来打个赌，你不能边吸气边说话

科学大院2024年05月10日约 6 分钟

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图片来源：Unsplash

挑战！请尝试：一边吸气，一边说话。

聊天、哼曲、吼叫（?），我们几乎每天都会进行这些发声行为。理所当然地，我们会 视发声为平常 ，“以为”我们 时刻都可以发声 。但一个简单的小实验告诉我们：至少在吸气时，我们不能说话。
有些时候，你会发现一些人聊到兴起，忍不住滔滔不绝，似乎没有人能打断他们。鉴于吸气与发声 无法共存 ，如果他们真的停不下来说话，大概会发生把自己“ 聊死 ”这样的惨剧。
好在，我们从没有听过这样诙谐又恐怖的事件发生。毕竟人体总是会优先保障一个 最基本的需求——生存 。如果发现即将缺氧，那么大脑会强迫你停止发声，赶紧呼吸。毕竟，活着才是第一要务。
发声与呼吸紧紧地捆绑在一起。我们似乎总是 在呼气时说话，吸气时停止说话 。因为发声需要从肺部释放气流，流经喉部，迫使声带振动，才能发出声音。这其中的关键是 气流与声带振动 。
不过，如果仔细思考，吸气显然也会让空气流经喉咙，为何逆向过程无法触发声带振动呢？为何我们不能在吸气时说话，拥有无时无刻喋喋不休的能力呢？为什么我们不会“聊死”呢？
精细而复杂
要想理解前两个问题，我们还需要更详细地理解发声这一过程。尽管发声系统的 复杂性因物种而异 ，但产生声音的基本过程却有着 相似之处 。正如前文所说，发声需要气流与声带的振动，这与喉部息息相关。

图片来源：Wikipedia
喉是一种古老的器官。当鱼从海洋爬上陆地，演化为各种动物，这一过程遇到的一个重要问题是，需要 将呼吸的空气与摄入的食物分开 。喉部的功能就像是气管的“ 前厅 ”，其内部有一层名为会厌的软骨，可以防止食物或者液体掉入气管，引发窒息。而在会厌的下方，哺乳动物演化出了额外的组织褶皱，这层褶皱正是我们发声必备的声带。
而要想使声带振动，通常需要 喉部收缩 ，让 声带内收 ，这样气流通过时才能激起褶皱的振动。如果你有意识地去感受，或许能发现，当挤压自己的喉咙时，发出的声调通常偏高，而努力拓宽喉咙时，则能发出低音。这一过程其实正是在 拉紧或放松声带 ，从而 调节声带振动的频率 。
然而，当我们试图吸气时，为了保证吸气的高效，喉部需要打开，也就是 声带外展 ，自然无法引起声带振动而发声。当然，这是在自然放松的前提下，此时我们吸气不会感到任何滞涩。但如果你有意识地收紧喉部，同时吸气，其实也能发出一些类似“惊呆我”的感叹声，只不过会感到吸气困难而已。

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声带与呼吸复杂而精细的协调运动，使动物能够发出声音，彼此交流。但科学家依然好奇，在涉及生命威胁时，发声为何一定能为吸气让步？ 如何保证呼吸的优先级高于发声呢？ 主导行为的“操纵者”
无论哪一种行为，都受神经回路调控。比如，声带闭合或外展会受喉部运动神经元控制，而呼吸运动则由复杂的呼吸回路控制。在喉部运动和呼吸之间，显然也存在神经回路， 能无缝且丝滑地调控二者的灵活切换，且能保证呼吸回路的优先级。 为了探索这种主导行为背后的“操纵者”，美国麻省理工学院的研究团队开始使用小鼠模型，试图确定控制声带内收的神经元，并 探究这些神经元会如何与呼吸回路相互作用 。
小鼠的发声，同样需要呼气，使气体流经几近闭合的声带。声带的内收会在中间留下一个非常小的小孔，当气体穿过小孔时，就像吹口哨一样，能让小鼠发出超声波，来与彼此交流，这一过程也被称为 超声波发声 （ultrasonic vocalization，USV）。
研究人员知道，声带内收由喉部运动神经元控制，于是他们使用神经示踪剂来绘制神经元之间的突触连接，开始向后追踪，以寻找支配它们的神经元。经过观察，研究人员在后脑区发现，一组位于 疑后核 （retroambiguus nucleus，RAm，此前的研究已锁定它与发声有关）的运动神经元在小鼠USV期间被 强烈激活 。最终，研究人员锁定了RAm中的一部分发声特异性神经元，称为RAm ^VOC 。

图片来源：原论文
当研究人员阻断 RAm ^VOC 神经元时，小鼠不再能发出USV或任何其他类型的声音，它们的 声带不会闭合 ，腹部肌肉也不会收缩。反之，当RAm ^VOC 神经元被激活时，小鼠的声带又能关闭， 产生USV，同时呼气 。而且，激活时间越长，呼气和发声的时间也越长。
但如果 持续刺激 RAm ^VOC 神经元两秒或更久，USV就会 被吸气过程打断 。在长时间的RAm ^VOC 激活过程中，小鼠会 周期性地中断发声来吸气 。呼吸的需求明显“盖过”了研究人员对RAm ^VOC 神经元施加的刺激。
为了找出幕后“真凶”，研究团队绘制了那些会向RAm ^VOC 神经元提供抑制信号的神经元的图谱。由此，他们发现抑制信号大多来源于脑干中控制呼吸节律，被称为 前包钦格复合体 （preBötC）的部分。

图片来源：原论文
当研究人员阻断 preBötC与RAm ^VOC 的连接时，小鼠 很难中断发声 来进行呼吸。与正常情况下相比，小鼠的呼吸会浅很多。而且吸气时，小鼠还会发出嘶哑、类似哮喘的声音。
研究表明，RAm ^VOC 神经元 能控制声带内收 以发出声音，但会定期被preBötC 抑制，从而保证呼吸顺畅进行。这项研究揭示了呼吸与发声协调运动背后的神经回路，已于今年3月发表于《科学》（ Science ）上。
回顾人类的进化，在我们与早期猿类祖先分化后，发声器官的形状就发生了变化。人类的嘴部开始变小，突出程度有所减少，舌头也向下移动，将喉位拉低，使我们有了更长的脖子。这些变化都让人类能够无比精确地控制各种微小的肌肉，发出其他动物无法实现的复杂声音。
但机遇总是伴随着风险。 由于喉位下降，我们吃的所有食物都必须经过喉部，错开气管，而后进入食道。这其中的惊险在于，一旦食物走错位置，就会发生呛噎。似乎，这些提升我们发声能力的结构，反而让我们能更有效地窒息而亡。
为了避免这种“高效”，还请大家注意：避免在说话时急切地进食和饮水，这会大大增加呛噎的风险；或者持续说太久，也可能导致喉咙疲惫，引起呛咳。
参考文章： [1]https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi8081 [2]https://news.mit.edu/2024/how-brain-coordinates-speaking-and-breathing-0307 [3]https://www.nih.gov/news-events/nih-research-matters/coordinating-speech-breathing-brain [4]https://www.smithsonianmag.com/smart-news/scientists-discover-how-some-whales-can-sing-while-holding-their-breath-underwater-180983836/ [5]https://www.npr.org/2010/08/11/129083762/from-grunting-to-gabbing-why-humans-can-talk [6]https://www.nature.com/articles/s41586-024-07080-1

作者：不周