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作为身体的指挥中心，大脑称得上是最“繁忙”的器官。在动物活跃期，它调控了肌肉和每一个细微的动作，处理着各个感觉器官传来的信号，同时还要参与激素分子的释放，调节内部的生理过程。数十亿神经元通过复杂的神经活动和交流保证了上述各种功能的实现，这也不可避免会带来大量的代谢废物。
图片来源： 123RF
由于大脑的血脑屏障结构阻隔了外周的淋巴系统，它需要通过特殊的类淋巴系统以及脑脊液周期性地冲刷，来将脑实质中的代谢废物带离大脑。而这一过程在我们睡觉的时候是最活跃的，因此熬夜、缺觉都会让代谢废物不断累积，对大脑产生长久损伤。
从整体上来看，睡觉是身体处于极度放松和休息的状态，但休息不代表大脑也跟着全部休眠了。科学家曾观察到，睡眠期间大脑血管会发生特殊的收缩与舒张，以此帮助脑脊液产生泵一样的冲刷模式。
在最新一期的《自然》杂志上，圣路易斯华盛顿大学的Jonathan Kipnis教授团队发现，睡觉时不仅血管会助力清洗工作，神经元也会通过释放电脉冲来帮忙，让脑脊液能更容易通过复杂的大脑结构和组织，加速代谢废物的排出。
正常睡眠过程中，神经元产生的电脉冲会逐渐累积形成有节奏的波，比如慢波与深度睡眠有关。同时，有研究还发现脑电信号可以用来预测脑脊液的冲刷振荡模式。为了进一步确认脑电波与脑脊液运作模式之间的联系，作者对麻醉或睡眠状态下的小鼠进行了监测，与活跃状态下不规则的脑电波相比，这两种状态下的脑电波更有规律，小鼠的肌肉活动达到最小。
▲神经元同步产生的离子波可以促进脑脊液的冲刷（图片来源：参考资料[2]）
与此同时，大脑的神经元网络也变得有意思起来，神经元会逐渐同步彼此间的动作电位，它们会一同在大脑间质液中创造出大振幅且有节律的离子波（ionic waves），这种波可以推动脑脊液通过大脑复杂的实质结构和组织，并且脑电波振幅越大，推动流体的力也越大。
研究者尝试用示踪剂追踪了脑脊液的走向，他们发现睡眠可以极大增强脑脊液向脑实质的渗透。但如果在睡眠时期，使用化学抑制剂减少海马体的离子波，那么海马体的脑脊液渗透和冲刷会明显减弱，这也说明睡眠期间神经元的特殊活动模式对脑脊液运动有重要作用。
而脑脊液渗透减少之后，显而易见的后果便是无法及时清除废弃物，作者在小鼠睡眠期间，脑脊液涌入高峰期抑制了海马体的离子波，结果实验后可以在海马体中检测到大量残留的实验分子。这些结果也再次证明了睡觉对废物清除是必不可少的，并且神经元同步释放的离子波起着关键辅助作用。
作者指出，这一发现或许还能在未来帮助具有睡眠问题的患者，他们提到其他的一些研究曾发现有些小鼠天生所需的睡眠就比较少，这有可能是它们清除大脑代谢废物比较高效的原因。而如果能够增强睡眠期间的特定脑电波，或许可以帮助大脑更快地清除废物，以此治疗失眠，并减轻缺觉的危害。
参考资料：
[1] Neurons help flush waste out of brain during sleep. Rtrieved February 27, 2024 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1035658
[2] Neuronal dynamics direct cerebrospinal fluid perfusion and brain clearance. Nature (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07108-6c
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