「熬夜會變傻」終於有科學依據了

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來源:共青團中央

你睡著的時候,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,血液會周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淀粉樣蛋白。

而這樣的清洗,只有在睡著後才能做到,讓人一覺醒來,擁有一個清爽的大腦;沒睡著的時候,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則不禁讚嘆:

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 。

為何只有睡著才能洗腦

當你睡著之後,大腦會經歷幾個不同的階段:

經過入睡時期,淺睡時期,再到熟睡期和沉睡期,我們就會進入快速眼動 (REM) 睡眠期了,也就是容易做夢的一種狀態。

而科學家把前四個階段合稱為「非快速眼動期」。這項新的研究,正是專註在非REM階段,這是一個對大腦保留記憶 (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,大腦裡像β淀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?為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,在核磁共振 (MRI) 機器裡睡覺。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:

大腦裡的血氧濃度,出現了明顯的大周期變化。也就是說,血液會大規模、周期性地流出大腦。

這個時候,腦脊液就會趁機沖進大腦,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,大周期不見了,腦脊液就沒辦法大量沖進大腦,完成有效的清洗:

論文的通訊作者Laura Lewis (簡稱「劉易斯」) 認為,這是因為睡眠過程中,大腦裡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,是因為腦電圖的數據顯示,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,才給了腦脊液湧入的機會。

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:

我們醒著的時候,神經元們是不會同開同關的。所以,醒著的時候沒有辦法讓大腦的血量,下降到足夠低的水平。

只有睡著之後,大腦裡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淀粉樣蛋白這樣的代謝副產物。

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。

論文鏈接:

https://www.nature.com/articles/nn.3324

這項研究指出,老年人的睡眠中斷,是大腦結構改變所致,會導致年齡相幹的認知能力下降。

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參加下一次研究。

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,這之後腦脊液波動才會出現。

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淀粉樣蛋白的藥物開發頻頻陷入困境,但現在,科學家們指出,或許不著力於起作用的特定分子,而是著重增加「洗腦」的腦脊液總量,會成為有效的解決方案。

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。

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。

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