睡觉时大脑会自我清洗么?

2020-02-13 绿谷生物 Science
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波士顿大学的一项新研究表明,当你晚上睡觉时,你的大脑会发生一些奇妙的事情。你的神经元会安静下来。几秒钟后,血就会从你的脑袋里流出来。然后,一种被称为脑脊液(CSF)的水状液体就会流入大脑,以有节奏的脉冲波冲刷你的大脑。
 
这项研究发表在《科学》(Science)杂志上,它首次证明了大脑在睡眠时的脑脊液脉冲与脑电波活动和血液流动密切相关。
 
"我们很久之前就知道了神经元中有这些活动的电波,"该研究的合着者Laura Lewis说,她是波士顿大学工程学院生物医学工程助理教授和系统神经科学中心的教员。"但在此之前,我们没有意识到其实脑脊液中也有波。"
 
这项研究也可能是首次在睡眠时拍摄脑脊液图像的研究。Lewis希望有一天,这项研究能让人们对各种神经和心理疾病有更深的了解,这些疾病通常与睡眠模式紊乱有关,包括自闭症和阿尔茨海默病。
 
脑电波与血液流动和脑脊液的耦合也能提供关于正常年龄相关损伤的信息。早期的研究表明,脑脊液的流动和慢波活动都有助于清除大脑中有毒的、损害记忆的蛋白质。随着人们年龄的增长,他们的大脑产生的慢波越来越少。反过来,这会影响大脑的血液流动,减少睡眠时脑脊液的脉动,导致有毒蛋白质的积累和记忆能力的下降。虽然研究人员倾向于单独评估这些过程,但现在看来它们是紧密相连的。
 
为了进一步探索衰老如何影响睡眠中的血液流动和脑脊液,Lewis和她的团队计划招募老年人参与他们的下一个研究,因为目前研究中的13名受试者的年龄都在23到33岁之间。Lewis说,他们还希望找到一种更有助于睡眠的脑脊液成像方法--戴着脑电图帽来测量他们的脑电波,最初的13名受试者被要求在一个嘈杂的核磁共振成像仪里打瞌睡,任何一个做过核磁共振的人都能想象,这可不是件容易的事。
 
Lewis说:"我们有很多人非常兴奋地参与进来,因为他们想要得到睡眠的报酬。但事实证明,这几乎是我们研究中最难的部分。我们有各种花哨的设备和复杂的技术,通常的一个大问题是人们无法入睡,因为他们在一个非常吵的金属管里,这是一个奇怪的环境。"
 
但现在,她很高兴有机会拍摄CSF的照片。Lewis说,这项研究最有趣的成果之一是,他们可以通过脑部扫描检查少量脑脊液来判断一个人是否在睡觉。
 
她说:"这是如此戏剧化的效果。""(睡眠时的脑脊液脉冲)是我们完全不知道发生过的事情,现在我们只要看一眼大脑的一个区域,就能立刻读出一个人的大脑状态。"
 
随着研究的不断深入,Lewis的团队还想解决另一个难题:我们的脑电波、血流和脑脊液是如何如此完美地相互协调的? Lewis说:"我们确实看到,神经系统的变化似乎总是先发生,然后血液从头部流出,然后脑脊液进入头部。"
 
一种解释可能是,当神经元关闭时,它们不需要那么多氧气,所以血液离开了这个区域。当血液离开时,大脑中的压力下降,脑脊液迅速流入,将压力维持在安全水平。
 
"但这只是一种可能性," Lewis说。"因果联系是什么?是这些过程中的一个导致了其他的吗?还是有某种隐藏的力量驱使着他们?这都是我们想搞清楚的问题"
 
参考资料:

N.E. Fultz el al., "Coupled electrophysiological, hemodynamic, and cerebrospinal fluid oscillations in human sleep," Science  01 Nov 2019: Vol. 366, Issue 6465, pp. 628-631 DOI: 10.1126/science.aax5440