近期發(fā)表在《自然-神經(jīng)科學》期刊上的一項研究認為，過去對人睡覺時大腦可“排毒”的推斷是有偏差的。尼古拉斯·弗蘭克斯帶領的研究團隊發(fā)現(xiàn)小鼠的大腦在睡眠和麻醉的情況下，腦內(nèi)物質(zhì)的清洗和流動不僅沒有上升，反而下降了。

那么，大腦“排毒”是什么機理？睡眠與類淋巴系統(tǒng)清洗之間究竟有何關系？迄今的科學研究都存在哪些爭議？

腦袋“進水”才能更好地工作

近年來，睡眠研究領域存在一種“類淋巴系統(tǒng)清洗假說”，指的是人在進入睡眠狀態(tài)后，類淋巴液會涌進大腦，將白天累積的“有毒物質(zhì)”帶出，相當于大腦完成了一次“清洗”。這一假說一經(jīng)提出就引起了學術界極大的關注。

生活中，人們常用“腦袋進水了”比喻做事反應緩慢或出錯，然而，人的腦袋里正因為充滿了“水”才能很好地運轉(zhuǎn)。有研究表明，大腦中有150ml的“水”，相當于一小杯啤酒的體積。那為什么大腦中會有“水”呢，不應該是血液嗎？

其實，大腦中的“水”叫作“腦脊液”，是一種無色透明的液體，大腦是懸浮浸泡在腦脊液中的。血管和大腦之間有一道血腦屏障，目的是保證大腦這個人體“司令部”與外界隔絕開來。因為血液無法給大腦直接提供養(yǎng)分和氧氣，所以血液就在血腦屏障處形成了腦脊液，只有腦脊液可以在大腦中流動，助其工作。腦脊液從腦室流向中腦導水管，既能確保大腦不輕易受到外界有毒物質(zhì)的入侵，也限制了體外一些激素對大腦的影響。

具體來說，腦室和中腦導水管可以看作是大腦中的“洞”和“坑”。其中，大腦中一共有4個大“洞”，分別是第一、第二、第三、第四腦室。第一、第二腦室又叫作側(cè)腦室，位于兩個大腦半球的深部，左右各一，呈C形，它們是腦內(nèi)容積最大的腦室。第三腦室像個鳥頭，位于大腦中央，通過一個叫“室間孔”的結構和側(cè)腦室相連。第四腦室像個小飛機，機頭指向第三腦室，機尾指向脊髓。

而腦脊液就是由各腦室內(nèi)的脈絡叢（軟腦膜及其上的血管與室管膜上皮共同構成的脈絡組織）產(chǎn)生的，并在這些腦室中流動。腦脊液的大體流向是從第一、第二腦室經(jīng)過室間孔進入第三腦室，再從類似下水道的“坑”，即中腦導水管流到第四腦室，最后通過蛛網(wǎng)膜下腔和脊髓中央管流出大腦，進入血液循環(huán)。

大腦中的“下水道”雖然看起來不起眼，卻很重要。由于中腦導水管的孔徑非常小，一旦被炎癥或腫瘤堵住，就會導致腦脊液無法流出，進而在腦內(nèi)積累產(chǎn)生高壓，形成腦積水。所以，腦積水不僅僅是腦子“進水”這么簡單，它會使患者頭部變大，嚴重的可導致嘔吐、嗜睡和癲癇發(fā)作。

大腦“換水”清理代謝廢物

大腦中的腦脊液一直在流動，也在不停地更換，24小時大約需更換4次。

大腦為什么需要“換水”？難道在“水”中養(yǎng)魚了嗎？不錯，大腦中的“魚”就是腦細胞。腦細胞雖然不會像魚一樣游來游去，但也會排泄“廢物”，如果不及時清理，腦部就充滿代謝出的有毒物質(zhì)。有研究稱，大腦每天要清除約7克有毒蛋白質(zhì)，一個月會更新210克蛋白質(zhì)，這個過程就是通過腦脊液的流動完成的。

眾所周知，淋巴系統(tǒng)是人體內(nèi)重要的防御功能系統(tǒng)，可清除異物和細菌，提高免疫力。在人類的不斷演化中，大腦也演化出一種類淋巴系統(tǒng)“膠質(zhì)淋巴系統(tǒng)”，主要由腦膠質(zhì)細胞負責，相當于給大腦這個“大魚缸”裝上了過濾器，不停地“換水”。正是因為這種膠質(zhì)淋巴系統(tǒng)對腦脊液的更換清洗，大腦才能保持清醒。

大腦雖然只占人體重量的2%，也就3斤左右，卻要消耗人體20%的能量，可謂是個“耗能大戶”。大量的消耗工作會產(chǎn)生很多有毒物質(zhì)，如活性氧、多余的免疫球蛋白、蛋白質(zhì)片段等?；钚匝醴肿右卜Q“自由基”，是新陳代謝的廢物，過多的活性氧堆積會導致氧化應激，而氧化應激會使神經(jīng)細胞死亡。大腦是人體為數(shù)不多的不能產(chǎn)生新細胞的地方，一旦腦細胞死亡，就不會再有新的腦細胞補位。

更為可怕的是β-淀粉樣蛋白的沉積，這是一種與阿爾茨海默病相關的蛋白質(zhì)。除了阿爾茨海默病，一些特定蛋白質(zhì)的沉積與帕金森病、多系統(tǒng)萎縮癥等神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生也有著千絲萬縷的關系。而這些蛋白質(zhì)可能會在類淋巴系統(tǒng)無法正常運作時出現(xiàn)異常堆積。

神經(jīng)退行性疾病的一個共同特點是，患者在出現(xiàn)嚴重病癥之前，很早就有了睡眠障礙，如睡眠時間短、睡不深、經(jīng)常醒等表現(xiàn)。這些睡眠障礙和神經(jīng)退行性疾病的相關性讓科學家更加相信，大腦進行的清洗工作非常重要。

“入睡后排毒更高效”尚無定論

大腦“換水”即更換腦脊液很重要，那主要是在什么時候進行呢？為了進一步確認睡眠與類淋巴系統(tǒng)清洗之間的關系，科學家開展了多項研究，然而直到現(xiàn)在也沒有得出一致的結論，相比之下，認為“換水”發(fā)生在睡覺時的觀點居多。

在2013年發(fā)表在《科學》雜志上的一項研究中，麥肯·尼德佳德研究組的人員對小鼠實施麻醉后，將微小的熒光示蹤劑注入小鼠腦脊液中，熒光示蹤劑迅速進入小鼠大腦，并沿著特定、可預測的路徑從腦中排出。他們發(fā)現(xiàn)，當小鼠入睡后，腦脊液會更加自由地流動，甚至會到達腦部更深的部位，而小鼠處于清醒狀態(tài)時，腦脊液只能沿著大腦表面流動，流量僅為睡眠狀態(tài)的5%。該團隊還發(fā)現(xiàn)，當小鼠的大腦處于睡眠或麻醉狀態(tài)時，就會忙于清除清醒狀態(tài)時累積的代謝“垃圾”。在睡眠狀態(tài)下，小鼠大腦清除代謝“垃圾”的速度可達到清醒狀態(tài)的兩倍。相比其他類似研究，這一研究結果似乎首次“同理證明”了人腦在睡覺時“高效換水”的假說。

然而前段時間，一個“打臉”的研究結果發(fā)表在《自然-神經(jīng)科學》雜志上。該研究簡訊通過直接測定麻醉、睡眠和清醒狀態(tài)下小鼠大腦對代謝物的清除速率，發(fā)現(xiàn)大腦在睡眠和麻醉狀態(tài)下對代謝物質(zhì)的清除速率顯著降低。這一結果和此前很多研究結果截然相反，還暗示了過度睡眠會使大腦運轉(zhuǎn)失常，對“睡眠能夠清除腦中毒素”的觀點提出了挑戰(zhàn)。

其實，早就有科學家對此提出過質(zhì)疑。2017年發(fā)表在《eLife》期刊上的一篇研究論文指出，之前以熒光物質(zhì)來測量腦脊液流動的方法可能有問題，熒光物質(zhì)的大小會導致測量出來的腦脊液流動方向不準確。

不過，為何大腦會在睡覺時啟動清理機制？清理機制的速度更關鍵還是產(chǎn)生垃圾物質(zhì)的速度更關鍵？這些問題都還沒有找到答案。有一種假說認為，可能人在睡眠時腦脊液的清理速度并沒有變快，只是因為睡眠時大腦很多細胞處于休息狀態(tài)，所以只產(chǎn)生了少量的代謝廢物，從而使得腦脊液能夠“勝任”清理工作，甚至把白天沒干完的活兒也干了。

當然，科學上的爭論時常有之，關于睡眠時大腦“換水”時間及速率高低的問題，有待定論。但不管是晚上“換水”還是白天“換水”，膠質(zhì)淋巴系統(tǒng)對大腦雜質(zhì)的清理作用是肯定的。

大腦健康與睡眠狀況密切相關

為什么科學家的研究總是將睡眠跟大腦聯(lián)系在一起，其中一個關鍵原因是睡眠對于大腦維持健康助力頗大。

睡眠對于人的記憶加工和存儲至關重要。有研究證明，大腦在睡眠期間，之前的學習環(huán)路被重新激活，不斷被激活的神經(jīng)環(huán)路形成了清晰的記憶。一般來說，短期記憶存儲在大腦中稱為海馬體的區(qū)域，而長期記憶是在新皮質(zhì)中編碼的。記憶從海馬體轉(zhuǎn)移到新皮質(zhì)的過程稱為記憶鞏固，而這一過程就發(fā)生在人們睡覺時。

睡眠在形成新的神經(jīng)突觸連接及修整舊有神經(jīng)環(huán)路的過程中發(fā)揮著突出作用。有研究提出，突觸在白天生長得非常劇烈，整個大腦就像一個施工現(xiàn)場，而睡覺時，大腦里的突觸進行修整，各種信號才會安靜下來。

還有研究發(fā)現(xiàn)，睡眠對于情緒的影響是巨大的?；加幸钟舭Y或雙相情感障礙的患者，往往都有睡眠障礙。很多慢性失眠的人，在以后生活中患有抑郁或焦慮癥的可能性是睡眠良好者的兩倍。

總之，無論大腦是否在晚上“換水”，睡眠的重要性都不言而喻。舉個例子，海豚和鯨魚會讓大腦兩個半球交替睡覺，讓自己一邊睡覺一邊游泳。如果它們的大腦不能在一天內(nèi)得到很好的休息，那么即便能夠一直游泳，大腦的反應速率也會急速下降。大腦反應變慢，對于它們捕食和逃避天敵來說，無疑是滅頂之災。

生物體不是機器，定期的保養(yǎng)和休息才是保證機體良好運行的關鍵。人一生中至少有三分之一的時間在睡覺，可想而知睡眠有多重要。除了上述提到的睡眠與大腦健康密不可分之外，睡眠還可以強化人體免疫功能。研究表明，睡眠不足的人在接觸病毒后更容易生病，且生病后缺乏睡眠還會影響病愈的速度。此外，睡眠不足會減少保護性細胞因子的產(chǎn)生，同時導致NK細胞（即自然殺傷細胞，是機體重要的免疫細胞，被譽為腫瘤和病毒的“天生殺手”）減少30%、白血球活力下降。

對于未成年人來說，睡眠可以促進發(fā)育，將近70%的生長激素都是在睡眠時分泌的。每晚不同階段的睡眠可以促進大腦不同功能的發(fā)展，比如，快速眼動睡眠可促進視覺、運動功能的發(fā)展，慢波睡眠有助于大腦皮質(zhì)的成熟，同時對于認知和情感的發(fā)育有重要作用。

“好好睡覺”確有科學依據(jù)

因此，“好好睡覺”不只是養(yǎng)生之談，而是真的可以讓身心維持更健康的狀態(tài)。

很多研究都說熬夜對大腦不好，但有的年輕人不以為然，感覺自己的大腦活力似乎并未受損。需要提醒的是，年輕人的大腦活力雖然可以從短期的睡眠不足中迅速恢復，但慢性、長期的失眠和睡眠紊亂會給大腦的新陳代謝帶來巨大壓力，導致與警覺和正常皮層功能有關的神經(jīng)元發(fā)生變性、與衰老和神經(jīng)變性相關的蛋白質(zhì)不斷積累，其后果之一就是熬夜的人更容易患上阿爾茨海默病。

大腦的“換水”功能也會受到睡眠的影響。有研究表明，老年人大腦脊液的更換率只有年輕人的10%，而年輕人如果經(jīng)常熬夜，其腦脊液的更換率只有睡眠良好時的10%左右。也就是說，年輕人經(jīng)常熬夜的話，其大腦狀態(tài)會變得和老年人的大腦狀態(tài)差不多，同時，大腦中與神經(jīng)退行性疾病相關的蛋白質(zhì)異常增加，會導致記憶和反應能力下降。

睡眠是生物節(jié)律的一部分，人體內(nèi)的各個器官會按照環(huán)境的變化進行有節(jié)律的活動。大腦中的視交叉上核通過視網(wǎng)膜感受外界光的變化，通過褪黑激素的水平，指導人體的正常運轉(zhuǎn)。如果一個人的晝夜節(jié)律被打亂，該睡覺時不睡覺，該起床時不起床，久而久之，人體各個器官的節(jié)律就會被打亂，不僅大腦會出問題，整個身體都會變差。

現(xiàn)在已知的睡眠疾病多達90余種，日益成為一個突出的醫(yī)療及公共衛(wèi)生問題。關于睡眠和大腦關系的科學研究仍在世界范圍內(nèi)如火如荼地進行著，其中，經(jīng)過30多年的發(fā)展，一門新的交叉學科——睡眠醫(yī)學逐漸成形，在歐美等國家成為與心血管、呼吸等并列的獨立學科。通過研究大腦運作的機制，人們可以更好地了解睡眠的重要性，同時，通過研究睡眠對大腦的影響，更有利于深入研究大腦的各項功能。雖然現(xiàn)在科學家對于睡眠時大腦能否進行高效的清洗工作仍有爭論，但大量科研成果已經(jīng)明確，人的大腦健康離不開良好的睡眠。

（作者為中國科學院神經(jīng)所神經(jīng)生物學博士）