熬夜變傻有科學依據，人類睡覺時會被“洗腦”，科學家首次拍下全程

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魚羊 栗子 發自 凹非寺 
本文轉載自：量子位（QbitAI）

你睡著的時候，真的被洗了腦。

這次，波士頓大學的科學家們，史無前例地拍下了清洗過程：

紅色是血液，藍色是腦脊液。厲害的是從前沒有發現過，血液會週期性地大量流出大腦。每當血液大量流出，腦脊液就趁機發動一波攻擊。

腦脊液進入之後會清除毒素，比如導致阿爾茨海默病的β澱粉樣蛋白。

而這樣的清洗，只有在睡著後才能做到，讓人一覺醒來，擁有一個清爽的大腦；沒睡著的時候，腦脊液並沒有充分的機會趁虛而入。

另外，研究人員還發現了腦電活動和清洗過程之間的關係，也就是說腦電波指揮了液體運動。

這項成果，剛剛登上了Science。

作者興奮地說：離揭示阿爾茨海默病和睡眠之間的聯絡，又近了一步。

而羅切斯特大學的神經科學家Maiken Nedergaard則不禁讚歎：

這篇論文太棒了。

完全想不到，有人能夠真的證明，腦電活動是可以讓液體流動起來的，一顆賽艇。

所以，多睡一點吧，不要熬夜了。洗腦洗不完，說不定真的會變傻 (狗頭) 。

為何只有睡著才能洗腦？

當你睡著之後，大腦會經歷幾個不同的階段：

從輕度睡眠，到失去意識的深度睡眠，再到快速眼動 (REM) 睡眠，就是容易做夢的狀態了。

這項新的研究，是專注在非REM的階段，就是沒到要做夢的時候，也是對大腦保留記憶 (Memory Retention) 來說，非常重要的階段。

其實，2013年已經有研究證明了，在小鼠睡眠的過程中，大腦裡像β澱粉樣蛋白這樣的毒素，是會被清除的。大腦用的清潔劑，叫做腦脊液。

問題是，到底怎麼清除的？為什麼只有睡覺的時候才能清除？

科學家們做了個實驗，讓13個人類帶上腦電帽，在核磁共振 (MRI) 機器裡睡覺。腦電圖會顯示，一個人處在哪個睡眠狀態；而MRI會測量血氧水平，顯示有多少腦脊液流進流出。

然後發現了奇妙的現象：

大腦裡的血氧濃度，出現了明顯的大週期變化。也就是說，血液會大規模、週期性地流出大腦。

這個時候，腦脊液就會趁機衝進大腦，把留給它的空間都填滿：

△ 綠色是血液氧合訊號，紫色是腦脊液訊號

醒來之後，大週期不見了，腦脊液就沒辦法大量衝進大腦，完成有效的清洗：

論文的通訊作者Laura Lewis (簡稱“劉易斯”) 認為，這是因為睡眠過程中，大腦裡的神經元們會開始同步活動，一起開，一起關。

之所以有這樣的推測，是因為腦電圖的資料顯示，有神經節律出現後，才發生了血液和腦脊液的流轉：

當大量神經元一同停止了激發，就不需要那麼多血液進去輸送氧氣，才給了腦脊液湧入的機會。

這樣，便有了我們在開頭看到的那副景象：

這個發現很重要，它告訴我們睡眠是一項非常特殊的功能：

我們醒著的時候，神經元們是不會同開同關的。所以，醒著的時候沒有辦法讓大腦的血量，下降到足夠低的水平。

只有睡著之後，大腦裡沒有那麼多血液的時候，腦脊液才能自如地迴圈開來，清除像β澱粉樣蛋白這樣的代謝副產物。

甚至2013年那項小鼠研究的負責人，羅切斯特大學的神經科學家Maiken Nedergaard，也發出了讚歎：

這篇論文太棒了。

完全想不到，有人能夠真的證明，腦電活動是可以讓液體流動起來的，一顆賽艇。

下一步研究

根據布萊斯·曼德（Bryce A Mander）發表在Nature子刊上的論文，衰老和區域性腦萎縮，就與非快速眼動（NREM）睡眠期間的慢波活動減少有關。

論文連結：https://www.nature.com/articles/nn.3324

這項研究指出，老年人的睡眠中斷，是大腦結構改變所致，會導致年齡相關的認知能力下降。

而現在，波士頓大學的這一新進展表明，慢波損耗與腦脊液流量減少有關。

下一步，他們會繼續探索衰老是如何影響人們睡眠時血液和腦脊液的流動的。

據劉易斯介紹，研究團隊計劃招募老年人參加下一次研究。

而研究推進過程中面臨的另一個難題，是腦電波，血液和腦脊液究竟是如何完美協同的。劉易斯表示：

我們觀察到，神經改變似乎總是首先發生，隨後血液從腦部流出，這之後腦脊液波動才會出現。

這項研究的深入，也給治療和預防像老年痴呆（阿爾茨海默症）、自閉症這樣的神經疾病開拓了新的治療思路。

此前，針對β澱粉樣蛋白的藥物開發頻頻陷入困境，但現在，科學家們指出，或許不著力於起作用的特定分子，而是著重增加“洗腦”的腦脊液總量，會成為有效的解決方案。

女科學家領銜

這篇Science論文的通訊作者，是波士頓大學工程學院生物醫學工程系的助理教授勞拉·劉易斯。

2014年，她從麻省理工學院神經科學專業博士畢業。其研究方向是腦成像，神經動力學以及計算神經科學與訊號處理等。

論文一作，則是劉易斯實驗室的成員妮娜·福爾茲（Nina Fultz）。

有趣的是，劉易斯實驗室的10位成員當中，絕大多數都是女性。

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論文地址：

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

其他相關研究：

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

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

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