DOI: 10.1016/j.cell.2024.11.027, 查看详情

科学家认为，睡眠是大脑的“冲洗循环”，在这一过程中，流经大脑的液体会清除我们清醒时积累的化学废物。然而，推动这种液体循环的机制一直不清楚。一项今天发表在《细胞》（Cell）上的小鼠研究表明，大脑血管的规律性收缩，由一种肾上腺素化学近亲的周期性释放所刺激，可以推动液体流动。相关研究链接

“这是非常出色的科学研究，”范德堡大学的神经科学家Suzana Herculano-Houzel说道，她未参与此研究。“他们将多个证据片段拼接在一起，形成了一个非常有说服力的故事。”

科学家还发现，睡眠药物佐匹克隆（zolpidem，商品名为安定，Ambien）会抑制血管的震荡和这些震荡促进的液体流动，这表明它可能会妨碍清理过程。这一发现可能帮助研究人员开发出新型的睡眠辅助药物，同时保留这种大脑清洗功能。

大脑缺乏收集和输送体液的淋巴管系统，但2012年，罗切斯特大学医学中心的神经科学家Maiken Nedergaard及其同事发现了一种替代排水系统。在这种系统中，脑脊液（cerebrospinal fluid），即包裹大脑的液体，通过沿血管的小通道渗入大脑，清除代谢废物和其他不需要的分子。他们还报告说，通过这一所谓的“类淋巴系统”（glymphatic system），脑脊液的流动在睡眠期间会加速。Nedergaard团队及其他研究人员的研究表明，活跃的类淋巴清理对健康有益：在阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病中，这种循环会减弱。然而，部分研究者对这一理论提出了质疑。例如，2024年的一项研究表明，清理废物的速度在清醒时反而比在睡眠时更快。

在这项新研究中，Nedergaard及其团队试图弄清是什么推动了脑脊液在大脑中的流动。但研究小鼠的类淋巴系统通常需要麻醉小鼠，她指出，这与自然睡眠有很大不同。为了避免这个问题，科学家对小鼠进行了手术，植入电极和光纤丝。尽管小鼠被连接到一组电缆上，但它们可以正常入睡，而研究人员可以跟踪血容量、电活动和化学物质水平，并使用通过光纤线传输的光激活某些神经元群体。

之前的研究显示，小鼠大脑中神经递质去甲肾上腺素（norepinephrine）的水平会以大约每50秒一次的节奏波动。这种化学物质几乎与肾上腺素（adrenaline）相同，会刺激血管收缩。Nedergaard及其同事发现，当小鼠处于非快速眼动（non-REM）睡眠阶段时（此阶段身体组织进行更新），大脑中的血容量也会振荡，并以超过半秒的延迟追踪去甲肾上腺素的变化。两者之间的关联在小鼠清醒或处于另一主要睡眠阶段（快速眼动睡眠，REM sleep）时不那么紧密。

通过向小鼠体内注射一种荧光分子以追踪脑脊液流动，研究人员发现，在非快速眼动睡眠期间，脑脊液的水平也随去甲肾上腺素的变化而波动。为了评估血管脉动是否推动了类淋巴流动，研究人员刺激了小鼠大脑中生成去甲肾上腺素的区域，使脉动从每50秒加速到每10秒。他们随后追踪标记的脑脊液，发现它更深入地渗透到去甲肾上腺素生成区域附近的区域。

由于大脑被头骨包围，血管的收缩和放松会形成一种泵，促进脑脊液循环，Nedergaard解释道。当血管在一次去甲肾上腺素脉冲后收缩时，脑脊液会填补空隙。当血管放松时，它会推动脑脊液向前流动。

去甲肾上腺素可能并不是唯一的驱动力，但“我们可能已经确定了非快速眼动睡眠中类淋巴流动的最重要驱动因素之一，”Nedergaard说道。最近的研究表明，人类与小鼠一样，在睡眠期间也会表现出去甲肾上腺素释放和血管脉动的振荡，因此相同的泵送机制可能也在我们的大脑中起作用，她指出。

“我确实认为这是一个重要的进展，”麻省理工学院的神经科学家Laura Lewis说道，她并未参与此研究。“这是关于调节这一过程的神经回路的第一个见解之一。”

佐匹克隆可能会破坏这一机制。其他研究表明，该药物可能会改变睡眠期间的大脑活动，并改变不同睡眠阶段的长度，因此Nedergaard及其团队决定在小鼠中测试该药物的影响。研究发现，它削弱了去甲肾上腺素的振荡，并减少了脑脊液进入大脑的渗透。

佐匹克隆是一种被广泛使用的睡眠辅助药物，但Nedergaard、Herculano-Houzel和Lewis都认为，这项研究不应该促使人们停止服用该药物。相反，Lewis表示，“优先事项应是在人类研究中研究这种药物，以确定其对大脑清理的副作用是否相同。”