美國高校發現睡眠基本目的是清理大腦有毒代謝物

背景

自從人類開始進化之後的每一個夜晚，我們可能都在犯著一個危險的錯誤。儘管人類曾經一度面臨被大型食肉動物吃掉的威脅，而且尋找食物、積累財富或者繁衍後代等需要大量時間，但我們總是不會忘了睡覺。

長時間以來，科學家一直在猜測為何人類將生命中1/3的時間用於睡眠，但始終沒有具體的數據支持特定理論。

大多數生理學家認為，睡眠有著許多不同目的，從記憶鞏固到代謝系統和免疫系統的調節。像呼吸、進食等生理功能的「核心」目的很容易理解，但是，科學家從未就睡眠的原始目的達成一致。

假說證實

新證據證明一個長期的假說：睡眠期間，大腦會進行自我清理。

賓夕法尼亞大學睡眠研究人員David Dinges認為，10月17日發表在《科學》雜誌上的這項新研究「符合一個長期存在的觀點：睡眠的作用是修復，一些東西被還原或者清除」。該研究建立在Nedergaard最近的發現的基礎上。

去年夏天，Nedergaard在《科學—轉化醫學》雜誌中描述了一個微觀的、充滿液體的通道網路可以清除大腦毒素，就像淋巴系統從身體其他部位清除代謝廢物一樣。不過，該網路並不攜帶淋巴，而是運輸含有廢物的腦脊液(CSF)。Nedergaard將其命名為「類淋巴系統」，在該系統被發現之前，人們所知道的大腦處理細胞垃圾的唯一方式是在細胞內部分解和回收利用。

在最初的研究中，Nedergaard的團隊發現，大腦的非神經細胞——神經膠質控制著CSF通過其細胞膜中的通道流動。「如果我們去掉神經膠質細胞中的通道，流動會停止。」Nedergaard說。

由於運輸液體通過細胞膜需要大量能量，Nedergaard及其團隊預測，大腦並不能同時完成清理和處理感覺信息的工作，於是他們決定測試睡眠期間類淋巴系統的活動是否會改變。該研究的第一作者Lulu Xie在接下來的兩年中訓練小鼠放鬆和睡眠，並在雙光子顯微鏡(可以使染色物質通過活組織的運動成像)下觀察。

Xie會觀察小鼠的腦活動，一旦發現其進入睡眠狀態，她便將綠色染料通過小鼠頸部一個像導管的設備註入到CSF中。半小時後，她通過觸摸小鼠尾部使其清醒，並注入紅色染料，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，其團隊發現在睡眠期間，大量CSF流入大腦，但是在清醒狀態時卻不會。

對小鼠清醒和睡眠時神經細胞間空隙大小的對比發現，睡眠時運載CSF的神經膠質細胞通道會擴張60%。研究團隊還將作標記的β澱粉樣蛋白注入到睡眠小鼠和清醒小鼠的大腦中，進而發現睡眠期間，CSF會很快地將這些「垃圾」清除到細胞外兩次——「就像一個洗碗工」，Nedergaard這樣形容。她說，這些蛋白質可以在細胞內聚合為致病性斑塊，而且與阿爾茨海默氏症相關。

Nedergaard指出，很多神經疾病——從阿爾茨海默氏症到中風和痴呆——都與睡眠障礙有關。研究表明，睡眠不足會使毒素累積，導致大腦損傷，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節睡眠——也就是說，代謝副產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。英國薩里大學的睡眠科學家Derk-Jan Dijk稱，在睡眠的功能中，沒有一個可以主導其他所有。「睡眠可能有很多功能。」他說，就像周末可以用來購物、社交和打掃房子一樣。

不過，Czeisler表示，由於Nedergaard和她的同事已經確定了小鼠會在夜間清理大腦，科學家可以繼續研究是否所有物種都是如此，及其程度如何。「人們可以想像，不同物種的睡眠功能會進行不同方式的進化，以適應不同習性。不過研究會讓我們了解，不同物種的睡眠功能是否相同。」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！