《自然》最新論文：腦袋“進水”很重要

　　近年來，睡眠研究領域存在一種“類淋巴系統清洗假說”，備受業內關注。它指的是人體在進入睡眠狀態后，淋巴液會涌進大腦，將白天累積的“有毒物質”一同帶出，這就相當于大腦完成了一次“清洗”。

　　為了進一步確認睡眠與類淋巴系統清洗有毒物質之間的關系，在近期發表于《自然-神經科學》（Nature Neuroscience）的論文中，科學家們通過實驗分析，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出錯，然而現實中，我們的腦袋里正因為充滿了“水”，才能很好地運轉。有研究表明，人腦中有150ml 的“水”，相當于一小杯啤酒的體積。為什么人腦中有“水”呢，不應該是血液嗎？

　　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。

　　大腦進化了一種類淋巴系統，這種類淋巴系統主要由腦中的膠質細胞負責，叫作膠質淋巴系統。這相當于給人腦這個“大魚缸”裝上了過濾器，不停地給大腦“換水”。正是因為這種膠質淋巴系統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生很多有毒物質，比如活性氧、免疫球蛋白、蛋白質片段等。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的蛋白質。這些蛋白質的沉積和老年癡呆癥的發生有著千絲萬縷的關系。

　　可是年輕人經常熬夜，大腦卻沒受損？研究發現，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，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激壓力，這會導致與警覺和正常皮層功能有關的關鍵神經元發生變性，與衰老和神經變性相關的蛋白質不斷積累，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，年輕人如果經常熬夜的話，就相當于老年人大腦了。

　　先進成像技術顯示，大腦在睡眠狀態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”經常發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，大腦清洗系統晚上開啟，白天關閉，“換水”成了我們睡覺時的一種特殊功能。

　　不過，關于大腦經常在晚上“換水”的理論研究，科學界還沒有定論。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、可預測的路徑從腦中排出。當小鼠入睡后，腦脊液便更自由地流動，甚至到達腦部更深的部位，而處于清醒狀態時，腦脊液只能沿著大腦表面流動，流量僅為睡眠狀態的5%。

　　在對小鼠進行了一系列研究后，團隊發現，當小鼠的大腦處于睡眠或麻醉狀態時，就忙于清除清醒狀態時累積的代謝“垃圾”。研究顯示，睡眠狀態下小鼠大腦清除代謝“垃圾”的速度可達清醒狀態的2倍。這個結果好像首次證明了大腦睡覺“換水”的假說。

　　然而，“打臉”的結果也相繼而來。一篇在2024年5月13日發表在《自然-神經科學》（Nature Neuroscience）的簡訊，通過直接測定清醒、睡眠、麻醉狀態下小鼠大腦對代謝物的清除速率，發現大腦在睡眠和麻醉狀態下，對物質的清除速率會顯著降低。這一結果和之前的研究結果截然相反，還暗示了過度睡眠會使大腦運轉失常。這對“睡眠的核心功能是清除腦中毒素”這一傳統觀念，提出了挑戰。

　　當然，科學上的爭論常而有之，關于睡眠“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”，膠質淋巴系統對大腦雜質的清理工作不容忽視。

　　清醒狀態和睡眠狀態大腦各項參數的不同，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，現代社會很多人都存在“睡眠障礙”現象。研究顯示，長期睡眠不足會導致軀體不適，還可能誘發精神恍惚的問題，甚至出現精神幻覺，嚴重的會有引發死亡的風險。

　　既然睡眠這么重要，怎么改善睡眠狀況呢？我們可以采取適當運動、規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致的胃動力不足，一到晚上就容易發生反胃、胃灼熱的情況，這就影響了睡眠質量。太陽東升西落，一年四季更替，睡眠也是生物節律的一部分，這些規律性變化都在影響著生物體。遵循生物節律，養成良好的睡眠習慣，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