每晚，当身体休息时，大脑会进行一项至关重要的清理操作。脑脊液（CSF）会流经大脑组织，冲走白天积累的化学废物。但具体在大脑的“清洁班次”中发生了什么，多年来一直困扰着科学家们。
在一项新的研究中，研究人员揭示了在非快速眼动（NREM）睡眠期间，大脑利用由神经递质去甲肾上腺素驱动的脑血管的有节奏收缩，推动脑脊液流经其组织。这种机制可能是大脑对淋巴系统的回应，淋巴系统负责在身体其他部位移动液体和废物，但在大脑中不存在。
这项发现建立在罗切斯特大学医学中心的神经科学家Maiken Nedergaard及其同事于2012年的研究成果之上。他们识别出一个称为类淋巴系统的排水系统，其中脑脊液沿着血管流动以清除代谢废物。自那时以来的研究表明，这个过程对大脑健康至关重要，流量减少与阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病有关。
然而，确定是什么驱动类淋巴系统一直具有挑战性。为了调查这个问题，Nedergaard的团队不得不另辟蹊径。他们在小鼠体内植入电极和光纤，使他们能够在不使用麻醉的情况下观察自然睡眠，因为麻醉会扭曲脑活动。
他们的观察显示，在非快速眼动睡眠期间，大脑中的去甲肾上腺素水平大约每50秒波动一次。这些波动导致血管收缩和放松，产生脉动效应，推动脑脊液更深入大脑。
“当血管在去甲肾上腺素脉冲后收缩时，脑脊液会流入填补空隙，”Nedergaard在接受《科学》杂志采访时解释道，“当血管放松时，它们会推动脑脊液流动。”
为了确认这一点，该团队使用荧光示踪剂来可视化液体的流动。当他们人为加快去甲肾上腺素脉冲时，发现液体更深地渗透到脑组织中，这进一步证实了血管收缩作为泵的作用。
“因此，非快速眼动睡眠的微结构组织，由去甲肾上腺素波动和血管动力学驱动，是类淋巴清除的关键决定因素，”作者在研究中写道。
这项研究引发了关于常见助眠药物如唑吡坦（商品名为安必恩）的问题。研究人员发现，唑吡坦减少了小鼠体内的去甲肾上腺素波动，降低了脑脊液的流动。这表明该药物可能会干扰大脑的废物清除过程，尽管其对人体的影响尚不清楚。鉴于这些最新发现，现在迫切需要研究这类药物对大脑清洁功能的影响。
重要的是，研究表明人类可能也存在类似的波动模式，暗示这一机制可能是普遍存在的。
然而，这远不是对此事的最后定论。伦敦帝国理工学院的Nick Franks和Bill Wisden教授在2024年领导的一项先前研究发现，大脑的废物清除系统可能在清醒时运作得更有效。他们发现，脑脊液的清除在睡眠和麻醉期间显著减少。
“这听起来像是一个诺贝尔奖级别的想法，”Franks回忆起最初理论的吸引力。“如果你睡眠不足，无数事情都会出错——你记不清事情，手眼协调能力差。认为大脑在睡眠时进行基本的家务管理似乎是有道理的。”
“当然，我们非常惊讶地在结果中观察到了相反的情况，”Franks说。他们的研究结果表明，清醒实际上可能是清除大脑毒素的更有效时间。
第二项研究并未否定睡眠的重要性。相反，它将注意力转移到其他潜在的恢复效果解释上。研究人员推测，睡眠障碍与痴呆症之间的联系可能源于与废物清除无关的因素，如睡眠在记忆巩固和细胞修复中的作用。
这些不同的结果强调了大脑废物清除机制的复杂性，并指出了进一步研究的必要性。
两个视角都同意一件事：睡眠对健康至关重要，即使其功能仍然难以捉摸。正如Wisden所说：“良好的睡眠确实有助于降低痴呆风险，原因不仅仅是清除毒素。”
该研究发表在《细胞》杂志上。
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