熬夜變傻有科學依據，人類睡覺時會被「洗腦」，科學家首次拍下全程 | Science
2019-11-02
你睡着的時候，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，血液會週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澱粉樣蛋白。
而這樣的清洗，只有在睡着後才能做到，讓人一覺醒來，擁有一個清爽的大腦；沒睡着的時候，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則不禁讚歎：
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。
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 (狗頭) 。
爲何只有睡着才能洗腦？
當你睡着之後，大腦會經歷幾個不同的階段：
從輕度睡眠，到失去意識的深度睡眠，再到快速眼動 (REM)
睡眠，就是容易做夢的狀態了。
這項新的研究，是專注在非REM的階段，就是沒到要做夢的時候，也是對大腦保留記憶 (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，大腦裏像β澱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？爲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，在覈磁共振 (MRI) 機器裏睡覺。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：
大腦裏的血氧濃度，出現了明顯的大週期變化。也就是說，血液會大規模、週期性地流出大腦。
這個時候，腦脊液就會趁機衝進大腦，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，大週期不見了，腦脊液就沒辦法大量衝進大腦，完成有效的清洗：
論文的通訊作者Laura
Lewis (簡稱「劉易斯」) 認爲，這是因爲睡眠過程中，大腦裏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，是因爲腦電圖的數據顯示，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，才給了腦脊液涌入的機會。
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：
我們醒着的時候，神經元們是不會同開同關的。所以，醒着的時候沒有辦法讓大腦的血量，下降到足夠低的水平。
只有睡着之後，大腦裏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澱粉樣蛋白這樣的代謝副產物。
甚至2013年那項小鼠研究的負責人，羅切斯特大學的神經科學家Maiken Nedergaard，也發出了讚歎：
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。
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：
這項研究指出，老年人的睡眠中斷，是大腦結構改變所致，會導致年齡相關的認知能力下降。
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蔘加下一次研究。
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，這之後腦脊液波動纔會出現。
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澱粉樣蛋白的藥物開發頻頻陷入困境，但現在，科學家們指出，或許不着力於起作用的特定分子，而是着重增加「洗腦」的腦脊液總量，會成爲有效的解決方案。
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。
論文一作，則是劉易斯實驗室的成員妮娜·福爾茲（Nina Fultz）。
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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