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青少年数学之旅

你睡着的时候，真的被洗了脑。

这次，波士顿大学的科学家们，史无前例地拍下了清洗过程：

红色是血液，蓝色是脑脊液。厉害的是从前没有发现过，血液会周期性地大量流出大脑。每当血液大量流出，脑脊液就趁机发动一波攻击。

脑脊液进入之后会清除毒素，比如导致阿尔茨海默病的β淀粉样蛋白。

而这样的清洗，只有在睡着后才能做到，让人一觉醒来，拥有一个清爽的大脑；没睡着的时候，脑脊液并没有充分的机会趁虚而入。

另外，研究人员还发现了脑电活动和清洗过程之间的关系，也就是说脑电波指挥了液体运动。

这项成果，刚刚登上了Science。

作者兴奋地说：离揭示阿尔茨海默病和睡眠之间的联系，又近了一步。

而罗切斯特大学的神经科学家Maiken Nedergaard则不禁赞叹：

这篇论文太棒了。

完全想不到，有人能够真的证明，脑电活动是可以让液体流动起来的，一颗赛艇。

所以，多睡一点吧，不要熬夜了。洗脑洗不完，说不定真的会变傻 (狗头) 。

为何只有睡着才能洗脑？

当你睡着之后，大脑会经历几个不同的阶段：

从轻度睡眠，到失去意识的深度睡眠，再到快速眼动 (REM) 睡眠，就是容易做梦的状态了。

这项新的研究，是专注在非REM的阶段，就是没到要做梦的时候，也是对大脑保留记忆 (Memory Retention) 来说，非常重要的阶段。

其实，2013年已经有研究证明了，在小鼠睡眠的过程中，大脑里像β淀粉样蛋白这样的毒素，是会被清除的。大脑用的清洁剂，叫做脑脊液。

问题是，到底怎么清除的？为什么只有睡觉的时候才能清除？

科学家们做了个实验，让13个人类带上脑电帽，在核磁共振 (MRI) 机器里睡觉。脑电图会显示，一个人处在哪个睡眠状态；而MRI会测量血氧水平，显示有多少脑脊液流进流出。

然后发现了奇妙的现象：

大脑里的血氧浓度，出现了明显的大周期变化。也就是说，血液会大规模、周期性地流出大脑。

这个时候，脑脊液就会趁机冲进大脑，把留给它的空间都填满：

△ 绿色是血液氧合信号，紫色是脑脊液信号

醒来之后，大周期不见了，脑脊液就没办法大量冲进大脑，完成有效的清洗：

论文的通讯作者Laura Lewis (简称“刘易斯”) 认为，这是因为睡眠过程中，大脑里的神经元们会开始同步活动，一起开，一起关。

之所以有这样的推测，是因为脑电图的数据显示，有神经节律出现后，才发生了血液和脑脊液的流转：

当大量神经元一同停止了激发，就不需要那么多血液进去输送氧气，才给了脑脊液涌入的机会。

这样，便有了我们在开头看到的那副景象：

这个发现很重要，它告诉我们睡眠是一项非常特殊的功能：

我们醒着的时候，神经元们是不会同开同关的。所以，醒着的时候没有办法让大脑的血量，下降到足够低的水平。

只有睡着之后，大脑里没有那么多血液的时候，脑脊液才能自如地循环开来，清除像β淀粉样蛋白这样的代谢副产物。

甚至2013年那项小鼠研究的负责人，罗切斯特大学的神经科学家Maiken Nedergaard，也发出了赞叹：

这篇论文太棒了。

完全想不到，有人能够真的证明，脑电活动是可以让液体流动起来的，一颗赛艇。

下一步研究

根据布莱斯·曼德（Bryce A Mander）发表在Nature子刊上的论文，衰老和局部脑萎缩，就与非快速眼动（NREM）睡眠期间的慢波活动减少有关。

论文链接：https://www.nature.com/articles/nn.3324

这项研究指出，老年人的睡眠中断，是大脑结构改变所致，会导致年龄相关的认知能力下降。

而现在，波士顿大学的这一新进展表明，慢波损耗与脑脊液流量减少有关。

下一步，他们会继续探索衰老是如何影响人们睡眠时血液和脑脊液的流动的。

据刘易斯介绍，研究团队计划招募老年人参加下一次研究。

而研究推进过程中面临的另一个难题，是脑电波，血液和脑脊液究竟是如何完美协同的。刘易斯表示：

我们观察到，神经改变似乎总是首先发生，随后血液从脑部流出，这之后脑脊液波动才会出现。

这项研究的深入，也给治疗和预防像老年痴呆（阿尔茨海默症）、自闭症这样的神经疾病开拓了新的治疗思路。

此前，针对β淀粉样蛋白的药物开发频频陷入困境，但现在，科学家们指出，或许不着力于起作用的特定分子，而是着重增加“洗脑”的脑脊液总量，会成为有效的解决方案。

女科学家领衔

这篇Science论文的通讯作者，是波士顿大学工程学院生物医学工程系的助理教授劳拉·刘易斯。

2014年，她从麻省理工学院神经科学专业博士毕业。其研究方向是脑成像，神经动力学以及计算神经科学与信号处理等。

论文一作，则是刘易斯实验室的成员妮娜·福尔兹（Nina Fultz）。

有趣的是，刘易斯实验室的多位成员当中，绝大多数都是女性。

转载来源：量子位

论文地址：

https://science.sciencemag.org/content/366/6465/628

其他相关研究：

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3880190/

https://www.nature.com/articles/nn.3324

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