近年來，睡眠研究領(lǐng)域存在一種“類淋巴系統(tǒng)清洗假說”，備受業(yè)內(nèi)關(guān)注。它指的是人體在進入睡眠狀態(tài)后，淋巴液會涌進大腦，將白天累積的“有毒物質(zhì)”一同帶出，這就相當(dāng)于大腦完成了一次“清洗”。為了進一步確認睡眠與類淋巴系統(tǒng)清洗有毒物質(zhì)之間的關(guān)系，在近期發(fā)表于《自然-神經(jīng)科學(xué)》（Nature Neuroscience）的論文中，科學(xué)家們通過實驗分析，認為我們過去對睡覺“排毒”的推斷是有偏差的。
那么，睡眠對大腦的影響是什么？人類如何“清洗”大腦“細胞廢物”呢？我們一起來看看。
我們的腦袋“進水”了？
人們常用“你腦袋進水啦！”比喻某些人腦子愚笨或者反應(yīng)出錯，然而現(xiàn)實中，我們的腦袋里正因為充滿了“水”，才能很好地運轉(zhuǎn)。有研究表明，人腦中有150ml 的“水”，相當(dāng)于一小杯啤酒的體積。為什么人腦中有“水”呢，不應(yīng)該是血液嗎？其實，人腦中的“水”叫作“腦脊液”，是一種無色透明的液體，人的大腦懸浮浸泡在腦脊液中。
血液之所以不能和大腦直接接觸，是因為血液無法給大腦提供養(yǎng)分和氧氣，在血管和大腦之間有一道血腦屏障，保證了人腦這個人體司令部和外界隔絕開來，只有腦脊液可以在人腦中流動，它從腦室流向中腦導(dǎo)水管，供大腦正常工作，既能確保大腦不輕易受到外界有毒物質(zhì)的入侵，也限制了體外一些激素對大腦的影響。
而腦室和中腦導(dǎo)水管其實可以看作是腦中的“洞”和“坑”。腦中一共有四個大“洞”，分別是第一、二、三、四腦室，這些腦室中充滿了“水”。而人腦中又有個類似下水道的“坑”，是中腦導(dǎo)水管，腦脊液就是通過這個“坑”流出大腦的。
大腦中的血腦屏障，腦室和腦脊液流向示意圖。圖片來源：參考文獻[1]
為什么要“換水”？
人腦中的腦脊液一直在流動，也在不停地更換。有研究稱，人腦一天24小時需要更換4次腦脊液。那么，大腦為什么需要“換水”呢？難道大腦的“水”中養(yǎng)魚了嗎？不錯，大腦中的“魚”就是我們的腦細胞，它們雖然不會像真魚一樣游來游去，但會排泄“廢物”，沒多久腦脊液里就會充滿代謝而出的有毒物質(zhì)。
大腦進化了一種類淋巴系統(tǒng)，這種類淋巴系統(tǒng)主要由腦中的膠質(zhì)細胞負責(zé)，叫作膠質(zhì)淋巴系統(tǒng)。這相當(dāng)于給人腦這個“大魚缸”裝上了過濾器，不停地給大腦“換水”。正是因為這種膠質(zhì)淋巴系統(tǒng)對腦脊液的更換清洗，人類的大腦才能保持清醒。
大腦雖然只占人體重量的2%，也就三斤左右，還沒有一個西瓜重，卻要消耗人體20%的能量，可謂是個“耗能大戶”。大量的消耗工作會產(chǎn)生很多有毒物質(zhì)，比如活性氧、免疫球蛋白、蛋白質(zhì)片段等。更為可怕的是 β-淀粉樣蛋白的沉積，這是一種與阿爾茨海默病相關(guān)的蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)的沉積和老年癡呆癥的發(fā)生有著千絲萬縷的關(guān)系。
可是年輕人經(jīng)常熬夜，大腦卻沒受損？研究發(fā)現(xiàn)，雖然年輕人的大腦活力可以從短期的睡眠不足中迅速恢復(fù)，但慢性、長期的失眠和睡眠紊亂會給大腦的新陳代謝帶來強烈的應(yīng)激壓力，這會導(dǎo)致與警覺和正常皮層功能有關(guān)的關(guān)鍵神經(jīng)元發(fā)生變性，與衰老和神經(jīng)變性相關(guān)的蛋白質(zhì)不斷積累，從而讓熬夜的人更容易患上老年癡呆癥。
也有研究表明，老年人腦脊液的更換率只有年輕人的10%，也就是說，年輕人如果經(jīng)常熬夜的話，就相當(dāng)于老年人大腦了。
先進成像技術(shù)顯示，大腦在睡眠狀態(tài)時腦脊液的流動速率升高。圖片來源：參考文獻[2]
什么時候“換水”？
大腦“換水”經(jīng)常發(fā)生在我們睡覺的時候，就像馬路清掃車和垃圾車一樣，一般都在清晨、傍晚，甚至凌晨工作。同樣的，大腦清洗系統(tǒng)晚上開啟，白天關(guān)閉，“換水”成了我們睡覺時的一種特殊功能。
不過，關(guān)于大腦經(jīng)常在晚上“換水”的理論研究，科學(xué)界還沒有定論。這不，最近他們又“吵”起來了。在之前的一項研究中，科研人員對小鼠實施麻醉后，將微小的熒光示蹤劑注入小鼠腦脊液，示蹤劑迅速進入大腦，并沿著特定的、可預(yù)測的路徑從腦中排出。當(dāng)小鼠入睡后，腦脊液便更自由地流動，甚至到達腦部更深的部位，而處于清醒狀態(tài)時，腦脊液只能沿著大腦表面流動，流量僅為睡眠狀態(tài)的5%。
在對小鼠進行了一系列研究后，團隊發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小鼠的大腦處于睡眠或麻醉狀態(tài)時，就忙于清除清醒狀態(tài)時累積的代謝“垃圾”。研究顯示，睡眠狀態(tài)下小鼠大腦清除代謝“垃圾”的速度可達清醒狀態(tài)的2倍。這個結(jié)果好像首次證明了大腦睡覺“換水”的假說。
然而，“打臉”的結(jié)果也相繼而來。一篇在2024年5月13日發(fā)表在《自然-神經(jīng)科學(xué)》（Nature Neuroscience）的簡訊，通過直接測定清醒、睡眠、麻醉狀態(tài)下小鼠大腦對代謝物的清除速率，發(fā)現(xiàn)大腦在睡眠和麻醉狀態(tài)下，對物質(zhì)的清除速率會顯著降低。這一結(jié)果和之前的研究結(jié)果截然相反，還暗示了過度睡眠會使大腦運轉(zhuǎn)失常。這對“睡眠的核心功能是清除腦中毒素”這一傳統(tǒng)觀念，提出了挑戰(zhàn)。
當(dāng)然，科學(xué)上的爭論常而有之，關(guān)于睡眠“換水”速率高低的問題，有待定論。但不管是晚上“換水”還是白天“換水”，膠質(zhì)淋巴系統(tǒng)對大腦雜質(zhì)的清理工作不容忽視。
清醒狀態(tài)和睡眠狀態(tài)大腦各項參數(shù)的不同，比如睡眠時大腦溫度下降兩度，腦電波變平緩。圖片來源：參考文獻[3]
好好睡覺很重要
總之，不論大腦是否在晚上“換水”，睡眠的重要性不言而喻。舉個例子，海豚和鯨魚會讓大腦兩個半球交替睡覺，確保他們既能睡個好覺，也能一邊睡覺一邊游泳。
我們生命中有至少三分之一的時間在睡覺，可想而知睡眠的重要程度。那么，睡眠有哪些功能呢？除了上述提到的，睡眠可以幫助大腦清理細胞代謝物，還可以強化人體免疫功能，幫助我們進行記憶加工和存儲等。然而，現(xiàn)代社會很多人都存在“睡眠障礙”現(xiàn)象。
研究顯示，長期睡眠不足會導(dǎo)致軀體不適，還可能誘發(fā)精神恍惚的問題，甚至出現(xiàn)精神幻覺，嚴重的會有引發(fā)死亡的風(fēng)險。
既然睡眠這么重要，怎么改善睡眠狀況呢？我們可以采取適當(dāng)運動、規(guī)律飲食的方式保證睡眠。很多人睡眠不好是因為運動不足導(dǎo)致的胃動力不足，一到晚上就容易發(fā)生反胃、胃灼熱的情況，這就影響了睡眠質(zhì)量。太陽東升西落，一年四季更替，睡眠也是生物節(jié)律的一部分，這些規(guī)律性變化都在影響著生物體。遵循生物節(jié)律，養(yǎng)成良好的睡眠習(xí)慣，對我們的身體百利無害。
好好睡一覺，大腦才能更健康。希望我們每個人都擁有一個健康的體魄。
參考文獻
[1]Neurochem Res. 2015 December ; 40(12): 2583–2599. doi:10.1007/s11064-015-1581-6.
[2]Science. 2013 Oct 18;342(6156):373-7. doi: 10.1126/science.1241224. PMID: 24136970; PMCID: PMC3880190.
[3]Science，374,556-559(2021).DOI:10.1126/science.abi8372
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出品丨科普中國
作者丨王飛 神經(jīng)科學(xué)博士
監(jiān)制丨中國科普博覽
責(zé)編丨董娜娜
審校丨徐來 林林
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