Nature：在睡眠中，神经元帮助大脑排出废物

圣路易斯华盛顿大学医学院的研究人员发现，睡眠期间的脑细胞活动负责推动液体进出大脑，清除大脑碎片。

　　

睡眠中有一个悖论。它表面上的宁静与大脑的繁忙活动并存。夜是静的，但大脑远未休眠。在睡眠期间，脑细胞会产生电脉冲，这些脉冲会累积成有节奏的波——这是脑细胞功能增强的标志。

但是为什么我们休息的时候大脑是活跃的呢?

慢脑电波与宁静、清爽的睡眠有关。现在，圣路易斯华盛顿大学医学院的科学家们发现，脑电波有助于在睡眠时将大脑中的废物排出体外。单个神经细胞协调产生有节奏的波，推动液体通过致密的脑组织，在此过程中冲洗脑组织。

“这些神经元是微型泵。同步的神经活动推动了流体流动和大脑碎片的清除，如果我们能在这一过程的基础上进一步发展，就有可能延缓甚至预防神经系统疾病，包括阿尔茨海默病和帕金森病。在这些疾病中，代谢废物和垃圾蛋白等过量废物在大脑中积累，导致神经退行性变。”第一作者、病理与免疫学系博士后研究员Li-Feng Jiang-Xie博士解释道。

研究结果发表在2月28日的《自然》杂志上。

脑细胞协调思想、感觉和身体运动，形成对记忆形成和解决问题至关重要的动态网络。但要完成这种需要能量的任务，脑细胞需要燃料。在这个过程中，它们从饮食中摄取营养物质会产生代谢废物。

Jonathan Kipnis博士说:“大脑处理代谢废物是至关重要的，这些代谢废物可能会导致神经退行性疾病。我们知道，睡眠是大脑启动清洁过程的时候，大脑会排出清醒时积累的废物和毒素。但我们不知道这是怎么发生的。这些发现可能会为我们指明策略和潜在的治疗方法，以加速清除破坏性废物，并在其导致可怕后果之前将其清除。”

但是清理密集的大脑并不是一件简单的任务。大脑周围的脑脊液通过复杂的细胞网进入并编织，在运输过程中收集有毒废物。在流出大脑时，受污染的液体必须通过一道屏障，然后流入硬脑膜中的淋巴管——硬脑膜是头骨下面包裹大脑的外层组织层。但是，是什么驱动液体进出大脑呢?

Jiang-Xie解释说，研究人员在研究睡眠小鼠的大脑时发现，神经元通过以协调的方式发射电信号来驱动清洁工作，从而在大脑中产生有节奏的波。他们确定这种波推动了流体的运动。

研究小组使特定的大脑区域沉默，这样这些区域的神经元就不会产生有节奏的电波。如果没有这些脑电波，新鲜的脑脊液就不能流经沉默的大脑区域，被困住的废物就不能离开脑组织。

“我们睡觉的原因之一是为了净化大脑，如果我们能加强这种清洁过程，也许就有可能减少睡眠并保持健康。并不是每个人都有每晚8小时睡眠的好处，睡眠不足对健康有影响。其他的研究表明，那些天生睡眠较少的老鼠大脑更健康。可能是因为它们更有效地清理大脑中的废物吗?我们能不能通过提高人们大脑的清洁能力来帮助失眠患者，让他们少睡一点?”

脑电波模式在整个睡眠周期中都会发生变化。值得注意的是，更高的脑电波振幅更大，移动流体的力更大。研究人员现在感兴趣的是了解为什么神经元在睡眠中以不同的节奏发射电波，以及大脑的哪些区域最容易受到废物堆积的影响。

Jiang-Xie解释说:“我们认为大脑的清洁过程类似于洗碗。例如，你开始时要做一个大的、缓慢的、有节奏的擦拭动作，清理盘子上散落的可溶性废物。然后你减少运动的范围，增加这些运动的速度，以清除盘子上特别粘的食物垃圾。尽管你的手运动的幅度和节奏不同，但总体目标是一致的:从盘子中清除不同类型的废物。也许大脑会根据废物的类型和数量来调整清洁方法。”