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RSS/FEED訂閱Nature：神經元在睡眠期間清除大腦廢物
【希望之聲2024年3月9日】（編輯：李智） 這項最新研究顯示，神經元在睡眠時幫助清除大腦中的廢物，該研究證明了大腦神經網路能夠同步單個神經細胞的動作電位，從而在腦組織間液中產生大幅度、有節奏和自延續的離子波，推動腦脊液通過密集的腦組織，在這個過程中「清洗」腦組織。該研究也為宏觀腦電波的功能引入了新的理論框架。
所有已知的動物都會都會睡眠或表現出某種形式的睡眠行為，對於人類而言，我們有將近三分之一的時間是在睡眠中度過。睡眠不僅僅幫助我們解除疲勞，它還對大腦健康和功能至關重要，其促進了多種生理過程，包括神經元活動的穩態調節、突觸強度和代謝廢物的清除。
睡眠存在著一個悖論——它表面上的寧靜與大腦的繁忙活動並存。看似靜止的睡眠過程中，大腦遠非休眠狀態。在睡眠期間，腦細胞產生電脈衝的爆發，累積成有節奏的電波，這是腦細胞功能增強的跡象。
但是，為什麼我們休息時大腦卻仍然活躍著？
2024年2月28日，聖路易斯華盛頓大學 Jonathan Kipnis、Li-Feng Jiang-Xie 等人在 Nature 期刊發表了題為：Neuronal dynamics direct cerebrospinal fluid perfusion and brain clearance 的研究論文。
這項最新研究顯示，神經元在睡眠時幫助清除大腦中的廢物，該研究證明了大腦神經網路能夠同步單個神經細胞的動作電位，從而在腦組織間液中產生大幅度、有節奏和自延續的離子波，推動腦脊液通過密集的腦組織，在這個過程中「清洗」腦組織。該研究也為宏觀腦電波的功能引入了新的理論框架。
論文第一作者兼共同通訊作者 Li-Feng Jiang-Xie 博士表示，這些神經元就像微型泵，同步的神經活動為腦內的液體流動和碎片清除提供動力，以這些發現為基礎，我們可能延緩甚至預防神經系統疾病，包括阿爾茨海默病和帕金森病，這些疾病中過多的廢物，例如代謝廢物和垃圾蛋白質，會在腦內積累並導致神經退行。
腦細胞協調思維、情感和身體運動，形成動態網路，對於記憶形成和解決問題至關重要。但要完成這些高能量任務，腦細胞需要燃料。它們從飲食中攝入營養物質，在這個過程中產生代謝廢物。
大腦對這些代謝廢物的處理至關重要，因為這些代謝廢物如果處理不當，就可能會累積並導致神經退行性疾病的發生。我們知道，睡眠是大腦啟動清理過程的時間，以「沖走」清醒時間里積累的廢物和毒素。然而，我們還不清楚這究竟是如何發生的，對於大腦如何進行自我清潔仍然知之甚少。
因此，我們如果能夠解析大腦自我清潔的過程，就能幫助我們進一步開發潛在療法以加快大腦對廢物的清除，防止其產生嚴重後果。
要想清潔密集的大腦組織並非易事，大腦周圍的腦脊液進入並穿過錯綜複雜的細胞網，在流動過程中收集有毒廢物。在離開大腦時，這些攜帶了廢物的液體必須通過一個屏障，才能進入硬腦膜的淋巴管中——硬腦膜是顱骨下包裹大腦的外層組織。但是是什麼推動液體進入、穿過和離開大腦的運動呢？
研究團隊通過研究睡眠小鼠的大腦，發現神經元通過協調地發出電信號來驅動清潔工作，從而在大腦中產生節律波，研究團隊進一步確定了這些波推動了液體的運動。研究團隊沉默了特定的大腦區域，以便這些區域的神經元無法產生節律波。沒有這些波，新鮮的腦脊液無法流過沉默的大腦區域，被困的廢物也無法離開大腦組織。
我們之所以需要睡覺，其中一個原因就是清潔大腦，如果我們能增強這個清潔過程，也許我們可以少睡一點兒並仍然保持健康。並不是每個人都能享受每晚八小時的睡眠，睡眠不足會對健康產生影響。其他研究表明，遺傳上睡眠較少的小鼠也可以擁有健康的大腦。這是否是因為它們能夠更有效地清理大腦中的廢物？我們是否可以通過增強大腦的清潔能力來幫助失眠患者，使他們能夠在更少的睡眠下健康生活？
腦電波模式在睡眠周期中不斷變化。值得注意的是，振幅更大的高腦電波以更大的力量移動流體。研究團隊現在對理解為什麼神經元在睡眠期間以不同的節奏發射波，以及大腦的哪些區域最容易積聚廢物感興趣。 Li-Feng Jiang-Xie 博士表示，我們認為大腦的清潔過程類似於洗盤子，就像你一開始用大的、緩慢的、有節奏的擦拭動作來清潔濺在盤子上的可溶性廢物。然後你減少動作範圍，並增加動作速度，以去除盤子上特別粘的食物廢物。儘管手部運動的振幅和節奏各不相同，但首要目標是一致的：從盤子上去除不同類型的廢物。也許大腦同樣會根據廢物的類型和數量調整其清潔方法。
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