Science Advances：科学家揭示深度睡眠加快大脑“排毒”的机制

▎药明康德内容团队编辑  

睡觉是大部分人每天都要做的一件大事，也是几乎所有动物生命中不可缺少的一部分。睡个好觉有助于增强免疫系统，防止体重增加，提高学习效率，缓解焦虑情绪，等等。

睡得“好”不仅意味着睡觉时间的长度充足，还意味着有一定的“深度”睡眠。最近，《科学》旗下子刊Science Advances上发表的一篇研究论文，就向我们强调了深度睡眠的重要性。通过研究果蝇的大脑活动和行为，科学家们发现，深度睡眠有一种古老的功能：清除脑中的垃圾。

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研究人员指出，这些垃圾也包括对神经细胞有毒的蛋白质，如果长期堆积，可能导致神经退行性疾病。

尽管果蝇看起来和人类大不相同，但它们同样需要睡觉，而且控制果蝇睡眠-觉醒周期的神经元与我们人类的惊人相似，比如也会对咖啡因有反应，睡眠不足也会记忆力下降，等等。因此，果蝇已经成为神经科学家研究睡眠、昼夜节律和神经退行性疾病的一种典型实验动物，帮助我们更好地了解为什么所有生物都需要睡眠。

在这项研究中，西北大学（Northwestern University）的Ravi Allada教授就带领研究团队观察了果蝇的深度睡眠。

图片来源：123RF

我们人类进入深睡眠后，相比较浅的睡眠阶段，更不容易被外界的声音唤醒，记录此时的脑电波则呈现出特征性的慢波。类似的，科学家发现，果蝇在睡眠过程中也有不容易唤醒、大脑活动变慢的深度阶段。

除此以外，科学家们还确认了果蝇在“深度睡眠”时有一种规律性的动作：伸展它们的喙（摄食器官），再快速缩回，每一次时间总是固定为1.4秒左右，过一段时间再重复。所以，研究人员也将果蝇出现这种动作的深度睡眠阶段称为喙伸睡眠期（PER），通过观察果蝇的动作就可以推断它们的睡眠情况，也可以通过干扰这一动作来破坏它们的深度睡眠。

▲果蝇深度睡眠时喙伸展又缩回的动作（图片来源：参考资料[2]；Credit：Ravi Allada/Northwestern University）

进一步实验显示，深睡眠期间的这套动作有助于果蝇清除体内垃圾，通过促进血淋巴的流动，将代谢垃圾、应激导致的一些副产物等“泵”入马氏管（Malpighian tubes）——相当于人类的肾脏，随后排出体外。

当果蝇的深度睡眠被破坏后，随着喙的伸缩动作减少，被研究人员注入果蝇体内的染料被清除出去的速度也会变慢。另一组实验还表明，遭受组织损伤后产生的副产物，如果不能通过深度睡眠加速清除，会造成果蝇更容易因此死亡。

图片来源：123RF

研究人员指出，果蝇通过血淋巴清除垃圾的这一过程，与我们人类在睡眠时通过脑部类淋巴系统（glymphatic system）促进代谢垃圾的清除十分类似。“这表明，清除垃圾是睡眠的一种核心功能，在进化上保守，这可能是果蝇和人类的共同祖先就拥有的睡眠功能。”研究作者在论文中写道。

“给大脑‘排毒’对于维持大脑健康、预防神经疾病可能有着重要的作用。”Allada教授补充说，“清醒时和睡着时或许都会清除大脑垃圾，但深度睡眠会大大促进这种作用。”

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参考资料

[1] Bart van Alphen et al., A deep sleep stage in Drosophila with a functional role in waste clearance. Science Advances. Doi: 10.1126 / sciadv.abc2999

[2] Deep sleep takes out the trash. Retrieved Jan. 29, 2021 from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-01/nu-dst011921.php

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