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你睡着时，大脑在“洗澡”：最新研究发现深度睡眠的独特清洁作用
撰文丨周晗
睡眠对人类大脑功能的维持至关重要，尤其是深度睡眠。以往研究多集中在动物模型中，发现睡眠期间脑脊液的流动可能与清除大脑代谢废物有关，但在人类中这一机制尚不明确。尤其是深度睡眠阶段，传统的脑功能扫描设备噪音巨大，很难让人在里面安稳地进入深度睡眠，因此相关研究一直受限。此外，尽管已知睡眠中的脑电振荡（如慢波、睡眠纺锤波等）与记忆巩固等有关，但它们是否以及如何驱动脑脊液流动，仍是未解之谜。
近期，一项发表在PNAS上的研究[1]发现，深度睡眠时大脑对脑脊液的控制信号与浅睡眠、清醒时完全不同。深度睡眠能特异性地驱动脑脊液流动，加速脑脊液的“冲刷”效率。因此，延长深度睡眠时间对保护大脑具有不可取代的重要意义。
图：研究截图
科研技术实现突破，“偷看”睡眠中的大脑
该研究采用了一种创新的稀疏功能磁共振成像技术，在成像间隔中插入静默期，显著降低了扫描噪音对睡眠质量的干扰，使受试者更容易进入并维持深度睡眠。
研究人员招募了25名健康年轻参与者参与午后小睡实验，同时进行多导睡眠图记录，以精确识别睡眠阶段和脑电事件。通过分析从大脑侧脑室提取的脑脊液信号，并将其与不同的脑电波事件在时间上锁定，清晰地看到了睡眠振荡如何驱动脑脊液流动。
通过多种控制分析，排除了呼吸、心率、头动等生理因素对信号的干扰，确保所观察到的脑脊液变化确实源于睡眠特异性的神经活动。
此外，研究还通过广义线性模型分析了不同睡眠事件所激活的脑网络，进一步验证了深度睡眠与浅睡眠在神经机制上的差异。
谜底揭露，深度睡眠——大脑的“清洁”时间
该研究通过结合稀疏功能磁共振成像与多导睡眠图技术，首次在健康年轻人中系统性地揭示了深度睡眠特异性脑脊液动力学。研究发现：
慢波睡眠中的慢波和睡眠纺锤波伴随着短周期、高频次、中等幅度的脑脊液波动；
快速眼动睡眠中的眼动和锯齿波也能引发脑脊液变化；
相比之下，浅睡眠或觉醒事件引发的脑脊液变化则缓慢、稀疏且幅度大；
深度睡眠期间脑脊液波动的频率显著高于浅睡眠。
人类深度睡眠通过特定的脑振荡事件，促进了一种独特的高频、温和且持续的脑脊液流动模式，这种模式与浅睡眠或觉醒状态下的机制有本质区别。
为什么你一定要睡个好觉？
这项研究不仅揭示了深度睡眠在调节脑脊液动力学中的独特作用，也为理解睡眠如何维护大脑健康提供了新视角。脑脊液流动被认为与清除大脑代谢废物（如β-淀粉样蛋白）密切相关，而这类废物的累积正是等神经退行性疾病的重要特征。深度睡眠的减少常见于老年人、失眠患者及神经疾病人群，本研究从机制上解释了为何深度睡眠的缺失可能加剧认知衰退。
此外，研究提出了两种不同的脑脊液调节机制：①“觉醒基电路”：主导浅睡眠，伴随大幅度、稀疏的脑脊液波动；②“深度睡眠基电路”：主导深度睡眠，表现为高频、持续的温和波动，可能更有利于维持脑内环境的稳定。
未来，这一发现有望推动针对睡眠障碍患者的干预策略，例如通过增强深度睡眠来改善脑脊液循环，从而延缓或预防神经退行性疾病的发生。同时，研究也提示，保护深度睡眠质量，可能是维护长期脑健康的关键。
参考文献：
[1] M. Uji, X. Li, A. Saotome, et al. Human deep sleep facilitates cerebrospinal fluid dynamics linked to spontaneous brain oscillations and neural events, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (41) e2509626122, https://doi.org/10.1073/pnas.2509626122 (2025).
责任编辑：老豆芽
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