小鼠睡眠期間,，神經(jīng)細(xì)胞之間充滿液體的通道會擴(kuò)張，并將垃圾物質(zhì)清出,。圖片來源：Jeff Iliff
自從人類開始進(jìn)化之后的每一個夜晚,，我們可能都在犯著一個危險的錯誤。盡管人類曾經(jīng)一度面臨被大型食肉動物吃掉的威脅,，而且尋找食物,、積累財富或者繁衍后代等需要大量時間，但我們總是不會忘了睡覺,。
長時間以來,，科學(xué)家一直在猜測為何人類將生命中1/3的時間用于睡眠，但始終沒有具體的數(shù)據(jù)支持特定理論?，F(xiàn)在,，新的證據(jù)證明了一個長期的假說：睡眠期間,，大腦會進(jìn)行自我清理。
大多數(shù)生理學(xué)家認(rèn)為,，睡眠有著許多不同目的,，從記憶鞏固到代謝系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。像呼吸,、進(jìn)食等生理功能的“核心”目的很容易理解,，但是，科學(xué)家從未就睡眠的原始目的達(dá)成一致,。美國紐約羅切斯特大學(xué)的Maiken Nedergaard和同事們進(jìn)行的新研究,，為波士頓哈佛醫(yī)學(xué)院睡眠研究員Charles Czeisler提供了“首個分子層面的直接實驗數(shù)據(jù)”，可以用來了解睡眠的基本目的：清理大腦中的有毒代謝產(chǎn)物,。
賓夕法尼亞大學(xué)睡眠研究人員David Dinges認(rèn)為,，10月17日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的這項新研究“符合一個長期存在的觀點：睡眠的作用是修復(fù)，一些東西被還原或者清除”,。該研究建立在Nedergaard最近的發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,。去年夏天，Nedergaard在《科學(xué)—轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志中描述了一個微觀的,、充滿液體的通道網(wǎng)絡(luò)可以清除大腦毒素,，就像淋巴系統(tǒng)從身體其他部位清除代謝廢物一樣。不過,，該網(wǎng)絡(luò)并不攜帶淋巴,，而是運輸含有廢物的腦脊液（CSF）。Nedergaard將其命名為“類淋巴系統(tǒng)”,，在該系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)之前,，人們所知道的大腦處理細(xì)胞垃圾的唯一方式是在細(xì)胞內(nèi)部分解和回收利用。
在最初的研究中,，Nedergaard的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn),，大腦的非神經(jīng)細(xì)胞——神經(jīng)膠質(zhì)控制著CSF通過其細(xì)胞膜中的通道流動?！叭绻覀?nèi)サ羯窠?jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中的通道,，流動會停止?！盢edergaard說,。
由于運輸液體通過細(xì)胞膜需要大量能量，Nedergaard及其團(tuán)隊預(yù)測,，大腦并不能同時完成清理和處理感覺信息的工作,，于是他們決定測試睡眠期間類淋巴系統(tǒng)的活動是否會改變。該研究的第一作者Lulu Xie在接下來的兩年中訓(xùn)練小鼠放松和睡眠,，并在雙光子顯微鏡（可以使染色物質(zhì)通過活組織的運動成像）下觀察,。
Xie會觀察小鼠的腦活動,，一旦發(fā)現(xiàn)其進(jìn)入睡眠狀態(tài)，她便將綠色染料通過小鼠頸部一個像導(dǎo)管的設(shè)備注入到CSF中,。半小時后,，她通過觸摸小鼠尾部使其清醒，并注入紅色染料,，雙光子顯微鏡可以很容易地辨別這兩種染料,。Nedergaard稱，通過追蹤整個大腦中的紅色和綠色染料,，其團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)在睡眠期間,，大量CSF流入大腦，但是在清醒狀態(tài)時卻不會,。
對小鼠清醒和睡眠時神經(jīng)細(xì)胞間空隙大小的對比發(fā)現(xiàn),，睡眠時運載CSF的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞通道會擴(kuò)張60%。研究團(tuán)隊還將作標(biāo)記的β淀粉樣蛋白注入到睡眠小鼠和清醒小鼠的大腦中,，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)睡眠期間,，CSF會很快地將這些“垃圾”清除到細(xì)胞外兩次——“就像一個洗碗工”，Nedergaard這樣形容,。她說,，這些蛋白質(zhì)可以在細(xì)胞內(nèi)聚合為致病性斑塊，而且與阿爾茨海默氏癥相關(guān),。
Nedergaard指出,，很多神經(jīng)疾病——從阿爾茨海默氏癥到中風(fēng)和癡呆——都與睡眠障礙有關(guān)。研究表明,，睡眠不足會使毒素累積，導(dǎo)致大腦損傷,，這也是原因之一,。“這可能會引起那些在夜間工作的輪班工作者的討論,，”Nedergaard預(yù)測道,，“如果你不能保證睡眠，大腦可能會受到損傷,?！?
然而，一個未知的問題是清除廢物的需要是否會積極地調(diào)節(jié)睡眠——也就是說,，代謝副產(chǎn)物的形成是否會使我們感到困意,。研究人員還希望知道在睡眠期間，充滿液體的通道如何改變形狀,，以及清除廢物是否真的能改善神經(jīng)功能,。
其他研究人員也不確定清理功能是否為睡眠唯一的核心功能,。英國薩里大學(xué)的睡眠科學(xué)家Derk-Jan Dijk稱，在睡眠的功能中,，沒有一個可以主導(dǎo)其他所有,。“睡眠可能有很多功能,?！彼f，就像周末可以用來購物,、社交和打掃房子一樣,。
不過，Czeisler表示,，由于Nedergaard和她的同事已經(jīng)確定了小鼠會在夜間清理大腦,，科學(xué)家可以繼續(xù)研究是否所有物種都是如此，及其程度如何,?！叭藗兛梢韵胂螅煌锓N的睡眠功能會進(jìn)行不同方式的進(jìn)化,，以適應(yīng)不同習(xí)性,。不過研究會讓我們了解，不同物種的睡眠功能是否相同,?！保◤埗?
