在《Science》上的一項新研究表明，每當我們睡覺的時候，大腦中會發生一些奇妙的事情：神經元首先安靜下來，幾秒鐘後，血液會從大腦流出，同時腦脊液（CSF）流入，並以有節奏的慢波“洗滌”著我們的大腦。
這項研究首次闡明瞭大腦在睡眠期間的腦脊液慢波，這些運動與腦電波活動和血液流動密切相關。該研究通訊作者、美國波士頓大學工程學院生物醫學工程助理教授Laura Lewis說：“神經元中有這些活動的電波早已為人所知。但在此之前，我們並沒有意識到CSF中也有慢波。”
睡眠期間，大腦表現出大規模的波動：血液中的氧合波動（紅色），然後是腦脊液波動（藍色）。資料來源：Laura Lewis
該研究可能是有史以來第一次在睡眠期間拍攝腦脊液圖像的研究。 Lewis希望有朝一日，這項研究成果能讓人們對各種與睡眠模式紊亂有關的神經和心理疾病有更深入的瞭解，包括自閉症和阿爾茨海默症。
腦電波與血液和腦脊液流動的耦合也可以提供與年齡相關腦損傷的新見解。早期的研究表明，神經活動中的慢波有助於記憶鞏固，而腦脊液清除大腦中的代謝廢物。隨著年齡增長，大腦產生的慢波越來越少。反過來，這會影響大腦的血液流動，減少睡眠時腦脊液的脈動，導致有毒蛋白質的積累和記憶能力的下降。儘管研究人員傾向於單獨評估這些過程，但現在看來它們是緊密相連的。
為了進一步探討衰老如何影響大腦中的血液和腦脊液流動，Lewis及其團隊計劃招募老年人參與他們的下一項研究。因為當前這項研究中的13名受試者年齡都在23至33歲之間。Lewis表示，他們還希望找到一種更有助於睡眠的腦脊液成像方法。最初，這13名受試者戴著腦電圖帽以測量其腦電波。他們被要求在一個非常嘈雜的MRI機器內睡覺，做過MRI的人可以想象的到，這並非易事。
Lewis笑著說：“我們有這麼多人非常興奮地參與進來，因為他們想要得到睡覺的報酬。但事實證明，他們的工作實際上是我們研究中最難的部分。我們有各種設備和複雜的技術，但一個最大的問題是受試者無法入睡，因為他們在一個非常吵的金屬管裡，這是一個奇怪的睡眠環境。”
但就目前而言，Lewis為有機會拍攝腦脊液的成像感到興奮。她表示這項研究最引人入勝的成果之一是，他們可以簡單地通過腦部掃描檢查少量腦脊液來判斷一個人是否在睡覺。
她說：“這是一個如此戲劇化的效果。腦脊液在睡眠時波動是我們根本不知道的事情，現在我們只需看一眼大腦的一個區域，就能立即讀出某人的大腦狀態。”
隨著研究的不斷深入，Lewis團隊還有一個要解決的難題：我們的腦電波、血流和腦脊液到底是如何如此完美地相互協調？Lewis說：“我們確實看到，神經系統的變化似乎總是首先發生，然後是血液從腦部流出，腦脊液緊隨其後湧入大腦。”
一種解釋可能是，當神經元關閉時，它們不再需要那麼多氧氣，因此血液會離開了這個區域。隨著血液的流出，大腦中的壓力下降，腦脊液迅速流入以將壓力維持在安全水平。
Lewis說：“但這只是一種可能性。因果關係是什麼？是這些過程中的一個導致了其他的過程？還是存在某種隱藏的力量驅使著它們？我們還不得而知。”
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