Science重磅发现：不知不觉，我们在睡觉时被“洗了脑”

中国生物技术网 2021-02-21

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北京时间11月1日，发表在《Science》上的一项新研究表明，每当我们睡觉的时候，大脑中会发生一些奇妙的事情：神经元首先安静下来，几秒钟后，血液会从大脑流出，同时脑脊液（CSF）流入，并以有节奏的慢波“洗涤”着我们的大脑。

这项研究首次阐明了大脑在睡眠期间的脑脊液慢波，这些运动与脑电波活动和血液流动密切相关。该研究通讯作者、美国波士顿大学工程学院生物医学工程助理教授Laura Lewis说：“神经元中有这些活动的电波早已为人所知。但在此之前，我们并没有意识到CSF中也有慢波。”

睡眠期间，大脑表现出大规模的波动：血液中的氧合波动（红色），然后是脑脊液波动（蓝色）。资料来源：Laura Lewis

该研究可能是有史以来第一次在睡眠期间拍摄脑脊液图像的研究。 Lewis希望有朝一日，这项研究成果能让人们对各种与睡眠模式紊乱有关的神经和心理疾病有更深入的了解，包括自闭症和阿尔茨海默症。

脑电波与血液和脑脊液流动的耦合也可以提供与年龄相关脑损伤的新见解。早期的研究表明，神经活动中的慢波有助于记忆巩固，而脑脊液清除大脑中的代谢废物。随着年龄增长，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。尽管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。

为了进一步探讨衰老如何影响大脑中的血液和脑脊液流动，Lewis及其团队计划招募老年人参与他们的下一项研究。因为当前这项研究中的13名受试者年龄都在23至33岁之间。Lewis表示，他们还希望找到一种更有助于睡眠的脑脊液成像方法。最初，这13名受试者戴着脑电图帽以测量其脑电波。他们被要求在一个非常嘈杂的MRI机器内睡觉，做过MRI的人可以想象的到，这并非易事。

Lewis笑着说：“我们有这么多人非常兴奋地参与进来，因为他们想要得到睡觉的报酬。但事实证明，他们的工作实际上是我们研究中最难的部分。我们有各种设备和复杂的技术，但一个最大的问题是受试者无法入睡，因为他们在一个非常吵的金属管里，这是一个奇怪的睡眠环境。”

但就目前而言，Lewis为有机会拍摄脑脊液的成像感到兴奋。她表示这项研究最引人入胜的成果之一是，他们可以简单地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：“这是一个如此戏剧化的效果。脑脊液在睡眠时波动是我们根本不知道的事情，现在我们只需看一眼大脑的一个区域，就能立即读出某人的大脑状态。”

随着研究的不断深入，Lewis团队还有一个要解决的难题：我们的脑电波、血流和脑脊液到底是如何如此完美地相互协调？Lewis说：“我们确实看到，神经系统的变化似乎总是首先发生，然后是血液从脑部流出，脑脊液紧随其后涌入大脑。”

一种解释可能是，当神经元关闭时，它们不再需要那么多氧气，因此血液会离开了这个区域。随着血液的流出，大脑中的压力下降，脑脊液迅速流入以将压力维持在安全水平。

Lewis说：“但这只是一种可能性。因果关系是什么？是这些过程中的一个导致了其他的过程？还是存在某种隐藏的力量驱使着它们？我们还不得而知。”

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