长期睡眠不足会损伤大脑吗 高质量的睡眠有利于清除大脑垃圾

利用核磁共振（MRI）成像技术，科学家发现，只有在进入深度睡眠阶段，大脑中的血液才会退出，给脑脊液腾出空间，让其进入并清洗大脑。

（视觉中国/图）

从“熬夜有害健康”到“熬夜会让人变傻”，这些说法几乎已成为一种常识，但是其中的奥秘并没有得到充分解读。美国波士顿大学神经科学家劳拉·刘易斯（Laura Lewis）团队发表于2019年10月31日《科学》杂志上的研究结果有可能进一步揭示其中的机理。

刘易斯团队对13名志愿者进行研究，让他们带上脑电帽，在核磁共振（MRI）机器里睡觉。脑电图会显示，一个人处在哪种睡眠状态；同时MRI会测量血氧水平，显示有多少血液退出大脑，又有多少脑脊液流进大脑。

从人的大脑里血氧浓度的明显变化可以知道，人在睡眠时，血液会大规模、周期性地流出大脑。每当大脑中的血液大量流出，就给大脑腾出了一定空间，脑脊液（CSF）则会趁虚进入大脑，对大脑进行冲洗和清洁，去除大脑中的毒素，其中就有导致阿尔茨海默病（老年性痴呆）的β淀粉样蛋白。

大脑中的血液与脑脊液的交替其实是由睡眠时的脑电波来控制的。人的睡眠是有节律的，这体现在脑电波节律上，通常与睡眠的不同阶段相关。睡眠过程的节律是，快速眼动睡眠（REM）和慢波睡眠（SWS）交替进行。REM会伴随高度活跃的脑电信号，在这个时候会出现梦境；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，决定了人能获得好的睡眠质量。

刘易斯等人发现，在志愿者进入深度睡眠阶段时，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。而且，在脑脊液进入大脑之前的数秒钟前，血液会迅速退出大脑，给大脑腾出更多的空间，并且还会伴随有节律的慢波脑电信号。血液退去和脑脊液进入大脑并在大脑中循环的现象是平均每20秒就会进行一次。

这个研究至少说明了一些问题。一是人们要在熟睡时，或者说有质量的睡眠（深度睡眠）时，大脑中的血液才会退出，给脑脊液腾出空间，让其进入并清洗大脑。同时，脑脊液对大脑的清洗与脑电波有关，可能是由活跃度低的慢脑电波触发或主导的。此外，脑脊液清洗大脑后，会带走大脑中的一些毒素、垃圾和污染物，因而会让人在睡醒后大脑变得清新和充满能量，让人神清气爽，精力充沛。

至于为何慢脑电波会促动和主导大脑中的血液和脑脊液的进退交替，研究人员现在还不知道确切的机理，仍需要进一步的研究。可能的机制是，人们在熟睡时，许多神经元会处于关闭的状态，大脑不再需要高水平的血氧浓度，因此获得深度睡眠的脑电波信号后，大脑中的血液开始退出大脑。当血液流出，为了弥补血液流出而下降的脑压，脑脊液正好趁此时机涌入大脑，并完成清洗工作。

这个研究提示，不要熬夜，否则会变傻。因为缺少睡眠，会让脑脊液无法进入大脑以清除毒素和垃圾。不过问题可能也没有那么简单。如果认为脑脊液只有在睡眠时才能大量进入大脑以洗脑的话，则熬夜似乎也不是问题，晚上不睡，白天只要补足了觉，而且睡眠质量高，也是可以的。

在刘易斯等人的研究发现之前，已经有一些研究发现了同样的现象。美国罗彻斯特大学神经科学家迈肯·内德加德（Maiken Nedergaard）的团队在2013年发表于《科学》上的一项研究早就提出，大脑有一套排污系统，人在睡觉时可通过该系统将清醒时产生的毒素蛋白排出去，这个排污系统就是脑脊液的循环，也称作脑淋巴系统。脑脊液平时充斥在大脑周围以及脊髓中，会利用脑部血管周围的一些小通道进入大脑组织。

内德加德等人发现，睡眠中的小鼠大脑中的组织间隙比那些清醒时小鼠大脑中的组织间隙要大60%，这就让流经这些区域的脑脊液能有效清除大脑中的有毒代谢产物。为了弄清脑脊液清洗掉的废物是什么，研究人员采用了荧光标记物标记β-淀粉样蛋白。因为，对阿尔茨海默病的病因的主流学说是，大脑中β淀粉样蛋白沉积和Tau蛋白过度磷酸化导致人的认知退化和痴呆。

研究人员通过荧光标记物标记β-淀粉样蛋白观察到，小鼠在睡眠中，β-淀粉样蛋白流出脑子的速度比正常清醒时的速度快2倍。这也证明，在睡眠中，脑脊液进入大脑的确能清除大脑中的毒素和废物，如β-淀粉样蛋白。不过，这一研究结果是在小鼠的大脑中观察到的。现在，刘易斯团队在人的大脑中观察到同样的现象，既是重复验证了这一结果，又证明了脑脊液在睡眠时清洗大脑不是从动物推论而来，而是在人身上得到直接证明，并且还证明，脑脊液清洗大脑的过程是与睡眠节律同步进行的。

还有一个比较好的旁证是，人的睡眠姿势也可能有效帮助脑脊液清除大脑中的废物。2015年，美国纽约州立石溪大学的本维尼斯特（Benveniste）团队采用动态增强的磁共振成像技术对大脑中的淋巴系统进行扫描，结果发现，大脑中的脑脊液在侧卧睡姿中表现得最为活跃，清除大脑中的废物也最有效。

这些研究告诉人们，第一，要保持睡眠充足，无论是晚上睡觉还是白天睡觉，一般为6-7小时。其次，要保证睡眠质量，只有好的睡眠才能促进大脑中血液的退出和脑脊液的进入，以清洗大脑。当然好的睡眠质量也应遵循生物钟规律，也就是夜晚睡觉，白天工作。

最后，要想让脑脊液彻底清除大脑中的废物，应尽量采用侧卧的睡姿。

南方周末特约撰稿 张田勘