological Correlates of Slow Breathing

www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6137615/

要旨

背景

瞑想やリラックスの練習のほとんどで観察される脳と身体の相互作用における精神生理学的変化は、呼吸周波数の自発的な減速に依存している。しかし、呼吸制御とその心理生理学的効果を結びつけるメカニズムの特定は、まだ議論の余地がある。本研究では、ゆっくりとした呼吸法（<10呼吸/分）の基礎となる心理生理学的メカニズムと健康な被験者への効果を明らかにすることを目的としている。

方法

MEDLINEとSCOPUSデータベースを用いて、呼吸法とその心理生理学的転帰に関連するキーワードを用いて、循環器系と中枢神経系に焦点を当てた系統的な検索を行った。2,461件の要旨
の中から、適格基準を満たした15件の論文のみがレビューに含まれた。本システマティックレビューは、PRISMA（Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses）ガイドラインに準拠している。

結果

ゆっくりとした呼吸法の主な効果は、自律神経系と中枢神経系の活動だけでなく、心理的な状態もカバーしている。ゆっくりとした呼吸法は自律神経系の変化を促進し、心拍変動と呼吸器副鼻腔不整脈を増加させ、中枢神経系（中枢神経系）の活動の変化と平行している。脳波の研究は、アルファの増加とシータパワーの減少を示している。解剖学的に、唯一の利用可能なfMRI研究は、皮質（例えば、前頭前野、運動野、および頭頂皮質）と皮質下（例えば、ポンズ、視床、視床下部、視床周囲核、灰色、および視床下部）構造の活動の増加を強調している。上述の変化に関連した心理学的/行動学的アウトプットは、快適性、リラックス、快感、活力と注意力の増加、および覚醒、不安、抑うつ、怒り、および混乱の症状の減少である。

結論

私たちは、健康な被験者において、副交感神経活動（HRVとLFパワーの増加）と中枢神経活動（脳波αパワーの増加と脳波θパワーの減少）が感情のコントロールと心理的な幸福に関連しているという証拠を発見した。我々の仮説では、ゆっくりとした呼吸の自発的制御によって引き起こされる心理生理学的変化を説明するために、2つの異なるメカニズムを考えている。1つは体の内部状態の自発的制御（enteroception）に関連するものであり、もう1つは鼻腔内のメカノレセプターがゆっくりとした呼吸を嗅球活動の調節に変換し、それによって皮質外套膜全体の活動を調整する役割に関連するものである。

キーワード

ゆっくりとした呼吸、呼吸制御、プラナヤーマ、ペース呼吸、脳波、fMRI、HRV、心理生理学

序論

根拠

呼吸は密接に精神機能とリンクしている。千年にわたる東の国の伝統では、呼吸行為は、ほとんどの瞑想の練習の本質的な側面であり、それは意識の瞑想状態、または “サマディ”（パタンジャリ、ヨガスートラ）に到達するための重要な要因と考えられている。呼吸は “プラーナ “と呼ばれ、”呼吸 “と “エネルギー”（すなわち、宇宙全体に浸透する意識の場）の両方を意味する。”プラーナヤーマ」（文字通り「停止・制御」であるが、「呼吸の上昇・拡大」でもある）は、呼吸の1つ以上のパラメーター（例えば、周波数、深さ、吸気・吐気比）を直接、意識的に調節することを目的とした呼吸法のセットである。プラーナヤマは主にヨガの練習に関連しているが、いくつかの瞑想的な練習の一部でもある(Jerath et al 2006)。

観照的神経科学（Thompson, 2009）の分野では、瞑想によって誘発される精神的・身体的効果についての正確な記述を報告する科学的研究が増えてきている。発表された研究の数が多いため、調査された瞑想技法の不均一性、研究間の実験デザインの違い、瞑想効果の評価における主観的な評価の使いすぎなどに起因する交絡因子を排除することを目的としたレビューやメタアナリシスが必要とされている。これらの科学的努力の目的は次の3つである。

(i)瞑想技法の共有された標準化された分類法を構築すること（Lutz et al 2007;Ospina et al 2007;NashとNewberg 2013;Van Dam et al 2018年)

(ii)瞑想と瞑想関連の実践の心理生理学的相関関係を特定すること（Sperduti et al 2012;Fox et al 2014年)(iii)瞑想と瞑想関連の実践の心理生理学的相関関係を特定すること（Sperduti et al 2012;Fox et al 2014）である。2012;Fox et al 2014;Boccia et al 2015;Lomas et al 2015;Tang et al 2015;Gotink et al 2016）;

（iii）異なる前臨床および臨床状態における治療法としての瞑想的技法の有効性を評価する（Ospina et al 2007;Chiesa et al 2011;Creswell 2017）。

 

経験論的には、呼吸法が瞑想の認知的側面と深く絡み合っていることが一般的に認められており、東洋文化では、意識の変化した状態を達成するために呼吸法が果たす役割は議論の余地がない。西洋文化の一般的な信念は、呼吸法のコントロールは、健康状態、リラクゼーション、ストレスの軽減などの健康状態に有益な効果があるというものである（キーワード「プラナヤマ」と「健康」または「ストレス」をグーグルで検索すると、ほぼ100万件の結果が出てく）。それにもかかわらず、西洋の科学は、純粋な呼吸の制御が意識の神経的相関関係や特定の精神機能に及ぼす影響の調査にはほとんど注意を払っていない。

瞑想的実践に話を戻するが、その効果の根底にある基本的なメカニズムを明らかにする上での主な課題は、呼吸のコントロールに関連するものと、集中した注意や精神的想像力などの呼吸以外の認知的要素に関連するものとを切り離すことである。

私たちの知る限りでは、プラナヤマの効果に取り組んでいる専門的なレビューは10件のみであり、共通の心理生理学的モデルの同定に成功していない（Srinivasan, 1991; Brown and Gerbarg, 2005a; Singh er al 2009; Sengupta, 2012; Brown er al 2013; Nivethitha er al 2016; Brandani er al 2017; Russo er al 2017; Kuppusamy er al 2018; Saoji er al 2018）。いくつかの著者は、プラーナヤマの効果のモデル化を試みたことさえある（Brown and Gerbarg, 2005b; Jerath er al 2006; Brown er al 2013; Gard er al 2014; Riley and Park, 2015; Schmalzl er al 2015）が、プラーナヤマとその有益な結果を結びつける心理生理学的メディエーターの特定に関する一般的なコンセンサスはまだ不足している。他の著者は、さまざまな病態（喘息、高血圧、不眠、不安、うつ病など）におけるプラーナヤマの有益性に注目し、プラーナヤマの基本的なメカニズムを特定するための交絡因子を無意識のうちに追加している。

西洋文化では、呼吸法は、任意の宗教的または精神的な信念や目的から独立して開発されたものであり、今日では主に治療目的（例えば、バイオフィードバック、プログレッシブリラクゼーション、自己原性トレーニング）に使用されている。これらの呼吸法はしばしばペース呼吸と呼ばれ（Stancák er al)。 ペース呼吸はリラクゼーションとウェルビーイングに関連している（Jerath et al 2015）が、速い呼吸はしばしば不安とストレスに相互に関連している（Homma and Masaoka 2008）。

私たちの知る限りでは、プラナヤマとペース呼吸の両方について、基本的なメカニズムや健康な被験者における効果に焦点を当てた体系的なレビューはこれまでに発表されていない（ただし、Lehrer and Gevirtz, 2014; Mather and Thayer, 2018を参照のこと）。

目的と研究課題

このレビューの目的は、科学文献を体系的にレビューすることによって、ゆっくりとした呼吸法（1分間に10呼吸未満）の有益な効果の基礎となる一般的な心理生理学的メカニズムを特定することである。健康なヒトを対象とした研究のみが含まれ、病理学的条件による交絡効果の可能性を避け、呼吸の自発的な変調（プラナヤーマとペース呼吸）を扱っている。実際には、ゆっくりとした呼吸法と、単に呼吸の行為に注意を向ける他の技法（例えば、呼吸意識、呼吸数を数える）や、他の注意を向ける練習の結果として呼吸を遅くする技法（例えば、超越瞑想、ニドラ・ヨガ）とを区別することが重要である。自己申告に基づく研究は、客観的な尺度がないことで信頼性が著しく弱くなっているため、含まれなかった。我々は、ゆっくりとした呼吸法の試行における中枢神経系および／または自律神経系の活動に関連した生理学的パラメータの変化と、それらの行動アウトプットとの関係を調査した研究に焦点を当てた。

本システマティックレビューで考慮した生理学的パラメータは、脳波（EEG）および機能的磁気共鳴画像法（fMRI）による脳活動と、心拍変動（HRV)呼吸性副鼻腔不整脈（RSA）および心拍同期（Cardio-Respiratory Synchronization）による自律神経活動である。

効果的な検索戦略を立てるために、Puppulation, Intervention, Comparison, Outcomes and Study Design（PICOS）ワークシートを採用した（Methodsおよび表11参照）。

表1　PICOS.

メソッド

検索戦略

このシステマティックレビューは、Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses（PRISMA）ガイドラインに従った（Moher er al)。 PRISMA は、システマティックレビューの質を向上させるために完成させなければならない 27 項目のチェックリストで構成されている (Moher et al 2009)。チェックリストは補足表 1 に報告されている。本システマティックレビューのプロトコルは、システマティックレビューのための国際的前向き登録である PROSPERO データベースに ID 番号 105537 (www.crd.york.ac.uk/prospero/) で登録されている。

MEDLINEおよびSCOPUS電子データベースの系統的検索を行った。初回検索は2016年3月、最終検索は2018年4月に実施した。呼吸法に関連するキーワードとその生理学的結果に関連するキーワードの組み合わせには、ブール演算子「AND」「OR」を適用した。ゆっくりとした呼吸法に関する検索例としては、以下のキーワードの組み合わせが挙げられる。”プラナヤマ” OR “呼吸法” OR “呼吸法エクササイズ” OR “ペースド・ブリージング” OR “コントロール・ブリージング” OR “スロー・ブリージング” OR “深呼吸” OR “メトロノーム呼吸” OR “ヨガ” OR “心拍変動バイオフィードバック”。生理学的アウトカムの検索例は、以下のキーワードを組み合わせたものである。”心肺同期” or “心肺カップリング” or “心肺相互作用” or “心肺コヒーレンス” or “呼吸性副鼻腔不整脈” or “心拍変動” or “脳波” or “磁気共鳴画像” or “機能的接続性”。拡張名とその略語の両方を検索した。検索キーワードの完全なリストは付録1に報告されている。

研究デザイン

PICOS 戦略に従い、包含基準と除外基準を定義した（表 1）.1）。文献検索で特定された研究は以下の場合に含まれた。

• 健康なヒト（呼吸法の専門家またはナイーブの両方）を対象に実施された。
• 呼吸を1分間に10回まで直接遅くする呼吸制御のテクニックはどれも使われてた。
• 比較技法（例えば、自発呼吸）または対照群（積極的介入、無介入）を含めた
• 心肺系または中枢神経系に関連する生理学的転帰（すなわち、EEG、fMRI、HRV、RSA、心肺同期）を、心理学的/行動学的転帰（サイコメトリーの定量的アプローチで評価）とともに測定した。

ゆっくりとした呼吸法（状態効果)直後（状態効果)長期介入後（形質効果）の生理学的パラメータを評価しているすべての研究を含める資格があると考えた。

文献検索で特定された研究は以下の場合に除外された。

• 若年者（18歳未満）および／または高齢者（65歳以上）の被験者が採用された。
• 母集団は、任意の慢性または急性の病理を構成していた。
• 呼吸は10b/min以上のペースで行われた。
• テクニックは、呼吸の能動的で直接的な調節ではなく、代わりに「受動的な」呼吸テクニック（すなわち、呼吸意識、ニドラヨガ、超越瞑想、太極拳、気功など、他の瞑想／注意／ヨガテクニックの副産物としての呼吸の調節）を調査している。
• 介入は呼吸法に限定されず、瞑想や視覚化などの他のテクニックも含まれていたが、特定のヨガのポーズ（例えば、ハタヨガのような特定の位置と動き）を必要としていた。
• プロトコルは、能動的な感情誘導（例えば、恐怖、怒りまたはストレス誘導）を使用した。
• 興味のない生理的パラメータを測定した、または生理的パラメータまたは心理的・行動的パラメータのみを測定した
• ケースレポートでした。
• 適用された方法論および/または技術が十分に記述されていなかったか、または再現可能ではなかった。
• 査読付きジャーナルに掲載されていない
• フルテキストおよび/または英語では利用できない。

結果

フロー図

データベース、用語、返却された研究の量に応じた研究の研究内容を表 2.2 に示す。研究選択プロセスの完全なフローチャートを図1に示す。

 

図1　試験選定のフローチャート

スタディの選択と特徴

2人の独立したレビュアー（AZ.とAP）が、検索エンジンの出力から収集した2,461件のアブストラクトの初期のプールをチェックした。タイトルと要旨がスクリーニングされ、2,303研究は重複しているか、システマティックレビューには興味がないという理由で削除された。残りの158件のフルテキスト論文については、適格性基準をチェックした。分析の最後に、適格性基準を満たした15の論文が残され、レビューに含まれた。7件の研究（Stark et al 2000,Edmonds et al 2009,辻 2010,Park and Park 2012,Lin et al 2014,Van Diest et al 2014,Critchley et al 2015）は、スローペースの呼吸を扱っていた。HRVバイオフィードバックの効果を調査した研究は5件（Lehrer et al 2003,Siepmann et al 2008,榊原 et al 2013,Gruzelier et al 2014,Gross et al 2016年)禅丹田呼吸の効果を分析した研究は2件（Fumoto et al 2004,Yu et al 2011年)プラナヨガ呼吸を調査した研究は1件（Kharya et al 2014）であった。

これらの研究で採用された方法論の説明と主な結果をそれぞれ表3,表3,表4,表4に示し、研究で発見された生理学的、心理学的、行動学的データの詳細は付録2に報告されている。

表3　含まれる研究

表4　アウトカム

総合的な調査結果

呼吸と循環器系

ゆっくりとしたペースの呼吸と循環器系

ゆっくりとしたペースでの呼吸に関連した心肺パラメータと心理学的/行動学的転帰との関連性は、4つの研究で一貫して認められた。Edmonds et al 2009）は、6b/分のペース呼吸を異なる吸気/吐息比で行うと、低周波（LF）範囲のすべてのNN間隔（SDNN）とHRVの標準偏差が増加する一方で、高周波（HF）範囲と極低周波（VLF）範囲の寄与が減少することを示した。生理学的変数と心理学的/行動学的転帰との間には関係が見られた：単一項目の尺度を使用して、参加者は、SDNNとLFの値が最も高いことを特徴とする呼吸状態に関連して、最も強く知覚された楽さと快適さのレベルを報告した。ParkとPark（2012）は、10b/分でペースを合わせた呼吸では、自発呼吸に比べてLF/HF比が減少し、HFパワーが増加することを発見した。LFパワーを考慮した場合、両条件間に有意差は認められなかった。性格形質は、Temperament and Character Inventory（Lee and Hwang, 2009）を用いて評価した。CooperativenessはHFパワーと逆相関を示したが、Self-TranscendenceはLFパワーとHFパワーの両方と逆相関を示した。（Lin et al 2014）は、2種類の異なる吸気/吸気比（5:5と4:6）で6と5.5b/分のペース呼吸を行った場合、すべてのペース呼吸セッションにおいて、対照条件（自発呼吸）と比較して、SDNN、LFパワー、LF/HF比が高く、HFパワーに一貫して有意差がないことを明らかにした。すべてのペースド呼吸セッションはコントロール条件と比較して、リラックスの主観的知覚の増加と関連していた;分散してみると、ペースド呼吸とコントロールセッションの間には、主観的知覚不安の差は認められなかった。Van Diest et al 2014）は、12b/分と比較して、6b/分のペース呼吸では、12b/分と比較して、吸気/吸気比の異なる6b/分のペース呼吸では、RSAが高く、LFが高く、HFパワーが低いことを観察した。6b/分のペース呼吸は、12b/分の呼吸と比較して、Smith Relaxation States Survey（Smith, 2001）で測定されたように、主観的レベルでは、より高いポジティブエネルギー、より高い快感、およびより低い覚醒レベルが特徴であった。

スローペース呼吸に関連した心肺パラメータと心理学的/行動学的転帰との間に明確な関連性は認められなかったのは2件の研究のみでした。Stark et al 2000）は、9b/分のペースでの呼吸は、より高いペースでの呼吸回数（12,15,18b/分）と比較して、HRV、LF、HFパワーが高く、LF/HF比が高いことと関連していることを明らかにした。しかし、自己評価マニキン尺度（Bradley and Lang, 1994）の感情スコアと単項目の精神的努力尺度では、これらの異なるペースの呼吸頻度の間で差は見られなかった。Kharya et al 2014）は、150日間（週5日/30分/日）の練習を行った後、プラナヨガ（ゆっくりとした呼吸)スダルシャン・クリヤ・ヨガ（速い呼吸)コントロール条件（自発呼吸）の間で、HFとLFパワー、LF/HF比に差がないことを発見した。心理・行動面では、対照群と比較してプラナ ヨガ群では、ライフ スタイル マネジメント尺度の改善が見られた。

HRVバイオフィードバックと心肺機能

HRV バイオフィードバックに関連した心肺パラメータと心理学的/行動学的転帰との関連性は、3 つの研究で確認されている。Lehrer ら (2003) は、10 回のバイオフィードバック (呼吸回数を 5.4 b/分～6 b/分の範囲で 30 分間維持) を行うと、対照条件 (自発呼吸) と比較して HRV と LF の出力が増加し、同時に HF の出力が低下することを明らかにした。ここで重要なのは、セッション後の安静時に高い HRV 総出力が維持され、その間に呼吸数が正常に戻ったことである。さらに、バイオフィードバック・トレーニングの累積的な効果を示すものとして、各セッションの終了時（最後の5分間）のHRVは、セッション開始時（最初の5分間）よりも有意に高くなってた。バイオフィードバックセッション後の被験者は、Side Effects of Relaxation Scale（Kotsen et al 1994）によって測定されるような副作用（例えば、不安、押し付けがましい思考、またはコントロールを失う恐れ）は有意に低かったが、Relaxation Inventory（Crist et al 1989）によって測定されるようなリラクゼーションに対する効果はなかったと報告した。（Gross et al 2016）は、エリートスポーツ環境のサポートスタッフと管理スタッフのメンバーにおいて、5セッションのHRVバイオフィードバックを行うと、ベースラインと比較して、HRV総パワー（HRV総パワーとSDNN）とLFパワーが増加することを発見した。心理・行動レベルでは、ライフスタイル変数、認知的再評価と表現抑制に基づく感情調節（Emotion Regulation Questionnaire（Gross and John, 2003）で測定）に変化は見られなかったが、HRVバイオフィードバックの習慣的な使用が増加していることがわかった。しかし、著者らは、HRVバイオフィードバック介入後に、適応的で体性に基づく感情調節戦略の習慣的な使用が増加していることを発見した（Somatic Strategies and Somatic Suppression scale（Somatic Strategies and Somatic Suppression scale）を用いて測定したところ、Gross et al 2016））。Gruzelier er al)。 (2014) は、ダンス・コンセルヴァトワールの学生に対して 10 回の HRV バイオフィードバックの効果を、介入なしのグループと比較して調査した。彼らは、HRVバイオフィードバック群のみでSDNNの有意な増加を発見した。心理学的/行動学的レベルでは、不安レベル (Depression, Anxiety, and Stress Scale, Lovibond and Lovibond, 1995で評価) は、対照群と比較して HRV バイオフィードバック群で減少した。評価された他の心理学的変数 (すなわち、創造性、Insight Problems TestsおよびAlternate Use Tests) には違いはなかった。

2つの研究では、心肺パラメータとHRVバイオフィードバックに関連した心理学的/行動学的転帰との間に明確な関連性は認められなかった。Sakakibara ら (2013) は、健康な若年成人を対象に、就寝前に実施した HRV バイオフィードバック、自己誘発性トレーニング、無治療のコントロールの効果を、翌晩の 2 日間の HRV に及ぼす影響を比較した。その結果、バイオフィードバック群では睡眠中にのみHFパワーが増加したのに対し、自己誘発性トレーニング群と対照群では変化がなかった。さらに、HRVのBiofeedback群では両晩の間にHFパワーが上昇していたのに対し、自因性トレーニング群や対照群では変化していなかった。しかし、状態不安（State-Trait Anxiety Inventory, Spielberger er al)。 Siepmann et al 2008)は、うつ病の被験者と健常者を登録し、HRVバイオフィードバックを6セッション受けさせ、能動的な対照状態で健常者と比較した。健常者では、HRV バイオフィードバックのセッションを受けても HRV の有意な変化は見られなかった。さらに、Beck Depression Inventory (Beck et al 1961) および Statate-Trait Anxiety Inventory で測定した心理学的/行動学的変化は認められなかった。

呼吸と中枢神経系

4つの研究では、神経生理学的パラメータと心理学的/行動学的転帰との間に一貫して関連性があることが明らかになっている。Fumoto et al 2004）は、自発的な腹式呼吸（禅丹田呼吸）を3～4b/分で行うと、自発呼吸と比較して脳波で10Hzのαピークが有意に減少し、頭頂部で有意に高いα2活性（10～13Hz）が誘導されることを明らかにした。主観的レベルでは、参加者はProfile of Mood States（McNair et al 1971）サブスケールのスコアで活力活動の改善を報告し、Profile of Mood StatesサブスケールとState-Trait Anxiety Inventory（Spielberger et al 1983）の両方で評価された不安の減少を報告した（条件間のスコア差は有意ではなかったが）。Yu et al 2011）は、禅丹田呼吸を3-4b/minで行ったところ、近赤外分光法で測定した酸素化ヘモグロビンのレベルが前頭前野（Brodmann領域9と10）の前部で有意に増加し、脳波のαバンドの活動が増加し、自発呼吸に関してシータバンドが減少したことを発見した。禅丹田呼吸の後、被験者はコントロール条件と比較して、Profile of Mood StatesのTension-Anxiety、Depression-Dejection、Anger-Hostility、Confusionのサブスケールのスコアが減少したことを報告した。Park and Park (2012)は、ペース呼吸を10b/分で行った場合、自発呼吸と比較して左前頭前野、右側頭前野、左頭頂野の脳波シータパワーが減少し、大脳皮質全体のアルファパワーが増加することを示した。害の回避、目新しさの追求、持続性、自己指向性、自己変革などの性格形質（テンペラメントと性格目録のサブスケール）は、脳波αパワーと正の相関があった。Critchley et al 2015）は、fMRI研究で、5.5 b/minでのペース呼吸時に、10 b/minと比較して、多数の脳領域でBOLD（Blood Oxygenation Level Dependent）活動が増加していることを発見した。大脳皮質下の構造が含まれてた。皮質下構造は、(1)ポン背丈、(2)視床領域、(3)小脳、(4)線条体、(5)Kölliker-Fuse（視床下部核)(6)視床下部核、(7)大脳皮質、(8)灰白質周囲、(9)視床下部、(10)海馬であった。活性化された皮質領域は (1)運動野、(2)補運動野、(3)頭頂皮質であった。5.5b/min条件では、対照条件と比較して、全参加者に渡って注意力（視覚的アナログスケールで測定）の増加傾向が認められた。このレビューでは、脳活動とHRVの相関を試みた唯一の研究であり、HRVと髄質と海馬の活性との間には正の相関があり、前島皮質、後頭前皮質、左後頭皮質の活性との間には負の相関があることが示されている。

最後に、辻（2010）は、脳波αパワーを考慮した場合も、二次元気分尺度を用いた気分の自己評価（Sakairi et al 2013）を行った場合も、ゆっくり（4b/min）呼吸と自発呼吸の間に差は認められなかった。これらの否定的な所見の説明として考えられるのは、本研究の統計力の低さ（10人の被験者のみが登録された）に起因するものである。

バイアスのリスク

チェックした記録の大部分は、慢性および急性疾患の臨床転帰に対するゆっくりとした呼吸法の貢献に焦点を当てたものであったため、レビューからは除外された。多くの研究では、呼吸法、姿勢、瞑想の組み合わせを特徴とする介入の効果を調査しているが、特定の呼吸法を行っている間の感情的刺激の効果を調査しているものもあった。ペース呼吸は他の種類の介入と混在しているか、被験者への能動的な刺激（例えば、怒りやストレスの誘発）の間に使用されていたため、これらの研究はすべて、呼吸変調の特定の心理生理学的効果を明確に特定できなかったため、レビューから除外された。多くの研究は、意識的な呼吸の調節を目的としたものではなく、瞑想者が自分の呼吸リズムをコントロールしようとするのではなく、むしろ非判断的な方法で呼吸を観察することを必要とするテクニックに焦点を当てているため、除外された。最後に、他のいくつかの研究では、実験のセットアップと適用された方法論の厳密な説明が欠けており、研究の再現性を妨げていたため、結果的にレビューから除外された（すべての研究を除外した理由については、図11を参照してほしい）。

対象となった研究に関しては、10件の研究が被験者内計画を採用し、5件の研究が事後計画を採用していた。縦断的デザインや無作為化比較デザインを採用した研究はなかった。バイアスのリスクと方法論の質は、最初の2人の著者（AZとAP）が2つの異なるツールを用いて独立して評価した。査読者間の意見の相違は、3人目の査読者（AG）との話し合いで解決した。被験者内デザインに関しては、Single-Case Reporting Guideline In Behavioural Interventions (SCRIBE) Statement (Tate et al 2016a,b)に従った。ポスト前のデザインに関しては、いくつかの出版されたシステマティックレビュー（Cummings et al 2008年参照）を参考にした質評価ツールを採用した。どちらの評価ツールを用いても、含まれる研究の質は十分なものから良好なものまでの範囲であることが明らかになった。被験者内デザインについては、主な懸念事項は、盲検化条件がないこと（これは本質的にゆっくりとした呼吸法の介入に依存している)参加者の人口統計学的データの記述がないこと、生のデータベースやプロトコルデザインへのアクセスがないことに関連していた。ポスト前のデザインに関しては、主な懸念事項はサンプリング方法、統計的に正当化されていないサンプルサイズ、群の割り付けにおける無作為化の欠如に関連している。チェックリストは、それぞれ補足表2,3に、対象者内および事後設計について示している。

考察

主な所見のまとめ

ここでは、心理学的および行動学的に有益な効果が実証されている根拠となる生理学的メディエーターを特定することを目的として、東洋と西洋の両方のゆっくりとした呼吸法の心理生理学的効果に関する文献をレビューした。その結果、健康な被験者がゆっくりとした呼吸法を受けた場合の生理学的パラメータと心理学的・行動学的転帰との間には、限られた証拠ではあるが興味深い関係があることがわかった。収集された証拠の少なさは、調査した手技と参加者の選択基準の不均一性に起因することがほとんどであることを強調しておかなければならない。その結果、場合によっては、異なる研究から得られた結果が矛盾した結論につながることもある（表4参照）。さらに、生理学的変化と心理学的/行動学的転帰との相関関係を明示的に推定した研究はなかったが、ParkとPark（2012）は例外で、（ゆっくりとした呼吸法での）HRVと脳波に関連した生理学的変化と安定した人格特性との相関関係に焦点を当てており、ゆっくりとした呼吸法に直接関連した心理学的/行動学的状態の変化には焦点を当てていなかった。これらの限界にもかかわらず、一方では特定の心肺系および中枢神経系のパラメータ、他方ではポジティブな心理学的/行動学的転帰を考慮した場合、いくつかの共通の傾向が確認された。

 

スローペース呼吸法（スローペース呼吸とHRVバイオフィードバックの両方に関連している）は、HRVとRSAを増加させることで心肺系と相互作用しているようで、副交感神経系が強く関与していることを示唆している（Reyes del Paso et al 1993年;Berntson et al 1997）。異なっているが、HFとLFパワーを考慮すると、主に呼吸周波数に依存して、不均一で矛盾した結果が見られた。ParkとPark（2012)Stark et al 2000）はHFパワーの増加（ゆっくりとした呼吸法 vs. コントロール条件）を観察したが、他の研究では変化がない（Siepmann et al 2008;Kharya et al 2014;Lin et al 2014）か、あるいはHFパワーの減少さえも観察した（Lehrer et al 2003）。さらに、榊原 et al 2013）は、睡眠前にHRVバイオフィードバックセッションを行うと、翌晩の睡眠中にHFが増加することを発見した。LFパワーを考慮すると、ある研究グループでは、ゆっくりとした呼吸法とコントロールの比較での増加が強調されていた(Stark et al 2000; Lehrer et al 2003; Edmonds et al 2009; Lin et al 2014; Van Diest et al 2014; Gross et al 2016)が、他の著者は2つの条件の間に差を認めていなかった(Park and Park, 2012; Kharya et al 2014)。

 

これらの矛盾にもかかわらず、含まれている研究のいくつかでは、共通の傾向が現れている、すなわち、ゆっくりとした呼吸法（6 b/min付近）の間のHRV-SDNNパワーおよびLFパワーの増加と、不安の減少という心理的/行動的転帰との関連性（Gruzelier et al 2014年)リラクゼーション（リラクゼーション）の副作用（Gruzelier er al 2014)リラックスの副作用（Lehrer et al 2003)および覚醒（Van Diest et al 2014）とともに、容易さおよび快適さの増加（Edmonds et al 2009)リラクゼーション（Lin et al 2014)ポジティブなエネルギーおよび快感（Van Diest et al 2014)および興味深いことに、体性に基づく感情制御戦略（Gross et al 2016）。我々は、HRVとLFパワーの増加が、ゆっくりとした呼吸法の心理的/行動的なポジティブな結果に関連する重要な生理学的基質である可能性があるという仮説を立てている。しかし、上記の研究ではセッション直後ではなく、ゆっくりとした呼吸法を行っている間にHRVの特徴を測定しているという事実を強調することが重要だ（Lehrer et al 2003年を除く）。6 b/分でのゆっくりとした呼吸は、LFパワーバンドの呼吸周波数の振動を増幅させる可能性があるため、これが交絡因子となる可能性がある（Aysin and Aysin, 2006）。しかし、Lehrer ら (2003) の研究では、セッション後の安静時に呼吸周波数が正常に戻っている間は HRV 出力が高い状態を維持できるという証拠が得られている。

 

中枢神経系を考慮した場合、頭皮の脳波活動を考慮した場合、ゆっくりとした呼吸法はしばしばαパワーの増加とシータパワーの減少と並行していた（Fumoto et al 2004; Yu et al 2011; Park and Park, 2012）。Yu et al 2011）は、近赤外分光法で測定したところ、前頭前野前部の酸素化ヘモグロビン量が増加していることを報告している。さらに、唯一のfMRI研究（Critchley et al 2015）では、ゆっくりとした呼吸法は、自発的呼吸に関係する前頭前野、運動野、頭頂部皮質、およびポンズ、視床、視床下部、視床下部などの皮質下層領域のBOLD活動を増加させることが明らかになった。著者らは、島の活性化が HRV の出力と反相関していることも発見している。ゆっくりとした呼吸法によって中枢神経系の活動を調節し、その結果、脳波α出力が増加し、脳波θ出力が減少することは、心理学的/行動学的転帰を考慮した場合、ポジティブな転帰、活力活動の改善、不安、抑うつ、怒り、混乱の減少と確実に関連していることが明らかになった（Fumoto et al 2004; Yu er al)。

本システマティックレビューで報告された結果から、ゆっくりとした呼吸法の心理生理学的モデルの構築を試みることができる。一般的に、ゆっくりとした呼吸法は、自律神経、大脳、心理的柔軟性の相互作用を高め、副交感神経と中枢神経系の活動を結びつけ、感情のコントロールと幸福感の両方に関連している。ゆっくりとした呼吸法は、迷走神経の活動を媒介として、交感神経よりも副交感神経の自律神経系の優位性を促進するように思われる(Streeter et al 2012; Brown et al 2013)。

迷走神経は、胃腸系、心血管系、肺系からの間受的情報を腓骨核を介して中枢神経系に伝達する。心血管系内の迷走神経緊張の増強は、HRV パワーと RSA の両方の増加によって反映される。HRV の変調は呼吸周波数に大きく依存しており、呼吸が遅くなるにつれて増加することを強調する価値がある (Song and Lehrer, 2003)。

RSA は一貫して副交感神経活動の頑健な指標と考えられており（Reyes del Paso et al 1993)主に 2 つのメカニズムによって駆動されることが証明されている。

• (1) 吸入中の胸腔内圧の低下が静脈還流の増加を促進し、その結果、心拍数の増加を引き起こすストレッチ受容体によって登録される(Bainbridge Reflex, Bainbridge, 1915)、
• (2)肺C線維性求心性因子の刺激による迷走神経性心電図活動の抑制(Shykoff et al 1991; Horner et al 1995; De Burgh Daly, 2011)である。

ホメオスタシスの調節および酸素取り込みの改善（Hayano et al 1996; Yasuma and Hayano 2004）およびゆっくりとした呼吸法の間の肺ガス交換（Bernardi et al 1998; Giardino et al 2003）におけるRSAの積極的な役割を示唆する証拠が増えてきている。この枠組みの中で、呼吸リズムの緩慢化とRSAの増加とを結びつける一貫した証明を発見した（Van Diest et al 2014）。Jerath et al 2006）は、副交感神経系の活動の優位性を説明する別のゆっくりとした呼吸法に関連したメカニズムを仮定した。彼は、肺のストレッチ受容体（すなわち、Herin Breuerの反射）と肺結合組織（線維芽細胞）のストレッチが関与していると仮説を立てた。肺組織の伸張は、実際には、線維芽細胞の活動が伸張受容体および過分極電流のゆっくりとした適応を助長するので、抑制性シグナルを生成する（Matsumoto et al 2000;Kamkin et al 2005）。

 

9-10 b/分のゆっくりとした呼吸法は、通常、HFパワーの増加と関連している(Stark et al 2000; Park and Park, 2012)。逆に、ゆっくりとした呼吸（6b/min程度）はLFパワーを増加させ（Stark et al 2000;Lehrer et al 2003;Edmonds et al 2009;Lin et al 2014;Van Diest et al 2014年)通常は交感神経の活性化と関連している（Vincent et al 2008）。しかし、すでに述べたように、非常に低い呼吸周波数がLFパワーの周波数間隔(0.04-0.15 Hz)と重なり、パワーの「偽陽性」増加を引き起こす可能性があるため、これらの結果の解釈はそれほど単純ではない(Aysin and Aysin, 2006)。

その後、副交感神経優位へのシフトは、傍索核を介して視床および大脳辺縁系への投射を送る距骨核を介して中枢神経系に伝達される（Streeter et al 2012;Brown et al 2013）。この枠組みの中で、Critchley et al 2015)は、ゆっくりとした呼吸法を行っている間、島皮質のBOLD活動とHRVとの間に反相関があることを発見した。

同時に、ゆっくりとした呼吸法は、呼吸リズムを能動的に制御することを目的とした呼吸モニタリングへの注意の自発的なシフトに由来する脳のトップダウンプロセスによって必然的に駆動される。これらのトップダウンプロセスの性質は、Gard et al 2014)が開発したヨガのモデルから推測することができる。ヨガは、肉体的・精神的な練習を含むより複雑な訓練でありながら、ゆっくりとした呼吸法との顕著な共通点がある。Gardのモデルでは、ヨガには注意力、ワーキングメモリ、エグゼクティブモニタリングなどのトップダウンの要素が関係しているのではないかと仮説を立てている。

これらの機能に関連する脳ネットワークは、背外側前頭前野と後頭頂皮質の両方を含む中央幹部ネットワーク（Goulden et al 2014）と、背外側前頭前野と前帯状皮質、下前頭接合部、前補運動野、頭頂内溝を含む前頭前野ネットワーク（Seeley et al 2007;Vincent et al 2008;Harding et al 2015）である。Taylor et al 2010）は、ゆっくりとした呼吸法などのマインド・ボディ・セラピー（すなわち、心と身体の間の機能的なリンクに焦点を当てたテクニック）についてのレビューの中で、これらの実践の基本的な基質としての幹部恒常性ネットワークの存在を示唆している。このネットワークには、前帯状皮質、前頭前野、島皮質、生理学的な自己認識と認知調節に関与する領域が含まれている。この仮説は、ゆっくりとした呼吸法の実践中に前前頭前野、運動野、補運動野、頭頂部皮質でBOLD活性化が認められたCritchley et al 2015）とYu et al 2011）によって部分的に支持されている。

 

脳波レベルでは、ゆっくりとした呼吸法はシータの減少とアルファの活動の増加と関連している。アルファパワーの増加は、マインドフルネスの神経生理学を扱う最近のシステマティックレビュー（Lomas et al 2015）に記載された結果と一致しており、内向きの注意（すなわち、呼吸という自己調節された行為への）の増加の指標として解釈されている。我々は、ゆっくりとした呼吸法の間に発生する進行性の感覚脱離が、アルファの増加とより高いDMNの同期化の両方を可能にする内向きの注意のシフトを誘導するという仮説を立てた。視床はα域のバーストモード活動に強く関与しており、シータリズムの基礎となる他のペースメーカーの発現を阻害している。この仮説によれば、瞑想状態が深まることでシータリズムが出現し、そのオフ周期によって意識状態の変化に基本的な役割を果たしていると考えられる。

 

意外なことに、ゆっくりとした呼吸法の研究の大部分は、その修正がプラナヤマのメール目標の一つと考えられている場合でも、意識の状態に対するゆっくりとした呼吸法の効果を直接調査していなかった(Iyengar, 1985)。私たちの知る限りでは、呼吸に関連した意識状態の変化を分析した研究は1つだけであるが、それは速い呼吸法を採用していた（Holotropic Breathwork, Rock er al)。

我々は、意識状態の変化の主観的な経験は、特にDMN内での皮質機能的接続性の再配置に依存していると推測している。この皮質構造の活動は、瞑想（Brewer et al 2011年)サイケデリック物質（Carhart-Harris et al 2014年)睡眠（Chow et al 2013）によって誘発される意識状態の変化と関連していることがわかっている。

 

ゆっくりとした呼吸法と意識との関連を説明するもう一つの神経生理学的枠組みは、嗅球によって発揮される視床と皮質の活動の微調整に関連している。この構造の神経パターンは、鼻孔呼吸中の嗅上皮の機械的刺激によって調節される（Fontanini and Bower, 2006; Piarulli er al)。 すべての研究で特定されていないとしても（表3）,3)ゆっくりとした呼吸法の大部分が鼻呼吸を介して行われていることはもっともらしい（Jerath et al 2006）。

さらに、歴史的に指摘されているように（Ramacharaka, 1903)鼻呼吸は瞑想のあらゆる形態の基本的な側面である。動物モデルと特定のプラーナヤマ技法に関する研究では、鼻呼吸は上鼻孔にある受容体を通じて自律神経系と脳活動の両方を調節することができることが示唆されており、これらは機械的刺激と化学的刺激の両方に敏感である(Wrobel and Leopold, 2005; Buonviso et al 2006; Kepecs et al 2006)。

動物モデルとヒトを対象とした初期の研究では、鼻刺激と脳活動との間に直接的な関係があり、胸部呼吸活動とは無関係であり、鼻粘膜の麻酔によってその関係は消失した（Adrian, 1942; Hobson, 1967; Servít and Strejckovà, 1976; Servit and Strejckovà, 1979; Kristof et al 1981; Servít et al 1981; Sobel et al 1998）。

最近の研究では、多くの脳皮質および皮質下の領域で呼吸速度と同じ周波数の有意な振動が存在することが示されたが、これらは気管切開後に消失し、鼻腔内へのリズミカルな空気パフの送達によって胸部呼吸とは無関係に回復した。これらの領域には、嗅球、海賊状皮質、体性感覚野、前頭前野、および海馬が含まれていた（Fontanini et al 2003; Ito er al 2014;Viczko et al 2014;Yanovsky et al 2014;Lockmann et al 2016;Nguyen Chi et al 2016;Biskamp et al 2017;Liu et al 2017;Wu et al 2017;Zhong et al 2017）。) 鼻呼吸の、海賊状皮質、扁桃体、および海馬の活動に対する調節効果は、ヒトにおいて明確に実証されている(Zelano et al 2016)。

 

これらの証拠に基づいて、私たちの研究室から最近発表された研究（Piarulli et al 2018）では、嗅上皮の超低速の機械的刺激が、主にDMN構造を含む大脳皮質全体にわたるデルタシータ脳波活動の増強を誘導し、全体的な情報の流れの方向性の後方-前方から前方への反転と、深い瞑想状態で経験したものと現象学的に重なる意識状態の変化に関連していることを発見した。

これらの結果を総合すると、鼻からの刺激が、ゆっくりとした呼吸法、脳と自律神経の活動、心理学的/行動学的なアウトプットの間の基本的なつながりを表していることが確認された。今後の研究では、この仮説を検証することを目的とし、鼻呼吸を行っているときのゆっくりとした呼吸中の脳活動と口呼吸中に検出された脳活動を比較することも考えられる。

限界

この系統的レビューから浮かび上がってくる一般的な考察は、実験計画と呼吸法の記述の両方を考慮した場合に、科学的文献に標準化された方法論が欠如していることである。本研究の当初の目的は、既存の文献のメタ分析を行うことであったが、選択された実験群、介入、およびアウトカムの不均一性のため、統計的なプーリングは不可能であった。この問題は、ヨガとマインドフルネスに基づく介入を扱ったGotink et al 2016）とPosadzki et al 2015）ですでに強調されている。今後の研究への示唆として、今後の研究では以下のことが必要であろう。(i)呼吸法と瞑想の実践の各側面の役割を直接切り離し、(ii)ゆっくりとした呼吸法と健康との間の相関関係と（おそらく）因果関係を引き出すために、生理学的変数と心理学的/行動的変数の両方を測定し、(iii)より堅牢な縦断的研究を採用して、ゆっくりとした呼吸法の実践の長期的な効果を調査し、(iv)ゆっくりとした呼吸法の悪影響の可能性を考慮する必要がある。

さらに、呼吸法研究の方法論的な質を高めるために、科学的文献に記載されているチェックリストを提案する。ナッシュとニューバーグ（2013）は最近、すべての瞑想法における呼吸の重要性を述べている。瞑想の分類法を作ろうとする彼らの試みでは、呼吸は瞑想法の科学的定義のために記述しなければならない8番目のポイントである。しかし、彼らは “呼吸の種類やコントロールについて具体的な推奨事項があるかどうか “だけを記載することを提案している。呼吸法の研究をより標準化するために、以下のような拡大チェックリストを採用することを提案している。

1. 呼吸が意識的に参加しているかどうかの特定
2. 他のテクニックが呼吸に関連しているかどうかを明記してほしい（例：「体の中で呼吸を感じる」、口で音を出す、呼吸に関連したマントラ、呼吸に関連したイメージなど）。
3. 平均呼吸回数と、もしあれば、呼吸回数に大きな変化があるかどうかを明記してほしい。
4. 呼吸中に空気が口を通るか鼻孔を通るか（両方、左、右、交互)口と鼻孔の両方を通るかを指定する。
5. 吸引（あれば）と呼気の一時停止（あれば）の有無と時間を指定してほしい。
6. 霊感/霊感比を指定する。
7. 呼吸が胸式か腹式かを指定する。
8. 使用するメトロノームの種類を指定してほしい（該当する場合）。
9. (該当する場合は) 吸引相の間の空気圧を指定してほしい。

結論

健康な被験者において、副交感神経活動、感情コントロールに関連する中枢神経系活動、心理的幸福感に関連する心理生理学的な柔軟性の増加が、ゆっくりとした呼吸法によって確認された。特に、6b/minでのゆっくりとした呼吸法によって誘発されるHRVパワーとLFパワーの増加、脳波αパワーの増加と脳波θパワーの減少、および心理学的・行動学的効果との間に信頼できる関連性が見出された。この証拠は、残念ながら、ゆっくりとした呼吸法の文献によく見られる明確な方法論の記述がないことによって弱められている。したがって、これらの関連性を明確に評価するためには、さらなる研究が必要である。唯一の少数の著者は、体系的にゆっくりとした呼吸法の心理生理学的効果を記述しようとしたことがあり、より少ない数は、瞑想の練習にそれらを関連付けることを試みている。認知的なものや感情的なものなどの他の重要なメカニズムと比較すると、呼吸は「補助的な」役割に限定されているようである。

最後に、様々な瞑想法における呼吸の純粋な貢献を切り離すためには、より多くの研究が必要とされている。ナッシュとニューバーグ(2013)が述べているように、異なる方法(例えば、注意に基づいた方法と呼吸に基づいた方法)では、同じような状態になる可能性がある。私たちはここで、このトピックに関する研究を改善するのに役立つであろう簡単なチェックリストを提案する。私たちの考えでは、ある種の瞑想的実践とゆっくりとした呼吸法は、ある点までは似たようなメカニズムを共有している可能性がある。HRV、RSA、シータ、アルファ脳波帯の活動、皮質および皮質下脳領域の活性化、ポジティブな心理学的/行動学的成果との相互関係については、いくつかの収束したデータが存在している。さらに、鼻孔（より具体的には嗅上皮）がゆっくりとした呼吸法で果たす役割については、まだ十分に考慮されておらず、理解されてもいない。動物モデルとヒトの両方から得られた証拠は、嗅上皮の運動知覚特性を刺激する鼻孔ベースの呼吸が、ゆっくりとした呼吸法の心理生理学的効果を支える重要な神経生理学的メカニズムの1つである可能性があるという仮説を支持している。