大脑“自动清洁机”

王旭东

当人进入深度睡眠时，脑电波会释放1到4赫兹的δ波。

2006年1月的一天，佛羅里达州，天空湛蓝，温暖和煦。一辆载有9名儿童的校车规范地停在一个停车标志处，后面还有一辆载有7名乘客的庞蒂亚克轿车，也安静地停在路边。然而死神狞笑着，露出贪婪的目光，正默默凝视着他们。

一辆18轮卡车从后面呼啸着疾驰而来，猛烈地撞上轿车，轿车被撞飞出去，顷刻间被烈火吞没。卡车又撞上校车，使其旋转移动了328英尺，飞离公路，撞进了一片茂密的树林。校车被撞击时有3名儿童从车窗弹出，卡车司机和校车里的儿童重伤;而轿车里的7名乘客全部遇难，其中5人来自一个家庭。乘客中年龄最大的不过十几岁，最小的只有20个月。

卡车司机有驾驶证，对其血液所有毒理学试验均为阴性。然而，令人震惊的是：他已经连续34小时醒着，卡车失控时，他在方向盘上睡着了。也就是说，他处于微睡眠状态。微睡眠俗称打盹儿，一般持续2-3秒，这种状态比酒驾还要可怕，因为在微睡眠时人会完全停止反应，不会刹车，不会试图避免事故。

历史上由睡眠不足导致的恶性事件很多。1989年3月24日，美国埃克森公司的一艘巨型油轮在威廉王子湾附近触礁，原油泄出达800多万加仑，生态环境遭受巨大的破坏，所造成的伤害至今仍在持续。掌舵的三副前一天连续18小时未睡，因困倦没有察觉到油轮已偏离航路，最终酿成惨剧。2009年6月1日，法航447号班机坠毁，228人无一生还。机长前一天只睡了1个小时，起飞3小时后由副手代替，导致两次重大应急操作失误。

睡眠如此重要

2013年，英国萨里大学的研究者做了一个睡眠实验。该实验有26名志愿者参加，分为两个阶段，每个阶段为期一周。第一个阶段让志愿者每晚睡足10个小时;第二个阶段只睡6个小时。实验结果在《美国国家科学院院刊》上发表：睡眠不足会改变人体700多个基因活动，使部分基因表达受到抑制，包括控制免疫系统、应激反应系统、新陈代谢、炎症反应以及生物钟等相关基因。

美国俄勒冈州的健康科学大学的科学家使用核磁共振装置，来检测睡眠中大脑的“清洗”过程。

睡眠分为快速动眼睡眠（REM）和非快速动眼睡眠 （NREM），正常情况下两者交替进行。在睡眠一开始先进入非快速动眼睡眠，大概需要1-1.5小时，由浅睡眠进入深睡眠;然后转成快速动眼睡眠，此时可以观察到眼球不停地左右摆动，持续时间10=15分钟。接下来又转成非快速动眼睡眠，如此周期性地交替出现。每晚4-6次，直到清

最新研究发现，在睡眠被剥夺后大脑皮层有 3988个基因发生改变，另外位于下丘脑的有823个基因发生改变。下丘脑视前区存在与睡眠控制相关的神经元，受损后会引起深度睡眠障碍。睡眠剥夺甚至会影响海马体自身细胞的DNA以及学习相关的基因。海马体是大脑中对睡眠缺失极为敏感的一个区域，主要负责长时记忆的存储。如果摘除海马体，那以前的记忆就消失了。

世界卫生组织统计，世界约三分之一的人有睡眠问题。中国睡眠研究会2016年调查数据显示：我国至少有3亿人有睡眠障碍;超过70%的年轻人有熬夜的习惯;90%发生猝死、脑溢血、心肌梗塞的年轻人都与熬夜有关。睡眠不足正迅速成为决定你是否会患上老年痴呆症的关键因素。睡眠不足降低了人体对葡萄糖的调节能力，减少瘦素分泌，增加饥饿素分泌，使人容易感到饥饿，间接造成脂肪代谢异常，大大增加肥胖的风险。

所以有人说：11点之后睡的人不要脸！12点之后睡的人不要命！

睡眠对于我们来说如此重要，那我们睡觉时，大脑是不是也在呼呼大睡呢？

睡眠中的大脑

波士顿大学生物工程学助理教授李维斯博士所在的研究团队，对23-33岁之间的13名志愿者戴上了脑电帽，让他们在核磁共振机里睡觉。脑电图清晰地显示了志愿者的睡眠状态和血氧水平。科学家们拍下了他们的大脑在睡着后的情况，结果显示大脑异常繁忙，不仅在帮助我们处理白天的各种信息，而且还在自我清洁！

该研究团队在2019年11月的国际期刊《科学》杂志上发表结论：只有在非动眼睡眠状态下，大脑才会开启“自动清洗”模式，扫除大脑白天积累的垃圾。清洗的主力军就是脑脊液。

成人大脑中含有约 125-150 毫升的脑脊液，正常的脑脊液无色透明。脑脊液包围并支持着整个脑及脊髓，有效地使脑的重量减少至1/6，对外部冲击起一定的保护作用。

在清醒状态下，因为大脑的飞速运转需要扩张的血管传输大量的血液，神经元也处于紧张的工作状态，这些都使得脑组织的体积增大，容纳脑脊液的空间比较小。

大脑在非动眼睡眠期间，大部分神经元处于关闭状态，大脑不需要那么多氧气，往大脑里运输氧气的血液流量也相应减少，这就造成大脑的体积减小，血管间隙增大，更多的脑脊液分泌出来，填补了间隙空间，开始对大脑的清洁。

那么脑脊液是如何清理大脑里的“垃圾”？

大脑专属废物清除系统

伯克利大学心理学和神经科学的教授马修﹒沃克团队，经过30年的深入研究得到一个结论：一个人在清醒了16个小时后，大脑开始疲乏，形象地说就是大脑转不动了。为什么大脑转不动了呢？原来大脑运行会产生代谢产物，代谢产物若无法及时清除出脑组织，则大脑就无法正常运转。

但是大脑处于一个相对封闭的环境，并被坚硬的头骨包围，空间有限，无法提供像淋巴系统那样的庞大系统。我们知道，作为免疫系统的重要环节之一，强大的淋巴系统遍布全身，各种淋巴细胞分工合作，将细胞间隙积累的毒素和垃圾碎片进行吞噬、分解和转化，并最终借助血液循环系统和泌尿系统将其排出体外。而人们一度认为，大脑不存在淋巴系统。持有这个观点的代表性人物是李维斯·韦德教授，他在1914年曾经提出“脑内不存在淋巴系统”。这一观点统治了神经科学界近100年。

直到2012年，美国罗切斯特大学医学中心杰弗里·艾利夫教授和麦肯·尼德加德教授，做了一个重要的实验。所采用的方法是用荧光示踪剂来跟踪脑脊液的运行路径。他们通过显微镜观察得到一个重大发现：脑脊液沿着大脑动脉迅速进入脑组织，随后流入血管的周围间隙内，对脑组织进行大清洗。由于其发挥着类似于外周淋巴系统的功能，被命名为“类淋巴系统”。

我们将大脑比喻成一座城市，那么神经细胞是这座城市最重要的成员。它包括神经元和神经胶质细胞。神经元是神经系统最基本的结构和功能单位。人类中枢神经系统中约含1000亿个神经元，仅大脑皮层中就约有140亿。因为神经元的末端分支非常丰富，一旦受损不易修复。神经元拥有至高无上的权力，人体所有动作和思维活动都需要它来发号施令。它们的工作非常繁忙，所以工作一天后会产生大量代谢物。

神经胶质细胞是神经元的保镖、营养师和管家。每一个神经元都需要几十个神经胶质细胞的保护和管理。作为“保镖”，数量庞大的胶质细胞相互交织，为神经元撑起一张密实的保护网，保护着神经元的主体和纤维。其末端覆盖了脑毛细血管绝大部分的表面，形成血脑屏障，避免血液中的有害物质对神经元造成伤害。神经胶质细胞作为“营养师”，它可以产生神经营养因子，维持神经元的生长、发育。同时也还是一位“管家”，负责控制让脑脊液进入城市，将代谢物冲刷出城市。

在睡眠状态下，特别是深度睡眠阶段，大脑血流量减少，神经元活动频率降低，细胞体积减小，细胞之间的空隙大大增加，给脑脊液的进入创造了良好的条件。脑脊液进入脑动脉周围间隙后，在“管家”的命令下，脑脊液涌入，强力冲刷大脑这座“城市”的街道，将神经细胞工作一天后的代谢物向静脉周围间隙驱赶。这种冲刷的模式比淋巴系统的细胞清扫模式高效得多。

被脑脊液冲刷过来的代谢物中，小分子就直接进入了静脉周围间隙，而大分子必须通过专门的通道才可以，将其放行进入静脉周围间隙。小分子垃圾和大分子垃圾最终送往颈部淋巴系统进行清除。通过这样的对流通路，代谢物得以清除，大脑完成了自我清洁。

那么，大脑里的垃圾到底是什么呢？水溶性β淀粉样蛋白就是一种体积较大的代谢产物，它被认为与老年痴呆症密切相关，但并非老年人才有。它同樣存在于健康年轻人大脑的脑组织中，如果长期得不到清除会引起斑块沉积。实验表明类淋巴系统能够有效地清除这种蛋白。

我们已经知道，只有在非眼动睡眠状态下，类淋巴系统才能有效工作。如果睡眠时间太短或睡眠质量不高，会造成进入脑组织的脑脊液量不足，以致冲刷的时间和强度大打折扣。导致代谢产物不能及时排出脑组织，有毒的蛋白不断沉积在大脑中，久而久之，形成斑块，再也冲刷不掉。

据科学研究表明，老年痴呆的的致病机理是β淀粉样蛋白造成线粒体的功能障碍，而线粒体是细胞的“发电站”，它出现问题就会让大脑无法获得足够的能量，最终导致神经元逐渐死亡。而且这种蛋白在大脑中积聚，也会影响睡眠深度。深睡眠的丧失又会降低大脑自我清洁的能力，从而造成恶性循环。因此，长期的睡眠缺失是造成老年痴呆的重要原因之一。所以，为了您的健康长寿，好好睡觉吧！