腦脊液介導了大腦中的代謝廢物清除，對大腦健康和認知功能至關重要。腦脊液流動自然就是廢物清除的主要動力之一。

每一次呼吸和心跳都是腦脊液流動的動力來源。但是，腦脊液的動力卻也不僅僅來源於呼吸和心跳。神經活動也與腦脊液流速息息相關，研究證明，非快速眼動睡眠階段，神經活動與血管舒縮耦合，影響腦脊液的流動。

既然如此，那非睡眠狀態的神經活動能否對腦脊液流動產生影響呢？或者更進一步的，由外界刺激而產生的強烈神經元活動，能否誘導腦脊液流動的大幅度變化呢？

美國波士頓大學的Stephanie Williams利用視覺刺激誘導受試者大腦神經活動，捕捉到了腦脊液流動的增強訊號，證明清醒狀態下的神經活動可以影響腦脊液流動，可能有助於阿爾茨海默病等神經類疾病的治療。

研究發表在PLOS Biology上[1]。

研究人員選擇用慢速交替閃爍的高對比度棋盤格圖案作為高強度視覺刺激，誘導大腦皮層的血液動力學變化，同時記錄血氧水平依賴（BOLD）訊號和第四腦室的腦脊液流入量。視覺刺激試驗共進行3次，分別使用獨立的fMRI資料集，第一次試驗共6名成年受試者，第二次20名受試者，第三次17名受試者（納入分析16人）。

結果表明，視覺刺激誘導了大規模的腦脊液流動，圖案消失後大約11.5秒，腦脊液流動訊號達到峰值，平均變化10.50%（p=0.0312）。

高強度視覺刺激誘導第四腦室腦脊液流入

據研究人員推測，神經活動驅動腦脊液流動的潛在機制是神經血管耦合引起了血容量變化，這種情況下，為了維持顱內壓，腦脊液發生補償性流動。

為了驗證這個想法，研究人員分別記錄了視覺刺激前後受試者的腦電圖（EEG）訊號、BOLD訊號以及腦脊液流動訊號。結果顯示，整體BOLD訊號與EEG訊號振幅之間存在相關性滯後，與神經血管耦合的滯後時間相符；視覺刺激結束後的腦脊液流入訊號與BOLD訊號和EEG訊號存在明顯負相關。

視覺刺激開始時，EEG訊號增強，受試者大腦發生廣泛的神經活動；接下來，整體皮質BOLD訊號增加，腦脊液流入受到抑制；刺激結束時，BOLD訊號下降，腦脊液流入第四腦室。

同時測量神經、血流動力學和腦脊液訊號

那麼，只在神經活動驅動的情況下，腦脊液的流動會發生怎麼樣的變化呢？

研究人員嘗試改變了視覺刺激的持續時間和閃爍頻率，發現刺激時間越長，BOLD訊號越強，腦脊液流動與BOLD訊號變化相似，而不同閃爍頻率下BOLD訊號和腦脊液流動的變化不顯著。表明大腦的神經活動透過神經血液耦合機制誘導腦脊液流動。

研究人員對比了視覺刺激週期的呼吸、心跳以及神經變化訊號與腦脊液流入訊號之間的關係，發現刺激開始或結束時，呼吸和心跳訊號變化沒有顯著差異，腦脊液流動雖然也受到呼吸以及心跳的影響（8.6%，5.8%），但是神經活動的相關性更加顯著（11.5%）。

總體來說，這項研究發現，高強度的視覺刺激誘導神經活動、驅動腦脊液流動。腦脊液流動是大腦清除代謝廢物的重要途徑之一，既然只是十幾秒的視覺刺激就可以使腦脊液流動加速，很難不據此想象，是不是可以設計一些固定畫面來加速大腦中的廢物清除、達到治療疾病的目的呢？

對，任誰看都會聯想到，蔡立慧老師的40Hz神話——40Hz的的LED光照或者聲音刺激都有助於改善小鼠的大腦健康狀態、提高認知。

但是我們聯想歸聯想，二者之間究竟有沒有聯絡、大腦健康的終極秘密到底在哪裡，就依靠研究人員接下來的勇敢探索吧！

參考文獻：

[1]Williams S D, Setzer B, Fultz N E, et al. Neural activity induced by sensory stimulation can drive large-scale cerebrospinal fluid flow during wakefulness in humans[J]. PLoS Biology, 2023, 21(3): e3002035.

來自： 奇點神思