睡眠质量决定着白天的精神和工作效率，对此我们都深有体会。一旦缺乏睡眠，人会明显出现精神浹散、工作效率低下以及反应能力下降等负面影响。科学家们一直在探索睡眠影响大脑功能的机制。
来自美国罗彻斯特大学的神经科学家麦肯·内德加德发现大脑有一套排污系统，大脑在睡觉时，可以通过该系统将清醒时产生的毒素蛋白排出去。其中平时充斥在大脑周围以及脊髓中的脑脊波扮演着“清洗剂”的角色。研究者发现脑脊液会利用脑部血管周围的一些小通道进入大脑组织执行任务。在清洗过程中，大脑会随着脑脊液排出一种有重要负面影响的蛋白——β-淀粉蛋白，这一蛋白通常被认为是阿尔茨海默病的元凶。内德加德通过动物实验发现，小鼠在睡眠和麻醉时大脑皮层中细胞周围的空间会扩大60%，这意味着睡觉时会有更多的脑脊液进入大脑，同时内德加德还观察到在这个过程中，β-淀粉蛋白消失的速度大约是清醒时的两倍。
内德加德的发现激起了神经科学家们极大的兴趣，来自波士顿大学的神经科学家劳拉·路易斯也验证了内德加德的结论。在研究中，路易斯在人类的大脑中观测到了脑脊液反复清洗大脑的过程，并且她还发现这一过程和睡眠节律是同步进行的。这里所说的睡眠节律是指我们在睡眠过程中息息相关的脑电波节律，它通常与睡眠的不同阶段相关。比如睡眠过程总是快速眼动睡眠（REM）和慢波睡眠（SWS）交替进行的。REM会伴随高度活跃的脑电信号，梦境就是在REM阶段出现的；而SWS则只会伴随低活跃的慢脑电波，因此SWS也被称作深度睡眠，决定着每晚的睡眠质量。当我们入睡时，通常由浅层的慢波睡眠开始，然后进入深度的慢波睡眠，最后再回到浅层慢波睡眠。睡眠过程中，大脑会多次执行这种循环，并且在每个新循环开始之前以及即将醒来时进行快速眼动睡眠。
“这些同步发生的事件背后，一定有一些我们没有发现的联系。”路易斯表示。为此，路易斯召集了13名志愿者，研究他们进入慢波睡眠时的脑脊液、脑电信号以及血氧浓度依赖信号的变化。研究结果显示，在脑脊液进入大脑之前的数秒钟前，血液会迅速退出大脑，给大脑腾出更多的容量。人们在熟睡时许多神经元会处于关闭的状态，因此大脑不再需要高水平的血氧浓度，血液也开始退出局部区域。当血液流出，为了弥补下降的脑压，脑脊液正好趁此时机涌入大脑，形成液体替补并完成清洗工作。当志愿者进入深度睡眠阶段，脑脊液经特定脑区过滤后周期性地进入大脑，并且环绕整个大脑流动。脑脊液到达脑部最上侧时，会渗透进脑壁细胞的小动脉之间，充斥脑组织间隙与其中的液体进行混合。这一过程会伴随着有节律的慢波脑电波刺激神经调节信号，促进脑中废物和毒素的排出。
根据这一结果，许多神经疾病的机理似乎就能够说得通了。路易斯解释道：“慢波脑电会随着年龄增长而减弱，在患有神经性疾病的人中衰减得更加厉害。”因此，包括阿尔茨海默病在内的神经疾病患者往往都会缺乏优质的慢波睡眠，而这样会积累更多的毒素蛋白，最终病情也会变得更加严重。现在，这项实验已经让科学家找到了脑脊液、脑电波和慢波睡眠之间的联系，我们也能更进一步理解睡眠这项重要活动的意义。但这些还只是冰山一角，“脑脊液大清洗时会带走脑中的垃圾，但它们可能还做着更加重要的事情。”路易斯表示。
（摘编自《环球科学》）
