《自然》最新论文：脑袋“进水”很重要！

近年来，睡眠研究领域存在一种“类淋巴系统清洗假说”，备受业内关注。它指的是人体在进入睡眠状态后，淋巴液会涌进大脑，将白天累积的“有毒物质”一同带出，这就相当于大脑完成了一次“清洗”。

为了进一步确认睡眠与类淋巴系统清洗有毒物质之间的关系，在近期发表于《自然-神经科学》（Nature Neuroscience）的论文中，科学家们通过实验分析，认为我们过去对睡觉“排毒”的推断是有偏差的。

那么，睡眠对大脑的影响是什么？人类如何“清洗”大脑“细胞废物”呢？我们一起来看看。

我们的脑袋“进水”了？

人们常用“你脑袋进水啦！”比喻某些人脑子愚笨或者反应出错，然而现实中，我们的脑袋里正因为充满了“水”，才能很好地运转。有研究表明，人脑中有150ml 的“水”，相当于一小杯啤酒的体积。为什么人脑中有“水”呢，不应该是血液吗？

其实，人脑中的“水”叫作“脑脊液”，是一种无色透明的液体，人的大脑悬浮浸泡在脑脊液中。

血液之所以不能和大脑直接接触，是因为血液无法给大脑提供养分和氧气，在血管和大脑之间有一道血脑屏障，保证了人脑这个人体司令部和外界隔绝开来，只有脑脊液可以在人脑中流动，它从脑室流向中脑导水管，供大脑正常工作，既能确保大脑不轻易受到外界有毒物质的入侵，也限制了体外一些激素对大脑的影响。

而脑室和中脑导水管其实可以看作是脑中的“洞”和“坑”。脑中一共有四个大“洞”，分别是第一、二、三、四脑室，这些脑室中充满了“水”。而人脑中又有个类似下水道的“坑”，是中脑导水管，脑脊液就是通过这个“坑”流出大脑的。

大脑中的血脑屏障，脑室和脑脊液流向示意图。图片来源：参考文献[1]

为什么要“换水”？

人脑中的脑脊液一直在流动，也在不停地更换。有研究称，人脑一天24小时需要更换4次脑脊液。那么，大脑为什么需要“换水”呢？难道大脑的“水”中养鱼了吗？不错，大脑中的“鱼”就是我们的脑细胞，它们虽然不会像真鱼一样游来游去，但会排泄“废物”，没多久脑脊液里就会充满代谢而出的有毒物质。

大脑进化了一种类淋巴系统，这种类淋巴系统主要由脑中的胶质细胞负责，叫作胶质淋巴系统。这相当于给人脑这个“大鱼缸”装上了过滤器，不停地给大脑“换水”。正是因为这种胶质淋巴系统对脑脊液的更换清洗，人类的大脑才能保持清醒。

大脑虽然只占人体重量的2%，也就三斤左右，还没有一个西瓜重，却要消耗人体20%的能量，可谓是个“耗能大户”。大量的消耗工作会产生很多有毒物质，比如活性氧、免疫球蛋白、蛋白质片段等。更为可怕的是 β-淀粉样蛋白的沉积，这是一种与阿尔茨海默病相关的蛋白质。这些蛋白质的沉积和老年痴呆症的发生有着千丝万缕的关系。

可是年轻人经常熬夜，大脑却没受损？研究发现，虽然年轻人的大脑活力可以从短期的睡眠不足中迅速恢复，但慢性、长期的失眠和睡眠紊乱会给大脑的新陈代谢带来强烈的应激压力，这会导致与警觉和正常皮层功能有关的关键神经元发生变性，与衰老和神经变性相关的蛋白质不断积累，从而让熬夜的人更容易患上老年痴呆症。

也有研究表明，老年人脑脊液的更换率只有年轻人的10%，也就是说，年轻人如果经常熬夜的话，就相当于老年人大脑了。

先进成像技术显示，大脑在睡眠状态时脑脊液的流动速率升高。图片来源：参考文献[2]

什么时候“换水”？

大脑“换水”经常发生在我们睡觉的时候，就像马路清扫车和垃圾车一样，一般都在清晨、傍晚，甚至凌晨工作。同样的，大脑清洗系统晚上开启，白天关闭，“换水”成了我们睡觉时的一种特殊功能。

不过，关于大脑经常在晚上“换水”的理论研究，科学界还没有定论。这不，最近他们又“吵”起来了。在之前的一项研究中，科研人员对小鼠实施麻醉后，将微小的荧光示踪剂注入小鼠脑脊液，示踪剂迅速进入大脑，并沿着特定的、可预测的路径从脑中排出。当小鼠入睡后，脑脊液便更自由地流动，甚至到达脑部更深的部位，而处于清醒状态时，脑脊液只能沿着大脑表面流动，流量仅为睡眠状态的5%。

在对小鼠进行了一系列研究后，团队发现，当小鼠的大脑处于睡眠或麻醉状态时，就忙于清除清醒状态时累积的代谢“垃圾”。研究显示，睡眠状态下小鼠大脑清除代谢“垃圾”的速度可达清醒状态的2倍。这个结果好像首次证明了大脑睡觉“换水”的假说。

然而，“打脸”的结果也相继而来。一篇在2024年5月13日发表在《自然-神经科学》（Nature Neuroscience）的简讯，通过直接测定清醒、睡眠、麻醉状态下小鼠大脑对代谢物的清除速率，发现大脑在睡眠和麻醉状态下，对物质的清除速率会显著降低。这一结果和之前的研究结果截然相反，还暗示了过度睡眠会使大脑运转失常。这对“睡眠的核心功能是清除脑中毒素”这一传统观念，提出了挑战。

当然，科学上的争论常而有之，关于睡眠“换水”速率高低的问题，有待定论。但不管是晚上“换水”还是白天“换水”，胶质淋巴系统对大脑杂质的清理工作不容忽视。

清醒状态和睡眠状态大脑各项参数的不同，比如睡眠时大脑温度下降两度，脑电波变平缓。图片来源：参考文献[3]

好好睡觉很重要

总之，不论大脑是否在晚上“换水”，睡眠的重要性不言而喻。举个例子，海豚和鲸鱼会让大脑两个半球交替睡觉，确保他们既能睡个好觉，也能一边睡觉一边游泳。

我们生命中有至少三分之一的时间在睡觉，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，睡眠可以帮助大脑清理细胞代谢物，还可以强化人体免疫功能，帮助我们进行记忆加工和存储等。然而，现代社会很多人都存在“睡眠障碍”现象。研究显示，长期睡眠不足会导致躯体不适，还可能诱发精神恍惚的问题，甚至出现精神幻觉，严重的会有引发死亡的风险。

既然睡眠这么重要，怎么改善睡眠状况呢？我们可以采取适当运动、规律饮食的方式保证睡眠。很多人睡眠不好是因为运动不足导致的胃动力不足，一到晚上就容易发生反胃、胃灼热的情况，这就影响了睡眠质量。太阳东升西落，一年四季更替，睡眠也是生物节律的一部分，这些规律性变化都在影响着生物体。遵循生物节律，养成良好的睡眠习惯，对我们的身体百利无害。

好好睡一觉，大脑才能更健康。希望我们每个人都拥有一个健康的体魄。

参考文献

[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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出品丨科普中国

作者丨王飞 神经科学博士

监制丨中国科普博览

责编丨董娜娜

审校丨徐来 林林