熬夜為何會(huì)變傻?科學(xué)家發(fā)現(xiàn)睡眠中的“洗腦”過程,可清除毒素
現(xiàn)在人們的夜生活可以用四個(gè)字來形容——“繁華熱鬧”,越來越多的人做起了“夜貓子”,加班、追劇、打游戲……都可以成為通宵的理由。雖然大家都知道長期熬夜對(duì)我們的身體傷害是很大的,但是不熬夜似乎又有點(diǎn)對(duì)不起自己。畢竟在一天 24 小時(shí)中,吃飯、上班或?qū)W習(xí)的時(shí)間是固定的,只有晚上的時(shí)間是屬于自己的。
近日,來自美國波士頓大學(xué) Laura D. Lewis 科研小組驚人地發(fā)現(xiàn)睡眠期間大腦會(huì)進(jìn)行“洗腦”過程。具體而言,人類在睡眠過程中,大腦的神經(jīng)活動(dòng)會(huì)出現(xiàn)周期性停止,而在此期間血液會(huì)大量流出大腦,同時(shí)腦脊液(CSF)趁機(jī)大量進(jìn)入,有節(jié)奏地“清洗”大腦,并帶走大腦中的毒素物質(zhì),例如 β 淀粉樣蛋白。
也就是說,睡眠能夠幫助大腦清除“垃圾”,包括一些影響大腦退行性疾病的有毒蛋白,如果長期熬夜,影響了“洗腦”的過程,則有可能讓人變傻。這一重磅發(fā)現(xiàn)在 Science 雜志發(fā)表。
對(duì)此,羅切斯特大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家 Maiken Nedergaard 教授表示,“這說明人類的睡眠不僅是為了放松,睡眠實(shí)際上是一個(gè)非常獨(dú)特的功能?!?/p>
此外,該研究也是有史以來首次在睡眠期間拍攝腦脊液的圖像。研究人員也希望該成果會(huì)對(duì)各種與睡眠模式中斷有關(guān)的神經(jīng)和心理疾病提供新的見解,包括自閉癥和阿爾茨海默病等。
研究論文通訊作者、美國波士頓大學(xué)助理教授 Laura D. Lewis 表示,這項(xiàng)研究最有趣的成果之一是可以僅僅通過腦部掃描檢查少量腦脊液,就可以判斷一個(gè)人是否在睡覺。
“這簡直是一個(gè)激動(dòng)人心的結(jié)果,睡眠時(shí)腦脊液的搏動(dòng)是我們之前完全不知道的事情,現(xiàn)在我們只要看一眼大腦的一個(gè)區(qū)域,就能立刻讀出一個(gè)人的大腦狀態(tài)。”
生物學(xué)最大的謎團(tuán)之一
我們都知道,睡眠不足會(huì)降低學(xué)習(xí)能力、影響認(rèn)知表現(xiàn)、延長反應(yīng)時(shí)間,也是導(dǎo)致癲癇發(fā)作的一個(gè)常見原因。在最極端的情況下,持續(xù)的睡眠剝奪會(huì)在幾天到幾周內(nèi)殺死嚙齒動(dòng)物和蒼蠅。在人類中,持續(xù)的失眠也會(huì)在幾個(gè)月或幾年內(nèi)導(dǎo)致癡呆甚至死亡。
但是,科學(xué)家們付出了幾十年的努力,卻一直不清楚為什么睡眠有助于機(jī)體和大腦的功能恢復(fù),反過來說也就是為什么缺乏睡眠會(huì)損害大腦的功能。這也是生物學(xué)上最大的謎團(tuán)之一。
此前的研究曾發(fā)現(xiàn),在人體正常的生命活動(dòng)中,一些與神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)的蛋白,例如β淀粉樣蛋白、α 突觸核蛋白以及 tau 蛋白會(huì)在大腦周圍細(xì)胞的間隙中堆積。由于人體大腦中并沒有一套完整的淋巴系統(tǒng),因此,大腦中的毒素并不能像外周組織一樣,由淋巴系統(tǒng)清除。
(來源:Pixabay)
同時(shí),一些學(xué)者還發(fā)現(xiàn),無論是在小鼠還是人體內(nèi),清醒時(shí)大腦中的β淀粉樣蛋白含量遠(yuǎn)高于睡覺時(shí)。此外,在 2013 年的時(shí)候,Nedergaard 教授也曾在 Science 雜志上發(fā)表研究,發(fā)現(xiàn)在小鼠睡覺的過程中,大腦中可導(dǎo)致阿爾茨海默病的 β 淀粉樣蛋白等毒素會(huì)被腦脊液清除。
然而,對(duì)于腦脊液是如何清除掉這些毒素,以及為什么只有睡覺的時(shí)候才會(huì)被清除,此前科學(xué)家并沒有給出合理的解釋。
非快眼動(dòng)睡眠是睡眠的一個(gè)階段。這種睡眠通常發(fā)生在深夜,其特點(diǎn)是腦電波呈睡眠表現(xiàn),肌肉活動(dòng)較清醒時(shí)減弱,不伴劇烈的眼球運(yùn)動(dòng)。在此之前有研究發(fā)現(xiàn),非快眼動(dòng)睡眠與記憶力的保持有關(guān)。
長期致力于非快速動(dòng)眼睡眠相關(guān)研究的 Laura D. Lewis 教授,對(duì)腦脊液如何清除大腦毒素也十分好奇。
為了搞清楚這些問題,Lewis 教授所在的研究團(tuán)隊(duì)對(duì) 13 名 23 至 33 歲之間的受試者進(jìn)行研究,讓他們帶上腦電帽,在核磁共振 (MRI) 機(jī)器里睡覺。一般的腦電圖會(huì)顯示一個(gè)人處在哪個(gè)睡眠狀態(tài),而 MRI 會(huì)測(cè)量血氧水平,顯示有多少腦脊液流進(jìn)流出。
結(jié)果令人驚訝地顯示,人類大腦在非快速動(dòng)眼睡眠期間會(huì)出現(xiàn)振蕩的電生理、血液動(dòng)力學(xué)和腦脊液的動(dòng)態(tài)變化。
具體來說,研究人員發(fā)現(xiàn)在非快速動(dòng)眼睡眠期間,大腦內(nèi)的血氧濃度會(huì)出現(xiàn)周期性變化,血液大量流出大腦,同時(shí)腦脊液會(huì)隨后流入并有節(jié)奏地沖洗大腦。而當(dāng)人類睡醒后,大腦這種周期性的血液變化就消失了,大腦中充滿著血液,腦脊液無法進(jìn)入,因此無法有效清除大腦中的毒素。
圖 | 睡眠時(shí)第四腦室出現(xiàn)腦脊液信號(hào)的振蕩變化(來源:Science)
同時(shí),腦電圖的數(shù)據(jù)顯示,在非快速動(dòng)眼睡眠期間神經(jīng)元開始同步,保持同時(shí)打開和關(guān)閉,而在血液和腦脊液的流轉(zhuǎn)之前,大腦的神經(jīng)節(jié)律會(huì)出現(xiàn)改變,大量的神經(jīng)元停止激活,減少氧氣和能量消耗。
對(duì)此,Lewis 教授表示,“首先,我們會(huì)看到所有的神經(jīng)元都安靜下來了,由于神經(jīng)元暫時(shí)停止了活動(dòng),因此它們不需要那么多的氧氣,這意味著更少的血液流向大腦。然后腦脊液會(huì)涌入,填補(bǔ)剩下的空間?!?/p>
下一步研究
既然,大腦會(huì)在非快速動(dòng)眼睡眠階段清除毒素,而此前的研究表明,隨著年齡的增長人類大腦非快速動(dòng)眼睡眠階段的時(shí)間會(huì)縮短,那么這是否意味著,老年人大腦中有毒蛋白質(zhì)的積累和記憶能力的下降也和這一過程密切相關(guān)呢?
當(dāng)然,這只是一個(gè)猜想。因?yàn)槟壳把芯恐械?13 名受試者的年齡都在 23 到 33 歲之間,為了進(jìn)一步探索衰老如何影響睡眠中的血液和腦脊液流動(dòng),Lewis 和她的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃招募老年人參與他們的下一項(xiàng)研究。
隨著研究的不斷深入,研究團(tuán)隊(duì)還有另一個(gè)難題需要解決,“我們確實(shí)看到,神經(jīng)變化似乎總是先發(fā)生,然后血液從頭部流出,然后腦脊液進(jìn)入頭部。”Lewis 說道,但是我們的腦電波、血流和腦脊液是如何如此完美地相互協(xié)調(diào)的呢?
一種解釋可能是當(dāng)神經(jīng)元停止活動(dòng)時(shí),它們不需要那么多氧氣,所以血液離開了這個(gè)區(qū)域,而當(dāng)血液離開時(shí)大腦中的壓力下降,腦脊液迅速流入,將壓力維持在安全水平?!暗@只是一種可能性,”Lewis 說,“這其中的因果聯(lián)系是什么?是這些過程中的一個(gè)導(dǎo)致了其他嗎?還是有某種隱藏的力量驅(qū)使著它們?”
圖 | Laura D. Lewis(來源:波士頓大學(xué)官網(wǎng))
此外,研究團(tuán)隊(duì)還希望找到一種更有助于睡眠的腦脊液成像方法。最初的 13 名受試者被要求在一個(gè)嘈雜的核磁共振成像儀里帶著腦電圖帽打瞌睡,任何一個(gè)做過核磁共振的人都能想象,這不是件容易的事。
“有很多受試者非常興奮地參與進(jìn)來,因?yàn)樗麄兿Mㄟ^來這睡覺就可以獲得報(bào)酬?!盠ewis 大笑著說,“但事實(shí)證明,受試者的工作實(shí)際上幾乎是我們研究中最難的部分,各種花哨的設(shè)備和復(fù)雜的技術(shù),導(dǎo)致一個(gè)大問題就是人們無法入睡,因?yàn)樗麄兲幵谝粋€(gè)非常吵的金屬管里,那是一個(gè)奇怪的環(huán)境。”
沒有參與此項(xiàng)研究的布朗大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家 Christopher Moore 評(píng)價(jià)道,這個(gè)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種奇妙的方法,來測(cè)量與我們所知的每一種大腦疾病都密切關(guān)聯(lián)的信號(hào)。循環(huán)動(dòng)力學(xué)、神經(jīng)活動(dòng)和腦脊液流量之間的關(guān)系可能在神經(jīng)系統(tǒng)疾病如中風(fēng)和阿爾茨海默病中發(fā)揮作用,現(xiàn)在,這篇論文得出了神經(jīng)活動(dòng)、血流和腦脊液節(jié)律之間的相關(guān)性,因此,這項(xiàng)工作的另一個(gè)擴(kuò)展方向?qū)⑹鞘褂脛?dòng)物模型來操縱每一個(gè)振蕩,并觀察下游會(huì)發(fā)生什么。而且,還有必要探索“這些血管和腦脊液動(dòng)力學(xué)是如何影響神經(jīng)元的,它們可能是用來倒垃圾的,但也可能是……做一些更有趣的事情。”
我們相信隨著這項(xiàng)研究的深入,預(yù)防和治療像阿爾茨海默病、自閉癥這些的神經(jīng)疾病或許會(huì)有新的思路。此前,針對(duì) β 淀粉樣蛋白的藥物開發(fā)頻頻陷入困境,但現(xiàn)在來看,著重增加“洗腦”的腦脊液總量,或許會(huì)成為有效的解決方案。
總而言之,這一研究還意味著,日常生活中保持充足的睡眠很有必要,熬夜可能真的會(huì)讓我們變傻。畢竟,白天大腦代謝的有害物質(zhì),如果不能在晚上被及時(shí)清除,那么長期堆積的大腦廢物,必定會(huì)引發(fā)一系列的神經(jīng)退行性疾病。
來源:MIT科技評(píng)論


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