2013年10月28日

睡眠如何清除大脑

液体流经大脑中的通道。 脑脊液(蓝色)流经大脑,并通过一系列在睡眠中扩展的通道清除毒素。迈肯·内德加德

一项小鼠研究表明,睡眠可以清除清醒时积累的毒素,从而有助于大脑恢复健康。结果表明,睡眠在健康和疾病中可能具有新的作用。

科学家和哲学家一直想知道为什么人们入睡以及它如何影响大脑。睡眠对于存储记忆很重要。它还具有恢复功能。睡眠不足会削弱推理能力,解决问题的能力以及对细节的关注等。但是,这些睡眠功能背后的机制尚不清楚。

罗切斯特大学医学中心的Maiken Nedergaard博士及其同事最近发现了一种从大脑排出废物的系统。脑脊液是一种围绕大脑和脊髓的透明液体,沿着围绕血管的一系列通道在大脑中移动。该系统由大脑的神经胶质细胞管理,因此研究人员称其为淋巴系统。

科学家还报告说,这种淋巴系统可以帮助从脑组织中去除一种有毒蛋白质,称为β-淀粉样蛋白。 β-淀粉样蛋白因在阿尔茨海默氏病患者的大脑中积累而闻名。其他研究表明,睡眠期间大脑中β-淀粉样蛋白水平降低。在他们的新研究中,研究小组测试了睡眠可能通过调节淋巴系统来影响β-淀粉样蛋白清除的想法。这项工作是由美国国立卫生研究院国家神经疾病与中风研究所(NINDS)资助的。

研究人员首先将染料注入小鼠的脑脊液中,并在跟踪通过动物大脑的染料流动时监测脑电活动。如2013年10月18日版 科学当小鼠醒来时,染料几乎不流动。相反,当小鼠失去知觉(睡着或麻醉)时,它会迅速流动。

液体在有意识和无意识状态之间通过大脑运动的方式的变化可能反映出可运动空间的差异。为了验证这个想法,研究小组使用了一种测量脑细胞外部空间体积的方法。他们发现,当老鼠睡着或麻醉后,大脑皮层的“细胞外”体积增加了60%。

接下来,研究人员给小鼠注射了标记的β-淀粉样蛋白,并测量了它们在睡眠和清醒时在大脑中持续的时间。 β-淀粉样蛋白在睡眠小鼠的大脑中消失的速度是其两倍。

胶质细胞通过收缩和肿胀来控制通过淋巴系统的流量。增强警觉性的去甲肾上腺素激素可导致细胞肿胀。因此,研究人员测试了激素是否会影响淋巴系统。用能阻断去甲肾上腺素的药物治疗小鼠会诱发类似睡眠的状态,并增加脑液流量和细胞外脑容量。这一结果表明,睡眠觉醒周期与大脑清洁系统之间存在分子联系。

这项研究提出了通过操纵淋巴系统来预防或治疗某些神经系统疾病的可能性。内德加德说:“这些发现对于治疗像阿尔茨海默氏症这样的'脑脏疾病'具有重要意义。” “准确地了解大脑如何激活激活淋巴系统并清除废物是努力潜在地调节该系统并使之更有效地工作的关键的第一步。”

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参考文献: 睡眠促使成人大脑清除代谢产物。 科学。 2013年10月18日; 342(6156):373-7。 doi:10.1126 / science.1241224。 PMID:24136970。

资金: 美国国立卫生研究院(NIH)国家神经疾病和中风研究所(NINDS)。