熬夜變傻？科學家發現睡眠中的“洗腦”過程，可清除毒素

　　現在人們的夜生活可以用四個字來形容——“繁華熱鬧”，越來越多的人做起了“夜貓子”，加班、追劇、打游戲……都可以成為通宵的理由。雖然大家都知道長期熬夜對我們的身體傷害是很大的，但是不熬夜似乎又有點對不起自己。畢竟在一天 24 小時中，吃飯、上班或學習的時間是固定的，只有晚上的時間是屬于自己的。

　　近日，來自美國波士頓大學 Laura D. Lewis 科研小組驚人地發現睡眠期間大腦會進行“洗腦”過程。具體而言，人類在睡眠過程中，大腦的神經活動會出現周期性停止，而在此期間血液會大量流出大腦，同時腦脊液（CSF）趁機大量進入，有節奏地“清洗”大腦，并帶走大腦中的毒素物質，例如 β 淀粉樣蛋白。

　　也就是說，睡眠能夠幫助大腦清除“垃圾”，包括一些影響大腦退行性疾病的有毒蛋白，如果長期熬夜，影響了“洗腦”的過程，則有可能讓人變傻。這一重磅發現在 Science 雜志發表。

　　對此，羅切斯特大學的神經科學家 Maiken Nedergaard 教授表示，“這說明人類的睡眠不僅是為了放松，睡眠實際上是一個非常獨特的功能。”

　　此外，該研究也是有史以來首次在睡眠期間拍攝腦脊液的圖像。研究人員也希望該成果會對各種與睡眠模式中斷有關的神經和心理疾病提供新的見解，包括自閉癥和阿爾茨海默病等。

　　研究論文通訊作者、美國波士頓大學助理教授 Laura D. Lewis 表示，這項研究最有趣的成果之一是可以僅僅通過腦部掃描檢查少量腦脊液，就可以判斷一個人是否在睡覺。

　　“這簡直是一個激動人心的結果，睡眠時腦脊液的搏動是我們之前完全不知道的事情，現在我們只要看一眼大腦的一個區域，就能立刻讀出一個人的大腦狀態。”

　　生物學最大的謎團之一

　　我們都知道，睡眠不足會降低學習能力、影響認知表現、延長反應時間，也是導致癲癇發作的一個常見原因。在最極端的情況下，持續的睡眠剝奪會在幾天到幾周內殺死嚙齒動物和蒼蠅。在人類中，持續的失眠也會在幾個月或幾年內導致癡呆甚至死亡。

　　但是，科學家們付出了幾十年的努力，卻一直不清楚為什么睡眠有助于機體和大腦的功能恢復，反過來說也就是為什么缺乏睡眠會損害大腦的功能。這也是生物學上最大的謎團之一。

　　此前的研究曾發現，在人體正常的生命活動中，一些與神經退行性疾病密切相關的蛋白，例如β淀粉樣蛋白、α 突觸核蛋白以及 tau 蛋白會在大腦周圍細胞的間隙中堆積。由于人體大腦中并沒有一套完整的淋巴系統，因此，大腦中的毒素并不能像外周組織一樣，由淋巴系統清除。

（來源：Pixabay）

　　同時，一些學者還發現，無論是在小鼠還是人體內，清醒時大腦中的β淀粉樣蛋白含量遠高于睡覺時。此外，在 2013 年的時候，Nedergaard 教授也曾在 Science 雜志上發表研究，發現在小鼠睡覺的過程中，大腦中可導致阿爾茨海默病的 β 淀粉樣蛋白等毒素會被腦脊液清除。

　　然而，對于腦脊液是如何清除掉這些毒素，以及為什么只有睡覺的時候才會被清除，此前科學家并沒有給出合理的解釋。

　　非快眼動睡眠是睡眠的一個階段。這種睡眠通常發生在深夜，其特點是腦電波呈睡眠表現，肌肉活動較清醒時減弱，不伴劇烈的眼球運動。在此之前有研究發現，非快眼動睡眠與記憶力的保持有關。

　　長期致力于非快速動眼睡眠相關研究的 Laura D. Lewis 教授，對腦脊液如何清除大腦毒素也十分好奇。

　　為了搞清楚這些問題，Lewis 教授所在的研究團隊對 13 名 23 至 33 歲之間的受試者進行研究，讓他們帶上腦電帽，在核磁共振 (MRI) 機器里睡覺。一般的腦電圖會顯示一個人處在哪個睡眠狀態，而 MRI 會測量血氧水平，顯示有多少腦脊液流進流出。

　　結果令人驚訝地顯示，人類大腦在非快速動眼睡眠期間會出現振蕩的電生理、血液動力學和腦脊液的動態變化。

　　具體來說，研究人員發現在非快速動眼睡眠期間，大腦內的血氧濃度會出現周期性變化，血液大量流出大腦，同時腦脊液會隨后流入并有節奏地沖洗大腦。而當人類睡醒后，大腦這種周期性的血液變化就消失了，大腦中充滿著血液，腦脊液無法進入，因此無法有效清除大腦中的毒素。

圖 | 睡眠時第四腦室出現腦脊液信號的振蕩變化（來源：Science）

　　同時，腦電圖的數據顯示，在非快速動眼睡眠期間神經元開始同步，保持同時打開和關閉，而在血液和腦脊液的流轉之前，大腦的神經節律會出現改變，大量的神經元停止激活，減少氧氣和能量消耗。

　　對此，Lewis 教授表示，“首先，我們會看到所有的神經元都安靜下來了，由于神經元暫時停止了活動，因此它們不需要那么多的氧氣，這意味著更少的血液流向大腦。然后腦脊液會涌入，填補剩下的空間。”

　　下一步研究

　　既然，大腦會在非快速動眼睡眠階段清除毒素，而此前的研究表明，隨著年齡的增長人類大腦非快速動眼睡眠階段的時間會縮短，那么這是否意味著，老年人大腦中有毒蛋白質的積累和記憶能力的下降也和這一過程密切相關呢？

　　當然，這只是一個猜想。因為目前研究中的 13 名受試者的年齡都在 23 到 33 歲之間，為了進一步探索衰老如何影響睡眠中的血液和腦脊液流動，Lewis 和她的團隊計劃招募老年人參與他們的下一項研究。

　　隨著研究的不斷深入，研究團隊還有另一個難題需要解決，“我們確實看到，神經變化似乎總是先發生，然后血液從頭部流出，然后腦脊液進入頭部。”Lewis 說道，但是我們的腦電波、血流和腦脊液是如何如此完美地相互協調的呢?

　　一種解釋可能是當神經元停止活動時，它們不需要那么多氧氣，所以血液離開了這個區域，而當血液離開時大腦中的壓力下降，腦脊液迅速流入，將壓力維持在安全水平。“但這只是一種可能性，”Lewis 說，“這其中的因果聯系是什么？是這些過程中的一個導致了其他嗎？還是有某種隱藏的力量驅使著它們？”

圖 | Laura D. Lewis（來源：波士頓大學官網）

　　此外，研究團隊還希望找到一種更有助于睡眠的腦脊液成像方法。最初的 13 名受試者被要求在一個嘈雜的核磁共振成像儀里帶著腦電圖帽打瞌睡，任何一個做過核磁共振的人都能想象，這不是件容易的事。

　　“有很多受試者非常興奮地參與進來，因為他們希望通過來這睡覺就可以獲得報酬。”Lewis 大笑著說，“但事實證明，受試者的工作實際上幾乎是我們研究中最難的部分，各種花哨的設備和復雜的技術，導致一個大問題就是人們無法入睡，因為他們處在一個非常吵的金屬管里，那是一個奇怪的環境。”

　　沒有參與此項研究的布朗大學神經科學家 Christopher Moore 評價道，這個團隊發現了一種奇妙的方法，來測量與我們所知的每一種大腦疾病都密切關聯的信號。循環動力學、神經活動和腦脊液流量之間的關系可能在神經系統疾病如中風和阿爾茨海默病中發揮作用，現在，這篇論文得出了神經活動、血流和腦脊液節律之間的相關性，因此，這項工作的另一個擴展方向將是使用動物模型來操縱每一個振蕩，并觀察下游會發生什么。而且，還有必要探索“這些血管和腦脊液動力學是如何影響神經元的，它們可能是用來倒垃圾的，但也可能是……做一些更有趣的事情。”

　　我們相信隨著這項研究的深入，預防和治療像阿爾茨海默病、自閉癥這些的神經疾病或許會有新的思路。此前，針對 β 淀粉樣蛋白的藥物開發頻頻陷入困境，但現在來看，著重增加“洗腦”的腦脊液總量，或許會成為有效的解決方案。

　　總而言之，這一研究還意味著，日常生活中保持充足的睡眠很有必要，熬夜可能真的會讓我們變傻。畢竟，白天大腦代謝的有害物質，如果不能在晚上被及時清除，那么長期堆積的大腦廢物，必定會引發一系列的神經退行性疾病。