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熬夜變傻有科學依據,人類睡覺時會被「洗腦」,科學家首次拍下全程 | Science
管理者 -
2019-11-11 09:59:55 #1
你睡着的時候,真的被洗了腦。
這次,波士頓大學的科學家們,史無前例地拍下了清洗過程:
紅色是血液,藍色是腦脊液。厲害的是從前沒有發現過,血液會週期性地大量流出大腦。每當血液大量流出,腦脊液就趁機發動一波攻擊。
 
腦脊液進入之後會清除毒素,比如導致阿爾茨海默病的β澱粉樣蛋白。
而這樣的清洗,只有在睡着後才能做到,讓人一覺醒來,擁有一個清爽的大腦;沒睡着的時候,腦脊液並沒有充分的機會趁虛而入。
另外,研究人員還發現了腦電活動和清洗過程之間的關係,也就是說腦電波指揮了液體運動。
 
這項成果,剛剛登上了Science。
作者興奮地說:離揭示阿爾茨海默病和睡眠之間的聯繫,又近了一步。
 
而羅切斯特大學的神經科學家Maiken Nedergaard則不禁讚歎:
這篇論文太棒了。
完全想不到,有人能夠真的證明,腦電活動是可以讓液體流動起來的,一顆賽艇。
 
所以,多睡一點吧,不要熬夜了。洗腦洗不完,說不定真的會變傻 (狗頭) 。

爲何只有睡着才能洗腦?

當你睡着之後,大腦會經歷幾個不同的階段:
從輕度睡眠,到失去意識的深度睡眠,再到快速眼動 (REM) 睡眠,就是容易做夢的狀態了。
 
這項新的研究,是專注在非REM的階段,就是沒到要做夢的時候,也是對大腦保留記憶 (Memory Retention) 來說,非常重要的階段。
其實,2013年已經有研究證明了,在小鼠睡眠的過程中,大腦裏像β澱粉樣蛋白這樣的毒素,是會被清除的。大腦用的清潔劑,叫做腦脊液。
 
問題是,到底怎麼清除的?爲什麼只有睡覺的時候才能清除?
科學家們做了個實驗,讓13個人類帶上腦電帽,在覈磁共振 (MRI) 機器裏睡覺。腦電圖會顯示,一個人處在哪個睡眠狀態;而MRI會測量血氧水平,顯示有多少腦脊液流進流出。
 
然後發現了奇妙的現象:
大腦裏的血氧濃度,出現了明顯的大週期變化。也就是說,血液會大規模、週期性地流出大腦。
這個時候,腦脊液就會趁機衝進大腦,把留給它的空間都填滿:
△ 綠色是血液氧合信號,紫色是腦脊液信號
醒來之後,大週期不見了,腦脊液就沒辦法大量衝進大腦,完成有效的清洗:
論文的通訊作者Laura Lewis (簡稱「劉易斯」) 認爲,這是因爲睡眠過程中,大腦裏的神經元們會開始同步活動,一起開,一起關。
之所以有這樣的推測,是因爲腦電圖的數據顯示,有神經節律出現後,才發生了血液和腦脊液的流轉:
 
當大量神經元一同停止了激發,就不需要那麼多血液進去輸送氧氣,才給了腦脊液涌入的機會。
這樣,便有了我們在開頭看到的那副景象:
這個發現很重要,它告訴我們睡眠是一項非常特殊的功能:
 
我們醒着的時候,神經元們是不會同開同關的。所以,醒着的時候沒有辦法讓大腦的血量,下降到足夠低的水平。
只有睡着之後,大腦裏沒有那麼多血液的時候,腦脊液才能自如地循環開來,清除像β澱粉樣蛋白這樣的代謝副產物。
 
甚至2013年那項小鼠研究的負責人,羅切斯特大學的神經科學家Maiken Nedergaard,也發出了讚歎:
這篇論文太棒了。完全想不到,有人能夠真的證明,腦電活動是可以讓液體流動起來的,一顆賽艇。

下一步研究

根據布萊斯·曼德(Bryce A Mander)發表在Nature子刊上的論文,衰老和局部腦萎縮,就與非快速眼動(NREM)睡眠期間的慢波活動減少有關。
這項研究指出,老年人的睡眠中斷,是大腦結構改變所致,會導致年齡相關的認知能力下降。
 
而現在,波士頓大學的這一新進展表明,慢波損耗與腦脊液流量減少有關。
下一步,他們會繼續探索衰老是如何影響人們睡眠時血液和腦脊液的流動的。
據劉易斯介紹,研究團隊計劃招募老年人蔘加下一次研究。
而研究推進過程中面臨的另一個難題,是腦電波,血液和腦脊液究竟是如何完美協同的。劉易斯表示:
 
我們觀察到,神經改變似乎總是首先發生,隨後血液從腦部流出,這之後腦脊液波動纔會出現。
 
這項研究的深入,也給治療和預防像老年癡呆(阿爾茨海默症)、自閉症這樣的神經疾病開拓了新的治療思路。
此前,針對β澱粉樣蛋白的藥物開發頻頻陷入困境,但現在,科學家們指出,或許不着力於起作用的特定分子,而是着重增加「洗腦」的腦脊液總量,會成爲有效的解決方案。

女科學家領銜

這篇Science論文的通訊作者,是波士頓大學工程學院生物醫學工程系的助理教授勞拉·劉易斯。

2014年,她從麻省理工學院神經科學專業博士畢業。其研究方向是腦成像,神經動力學以及計算神經科學與信號處理等。
 
論文一作,則是劉易斯實驗室的成員妮娜·福爾茲(Nina Fultz)。
有趣的是,劉易斯實驗室的10位成員當中,絕大多數都是女性。