大腦“自動(dòng)清潔機(jī)”

王旭東

當(dāng)人進(jìn)入深度睡眠時(shí)，腦電波會釋放1到4赫茲的δ波。

2006年1月的一天，佛羅里達(dá)州，天空湛藍(lán)，溫暖和煦。一輛載有9名兒童的校車規(guī)范地停在一個(gè)停車標(biāo)志處，后面還有一輛載有7名乘客的龐蒂亞克轎車，也安靜地停在路邊。然而死神獰笑著，露出貪婪的目光，正默默凝視著他們。

一輛18輪卡車從后面呼嘯著疾馳而來，猛烈地撞上轎車，轎車被撞飛出去，頃刻間被烈火吞沒?？ㄜ囉肿采闲＼嚕蛊湫D(zhuǎn)移動(dòng)了328英尺，飛離公路，撞進(jìn)了一片茂密的樹林。校車被撞擊時(shí)有3名兒童從車窗彈出，卡車司機(jī)和校車?yán)锏膬和貍?而轎車?yán)锏?名乘客全部遇難，其中5人來自一個(gè)家庭。乘客中年齡最大的不過十幾歲，最小的只有20個(gè)月。

卡車司機(jī)有駕駛證，對其血液所有毒理學(xué)試驗(yàn)均為陰性。然而，令人震驚的是：他已經(jīng)連續(xù)34小時(shí)醒著，卡車失控時(shí)，他在方向盤上睡著了。也就是說，他處于微睡眠狀態(tài)。微睡眠俗稱打盹兒，一般持續(xù)2-3秒，這種狀態(tài)比酒駕還要可怕，因?yàn)樵谖⑺邥r(shí)人會完全停止反應(yīng)，不會剎車，不會試圖避免事故。

歷史上由睡眠不足導(dǎo)致的惡性事件很多。1989年3月24日，美國?？松镜囊凰揖扌陀洼喸谕踝訛掣浇|礁，原油泄出達(dá)800多萬加侖，生態(tài)環(huán)境遭受巨大的破壞，所造成的傷害至今仍在持續(xù)。掌舵的三副前一天連續(xù)18小時(shí)未睡，因困倦沒有察覺到油輪已偏離航路，最終釀成慘劇。2009年6月1日，法航447號班機(jī)墜毀，228人無一生還。機(jī)長前一天只睡了1個(gè)小時(shí)，起飛3小時(shí)后由副手代替，導(dǎo)致兩次重大應(yīng)急操作失誤。

睡眠如此重要

2013年，英國薩里大學(xué)的研究者做了一個(gè)睡眠實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)有26名志愿者參加，分為兩個(gè)階段，每個(gè)階段為期一周。第一個(gè)階段讓志愿者每晚睡足10個(gè)小時(shí);第二個(gè)階段只睡6個(gè)小時(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果在《美國國家科學(xué)院院刊》上發(fā)表：睡眠不足會改變?nèi)梭w700多個(gè)基因活動(dòng)，使部分基因表達(dá)受到抑制，包括控制免疫系統(tǒng)、應(yīng)激反應(yīng)系統(tǒng)、新陳代謝、炎癥反應(yīng)以及生物鐘等相關(guān)基因。

美國俄勒岡州的健康科學(xué)大學(xué)的科學(xué)家使用核磁共振裝置，來檢測睡眠中大腦的“清洗”過程。

睡眠分為快速動(dòng)眼睡眠（REM）和非快速動(dòng)眼睡眠 （NREM），正常情況下兩者交替進(jìn)行。在睡眠一開始先進(jìn)入非快速動(dòng)眼睡眠，大概需要1-1.5小時(shí)，由淺睡眠進(jìn)入深睡眠;然后轉(zhuǎn)成快速動(dòng)眼睡眠，此時(shí)可以觀察到眼球不停地左右擺動(dòng)，持續(xù)時(shí)間10=15分鐘。接下來又轉(zhuǎn)成非快速動(dòng)眼睡眠，如此周期性地交替出現(xiàn)。每晚4-6次，直到清

最新研究發(fā)現(xiàn)，在睡眠被剝奪后大腦皮層有 3988個(gè)基因發(fā)生改變，另外位于下丘腦的有823個(gè)基因發(fā)生改變。下丘腦視前區(qū)存在與睡眠控制相關(guān)的神經(jīng)元，受損后會引起深度睡眠障礙。睡眠剝奪甚至?xí)绊懞ｑR體自身細(xì)胞的DNA以及學(xué)習(xí)相關(guān)的基因。海馬體是大腦中對睡眠缺失極為敏感的一個(gè)區(qū)域，主要負(fù)責(zé)長時(shí)記憶的存儲。如果摘除海馬體，那以前的記憶就消失了。

世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，世界約三分之一的人有睡眠問題。中國睡眠研究會2016年調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：我國至少有3億人有睡眠障礙;超過70%的年輕人有熬夜的習(xí)慣;90%發(fā)生猝死、腦溢血、心肌梗塞的年輕人都與熬夜有關(guān)。睡眠不足正迅速成為決定你是否會患上老年癡呆癥的關(guān)鍵因素。睡眠不足降低了人體對葡萄糖的調(diào)節(jié)能力，減少瘦素分泌，增加饑餓素分泌，使人容易感到饑餓，間接造成脂肪代謝異常，大大增加肥胖的風(fēng)險(xiǎn)。

所以有人說：11點(diǎn)之后睡的人不要臉！12點(diǎn)之后睡的人不要命！

睡眠對于我們來說如此重要，那我們睡覺時(shí)，大腦是不是也在呼呼大睡呢？

睡眠中的大腦

波士頓大學(xué)生物工程學(xué)助理教授李維斯博士所在的研究團(tuán)隊(duì)，對23-33歲之間的13名志愿者戴上了腦電帽，讓他們在核磁共振機(jī)里睡覺。腦電圖清晰地顯示了志愿者的睡眠狀態(tài)和血氧水平?？茖W(xué)家們拍下了他們的大腦在睡著后的情況，結(jié)果顯示大腦異常繁忙，不僅在幫助我們處理白天的各種信息，而且還在自我清潔！

該研究團(tuán)隊(duì)在2019年11月的國際期刊《科學(xué)》雜志上發(fā)表結(jié)論：只有在非動(dòng)眼睡眠狀態(tài)下，大腦才會開啟“自動(dòng)清洗”模式，掃除大腦白天積累的垃圾。清洗的主力軍就是腦脊液。

成人大腦中含有約 125-150 毫升的腦脊液，正常的腦脊液無色透明。腦脊液包圍并支持著整個(gè)腦及脊髓，有效地使腦的重量減少至1/6，對外部沖擊起一定的保護(hù)作用。

在清醒狀態(tài)下，因?yàn)榇竽X的飛速運(yùn)轉(zhuǎn)需要擴(kuò)張的血管傳輸大量的血液，神經(jīng)元也處于緊張的工作狀態(tài)，這些都使得腦組織的體積增大，容納腦脊液的空間比較小。

大腦在非動(dòng)眼睡眠期間，大部分神經(jīng)元處于關(guān)閉狀態(tài)，大腦不需要那么多氧氣，往大腦里運(yùn)輸氧氣的血液流量也相應(yīng)減少，這就造成大腦的體積減小，血管間隙增大，更多的腦脊液分泌出來，填補(bǔ)了間隙空間，開始對大腦的清潔。

那么腦脊液是如何清理大腦里的“垃圾”？

大腦專屬廢物清除系統(tǒng)

伯克利大學(xué)心理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)的教授馬修﹒沃克團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過30年的深入研究得到一個(gè)結(jié)論：一個(gè)人在清醒了16個(gè)小時(shí)后，大腦開始疲乏，形象地說就是大腦轉(zhuǎn)不動(dòng)了。為什么大腦轉(zhuǎn)不動(dòng)了呢？原來大腦運(yùn)行會產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，代謝產(chǎn)物若無法及時(shí)清除出腦組織，則大腦就無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

但是大腦處于一個(gè)相對封閉的環(huán)境，并被堅(jiān)硬的頭骨包圍，空間有限，無法提供像淋巴系統(tǒng)那樣的龐大系統(tǒng)。我們知道，作為免疫系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一，強(qiáng)大的淋巴系統(tǒng)遍布全身，各種淋巴細(xì)胞分工合作，將細(xì)胞間隙積累的毒素和垃圾碎片進(jìn)行吞噬、分解和轉(zhuǎn)化，并最終借助血液循環(huán)系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)將其排出體外。而人們一度認(rèn)為，大腦不存在淋巴系統(tǒng)。持有這個(gè)觀點(diǎn)的代表性人物是李維斯·韋德教授，他在1914年曾經(jīng)提出“腦內(nèi)不存在淋巴系統(tǒng)”。這一觀點(diǎn)統(tǒng)治了神經(jīng)科學(xué)界近100年。

直到2012年，美國羅切斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心杰弗里·艾利夫教授和麥肯·尼德加德教授，做了一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)。所采用的方法是用熒光示蹤劑來跟蹤腦脊液的運(yùn)行路徑。他們通過顯微鏡觀察得到一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)：腦脊液沿著大腦動(dòng)脈迅速進(jìn)入腦組織，隨后流入血管的周圍間隙內(nèi)，對腦組織進(jìn)行大清洗。由于其發(fā)揮著類似于外周淋巴系統(tǒng)的功能，被命名為“類淋巴系統(tǒng)”。

我們將大腦比喻成一座城市，那么神經(jīng)細(xì)胞是這座城市最重要的成員。它包括神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。神經(jīng)元是神經(jīng)系統(tǒng)最基本的結(jié)構(gòu)和功能單位。人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)中約含1000億個(gè)神經(jīng)元，僅大腦皮層中就約有140億。因?yàn)樯窠?jīng)元的末端分支非常豐富，一旦受損不易修復(fù)。神經(jīng)元擁有至高無上的權(quán)力，人體所有動(dòng)作和思維活動(dòng)都需要它來發(fā)號施令。它們的工作非常繁忙，所以工作一天后會產(chǎn)生大量代謝物。

神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞是神經(jīng)元的保鏢、營養(yǎng)師和管家。每一個(gè)神經(jīng)元都需要幾十個(gè)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的保護(hù)和管理。作為“保鏢”，數(shù)量龐大的膠質(zhì)細(xì)胞相互交織，為神經(jīng)元撐起一張密實(shí)的保護(hù)網(wǎng)，保護(hù)著神經(jīng)元的主體和纖維。其末端覆蓋了腦毛細(xì)血管絕大部分的表面，形成血腦屏障，避免血液中的有害物質(zhì)對神經(jīng)元造成傷害。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞作為“營養(yǎng)師”，它可以產(chǎn)生神經(jīng)營養(yǎng)因子，維持神經(jīng)元的生長、發(fā)育。同時(shí)也還是一位“管家”，負(fù)責(zé)控制讓腦脊液進(jìn)入城市，將代謝物沖刷出城市。

在睡眠狀態(tài)下，特別是深度睡眠階段，大腦血流量減少，神經(jīng)元活動(dòng)頻率降低，細(xì)胞體積減小，細(xì)胞之間的空隙大大增加，給腦脊液的進(jìn)入創(chuàng)造了良好的條件。腦脊液進(jìn)入腦動(dòng)脈周圍間隙后，在“管家”的命令下，腦脊液涌入，強(qiáng)力沖刷大腦這座“城市”的街道，將神經(jīng)細(xì)胞工作一天后的代謝物向靜脈周圍間隙驅(qū)趕。這種沖刷的模式比淋巴系統(tǒng)的細(xì)胞清掃模式高效得多。

被腦脊液沖刷過來的代謝物中，小分子就直接進(jìn)入了靜脈周圍間隙，而大分子必須通過專門的通道才可以，將其放行進(jìn)入靜脈周圍間隙。小分子垃圾和大分子垃圾最終送往頸部淋巴系統(tǒng)進(jìn)行清除。通過這樣的對流通路，代謝物得以清除，大腦完成了自我清潔。

那么，大腦里的垃圾到底是什么呢？水溶性β淀粉樣蛋白就是一種體積較大的代謝產(chǎn)物，它被認(rèn)為與老年癡呆癥密切相關(guān)，但并非老年人才有。它同樣存在于健康年輕人大腦的腦組織中，如果長期得不到清除會引起斑塊沉積。實(shí)驗(yàn)表明類淋巴系統(tǒng)能夠有效地清除這種蛋白。

我們已經(jīng)知道，只有在非眼動(dòng)睡眠狀態(tài)下，類淋巴系統(tǒng)才能有效工作。如果睡眠時(shí)間太短或睡眠質(zhì)量不高，會造成進(jìn)入腦組織的腦脊液量不足，以致沖刷的時(shí)間和強(qiáng)度大打折扣。導(dǎo)致代謝產(chǎn)物不能及時(shí)排出腦組織，有毒的蛋白不斷沉積在大腦中，久而久之，形成斑塊，再也沖刷不掉。

據(jù)科學(xué)研究表明，老年癡呆的的致病機(jī)理是β淀粉樣蛋白造成線粒體的功能障礙，而線粒體是細(xì)胞的“發(fā)電站”，它出現(xiàn)問題就會讓大腦無法獲得足夠的能量，最終導(dǎo)致神經(jīng)元逐漸死亡。而且這種蛋白在大腦中積聚，也會影響睡眠深度。深睡眠的喪失又會降低大腦自我清潔的能力，從而造成惡性循環(huán)。因此，長期的睡眠缺失是造成老年癡呆的重要原因之一。所以，為了您的健康長壽，好好睡覺吧！