睡觉时大脑里发生了什么

2019-11-06 07:18阅读：

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睡觉时大脑里发生了什么

拍摄下来的清洗过程
一个人睡下来之后，大脑会经历几个不同的阶段：先是轻度睡眠，然后到失去意识的深度睡眠，再到快速眼动 (REM) 睡眠，就是容易做梦的状态了。
那么，为什么睡眠非常重要，在睡眠的过程中，大脑中究竟发生了些什么现象呢？早在2013年，罗切斯特大学的神经科学家麦肯·尼德佳德等人的研究发现，小老鼠在睡眠时的过程中，大脑里像β淀粉样蛋白这样的毒素，是会被清除的。大脑用的清洁剂，叫做脑脊液。问题是，这到底怎么清除的？为什么只有睡觉的时候才能清除？
波士顿大学工程学院生物医学工程系的助理教授劳拉·刘易斯和她的团队对这一问题进行了详细的研究，他们做了这样的实验：让13个人类带上脑电帽，在核磁共振 (MRI) 机器里睡觉，通过脑电图来判断他们处在哪种睡眠状态中。他们重点关注的是在非REM的阶段，也就是还没到要做梦的时候，人的大脑中得血氧水平，以及有多少脑脊液流进流出。
然后，他们发现了奇妙的现象，并

且史无前例地拍下了大脑被清洗过程：
他们发现，在睡眠的状态下，大脑里的血氧浓度，出现了明显的大周期变化。也就是说，血液会大规模、周期性地流出大脑。每当血液大量流出时，脑脊液就会趁机冲进大脑，把留给它的空间都填满。脑脊液进入之后会清除毒素，比如导致阿尔茨海默病的β淀粉样蛋白。上面的这幅照片非常清晰地再现了这一过程，其中红色是血液，蓝色是脑脊液。
人醒来之后，这样的大周期不见了，脑脊液就没办法大量冲进大脑，完成有效的清洗。如果一个人晚上睡眠的时间充足，并且质量也比较好，大脑就会被有效地进行清理，这样一觉醒来，就会拥有一个清爽的大脑。另外，研究人员还发现了脑电活动和清洗过程之间的关系，也就是说脑电波指挥了液体运动。
他们的这项研究成果，刚刚登上了Science。
脑电图的数据显示，有神经节律出现后，才发生了血液和脑脊液的流转。对此，论文的通讯作者刘易斯认为，在睡眠过程中，大脑里的神经元们会开始同步活动，一起开，一起关。当大量神经元一同停止了激发，就不需要那么多血液进去输送氧气，才给了脑脊液涌入的机会。于是，我们才能看到上图中所呈现的景象。
这个发现很重要，它告诉我们睡眠是一项非常特殊的功能：我们醒着的时候，神经元们是不会同开同关的。所以，醒着的时候没有办法让大脑的血量，下降到足够低的水平。只有睡着之后，大脑里没有那么多血液的时候，脑脊液才能自如地循环开来，清除像β淀粉样蛋白这样的代谢副产物。所以，多睡一点吧，不要熬夜了。如果你长时间睡眠不足，大脑里积累的像β淀粉样蛋白这样的毒素无法清除干净，最受伤的就是自己的大脑啊！
根据布莱斯·曼德发表在Nature子刊上的论文，衰老和局部脑萎缩，就与非快速眼动（NREM）睡眠期间的慢波活动减少有关。这项研究指出，老年人的睡眠中断，是大脑结构改变所致，会导致年龄相关的认知能力下降。
而现在，波士顿大学的这一新进展表明，慢波损耗与脑脊液流量减少有关。下一步，他们会继续探索衰老是如何影响人们睡眠时血液和脑脊液的流动的。
据刘易斯介绍，研究团队计划招募老年人参加下一次研究。而研究推进过程中面临的另一个难题，是脑电波，血液和脑脊液究竟是如何完美协同的。刘易斯表示：“我们观察到，神经改变似乎总是首先发生，随后血液从脑部流出，这之后脑脊液波动才会出现。”
这项研究的深入，也给治疗和预防像老年痴呆（阿尔茨海默症）、自闭症这样的神经疾病开拓了新的治疗思路。此前，针对β淀粉样蛋白的药物开发频频陷入困境。但现在，科学家们指出，或许不着力于起作用的特定分子，而是着重增加“洗脑”的脑脊液总量，会成为有效的解决方案。

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