睡眠给你一个“清爽”的大脑：但我们往往忽视了这个关键的细节
睡眠对于人类至关重要，一个优质的睡眠可以让大脑清醒。几个世纪以来，科学家和哲学家一直在思考研究为什么睡眠有如此作用。以前的研究表明，睡眠不足与神经退行性疾病相关。
人体的淋巴系统发挥了许多作用，其中之一是清除细胞间隙，称为间隙空间的代谢废物。2013年罗切斯特大学的 Maiken Nedergaard 博士及其同事意外地发现，睡眠在大脑中扮演着新的角色。睡眠可能是大脑清除代谢废物的重要时间段。他将这一研究结果发表在 Science 杂志上。
1. 称为 glymphatic 的大脑”净化“系统
脑脊液（CSF)示意图
“睡眠会改变大脑的细胞结构。它似乎是一种完全不同的状态。”Maiken Nedergaard 博士发现一个称为 glymphatic 的大脑”净化“系统。它在睡眠时”打开“，有助于脑脊液（CSF）的流动，这是一种围绕大脑和脊髓的清澈液体。当其快速流过大脑时可加速清除大脑中产生的代谢废物。
三维重建在睡眠小鼠中注射的 CSF 示踪剂的分布，以及在唤醒小鼠后的分布。
研究人员首先将染料注入小鼠的脑脊液中，并在跟踪染料流过动物的大脑的同时，监测大脑神经的电活动。当小鼠失去知觉时——无论是睡着还是麻醉——液体迅速流动。相反，当相同的小鼠醒来时，荧光剂几乎不流动。
实时 TMA+ 离子电渗透法测量大脑皮层的细胞外空间体积。
流体在动物有意识和无意识状态期间穿过大脑的方式的变化，可能反映了大脑细胞外空间的差异。为了验证这个想法，该团队使用了一种测量脑细胞外空间体积的方法。
他们发现当小鼠睡着或麻醉时，这种“细胞外”体积在大脑皮层中增加了60％。当小鼠进入睡眠状态时，它们的胶质细胞实际上会缩小，使细胞间的液体更容易循环。当动物醒来时，细胞再次扩大，细胞间的液体减慢到涓涓细流。“这几乎就像打开和关闭水龙头一样，” Nedergaard说。“这很神奇。”
睡眠可以提高 Aβ 的清除率
在这项研究中，科学家通过给小鼠注射已标记的 β-淀粉样蛋白（一种与阿尔茨海默病相关的蛋白质），以研究 glymphatic 系统与神经退行性疾病的关系。当小鼠睡着时，β-淀粉样蛋白在小鼠脑中消失得更快。
帕金森氏病一个主要特征是α-突触核蛋白积聚，大脑多巴胺通路受损，而这些通路对于觉醒周期和昼夜节律至关重要，因此帕金森氏病患者常常出现睡眠障碍。2019年，发表在 Neuroscience & Biobehavioral Reviews 的一篇综述提出，睡眠常常中断的模式可能会阻碍glymphatic 系统清除蛋白碎片，包括α-突触核蛋白，使其在大脑中积聚。
此外，糖尿病也会对 glymphatic 系统产生影响。糖尿病可以影响一系列的认知功能。一项研究使用MRI扫描观察小鼠的海马中 CSF 的运动，海马是大脑中参与形成新记忆的一部分，发现在患有2型糖尿病的小鼠中，CSF的清除效率“减慢了三倍”。
“这些结果可能对多种神经系统疾病的治疗有广泛的影响，”NINDS 项目主任 Jim Koenig 博士说，“这意味着调节 glymphatic 系统的细胞可能是治疗一系列疾病的新靶点。”研究结果也可能凸显睡眠的重要性。
Jeffrey Iliff 博士作关于睡眠与大脑的 TED 演讲：《One more reason to get a good night's sleep》
2. 最容易被忽视的因素——睡姿
大脑的淋巴系统可清除有害废物，特别是在睡眠期间。 这种横向（侧卧）姿势可被证明是有助于脑内废物清除的最佳位置。
除了充足的睡眠对大脑有影响外，在2015年石溪大学的一项研究报告表示，睡姿对于大脑清楚废物的效率也有影响。与仰卧或侧卧位相比，侧卧位可以更有效地清除大脑废物，并被证明是有助于降低阿尔茨海默氏病、帕金森氏病和其他神经系统疾病发生几率的重要做法。
石溪大学的研究人员 Hedok Lee 博士、Helene Benveniste 博士和同事们通过使用动态对比磁共振成像（MRI）对大脑的 glymphatic 系统进行成像，发现侧卧位是最有效地清除大脑中废物的姿势。
在人类和许多动物中，侧卧位是最常见的一种睡眠姿势。大脑化学类废物的积累可能导致阿尔茨海默氏病和其他神经疾病的发生发展。 他们的研究发现发表在《神经科学杂志》上。
Benveniste 博士是石溪大学医学院麻醉学和放射学系的首席研究员和教授，多年来一直使用动态对比 MRI 检查啮齿动物模型中的 glymphatic 系统。
该方法使研究人员能够识别和定义glymphatic 通路，其中脑脊液(CSF)通过大脑过滤并与间质液(ISF)交换以清除废物，类似于身体淋巴系统清除器官废物的方式。
正是在睡眠期间，glymphatic 系统是（清除脑内废物）最有效的途径。大脑废物包括淀粉样 β 蛋白和 tau 蛋白，这两种化学物质一旦积累就会对大脑产生负面影响。
"分析表明，与仰卧位或俯卧位相比，侧位的 glymphatic 系统转运效率最高，"Benveniste 博士说。
在"The Effect of Body Posture on Brain Glymphatic Transport,"一文中，Benveniste 博士和他的同事使用动态对比 MRI 方法和动力学建模来量化麻醉啮齿动物大脑中三个位置——侧卧位（侧位）、俯卧位（下位）和仰卧位（上位）的 CSF-ISF 交换率。
"分析表明，与仰卧位或俯卧位相比，侧位的 glymphatic 系统转运效率最高，"Benveniste 博士说。"基于这一发现，我们建议在未来对依靠诊断成像来监测 CSF-ISF 在人体内的转运的过程，从而评估可能导致脑部疾病的受损脑蛋白的清除时，其标准化过程中应考虑身体姿势和睡眠质量。"
Benveniste 博士和第一作者石溪大学麻醉科和放射科助理教授 Hedok Lee 博士为实验制定了安全体位。罗彻斯特大学的同事，包括 Lulu Xie、Rashid Deane和 Maiken Nedergaard 博士，使用荧光显微镜和放射性示踪剂来验证MRI数据，并评估身体姿势对淀粉样蛋白从大脑清除的影响。
石溪大学研究人员的一项研究表明，侧卧位与仰卧或俯卧等其他体位相比，可以更有效地消除大脑的废物，而大脑的废物是神经疾病发生发展的一个原因。
Nedergaard 博士说："有趣的是，侧位睡眠姿势在人类和大多数动物中已经是最常见的，甚至在野外也是如此。我们似乎已经调整了侧向睡眠姿势，以便最有效地清除大脑中在清醒时积累的代谢废物。" "因此，这项研究进一步支持了睡眠具有独特生物功能的这一概念，即"清理"我们醒着时积累起来的代谢废物。”
许多类型的痴呆与睡眠障碍有关，越来越多的人认识到这些睡眠障碍可能加速阿尔茨海默病（患者）记忆丧失。她解释说："我们的发现让我们对这个话题有了新的认识，表明睡眠的姿势也很重要。"
Benveniste 博士警告说，虽然研究小组推测，与其他姿势相比，当侧卧位睡眠时人类的 glymphatic 系统通路将最有效地清除大脑废物，（但要验证这一想法）在人类身上进行 MRI 或其他成像方法的测试是必要的第一步。如果你是采用俯卧或仰卧睡姿，可能需要考虑重新调整睡眠姿势。
根据美国国家睡眠基金会的数据，十分之四的人不仅在一侧睡觉，而且采用胎位睡姿，即躯干和膝盖弯曲。基金会警告人们睡眠时不要采用太紧的胎位睡姿，因为这样做会限制呼吸。
参考资料：
1.Sleep Drives Metabolite Clearance from the Adult Brain[J]. Science, 2013, 342(6156):373-377.
2.Sundaram S, Hughes R L, Peterson E, et al. Establishing a framework for neuropathological correlates and glymphatic system functioning in Parkinson’s disease[J]. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 2019.
3.Jiang Q, Zhang L, Ding G, et al. Impairment of the glymphatic system after diabetes[J]. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism, 2017, 37(4): 1326-1337.
4.https://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131017144636.htm
5.https://medicalxpress.com/news/2015-08-body-posture-affect-brain.html
6.https://medicalxpress.com/news/2019-06-health-benefits-side.html
7.https://www.nih.gov/news-events/nih-research-matters/how-sleep-clears-brain
8.https://www.npr.org/sections/health-shots/2013/10/18/236211811/brains-sweep-themselves-clean-of-toxins-during-sleep
9.https://www.medicalnewstoday.com/articles/325493.php
作者信息
作者：Ben（brainnews创作团队）
校审：Simon （brainnews编辑部）
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