科學家揭示大腦在睡眠中如何清除廢物，助力治療多種腦部疾病。
大腦中有大約1700億個細胞，它們在日常工作中會產生大量廢物。為了保持健康，大腦需要清除這些垃圾。但具體如何清除一直是個謎。
現在，兩組科學家發表了三篇論文，詳細描述了大腦的廢物清除系統。這些發現有助於研究人員更好地理解、治療，甚至預防各種腦部疾病。
這些論文都發表在《自然》雜誌上，提出在睡眠過程中，緩慢的電波推動細胞周圍的液體從大腦深處流向表面。在那裡，一個複雜的界面允許這些液體中的廢物被吸收到血液中，然後被運送到肝臟和腎臟，最終排出體外。
其中一種被清除的廢物是澱粉樣蛋白，這種物質會在阿爾茨海默病患者的大腦中形成粘性斑塊。
越來越多的證據表明，在阿爾茨海默病中，大腦的廢物清除系統受到了損害，華盛頓大學研究神經退行性疾病的Jeffrey Iliff說道，他並未參與這項新研究。
這些新發現應該能幫助研究人員準確找到問題所在，並可能修復它，Iliff說。
「如果我們恢復排水功能，能否預防阿爾茨海默病的發生？」他問道。
大腦清洗的簡史
這些新研究是在Iliff和丹麥科學家Maiken Nedergaard首次提出大腦周圍的清液是一個清除廢物系統的一部分十多年後進行的。
科學家們將其命名為「類淋巴系統」，以此向身體的淋巴系統致敬，後者有助於抵抗感染、維持體液平衡並過濾廢物和異常細胞。
這兩個系統就像房子裡的管道一樣工作，華盛頓大學聖路易斯分校的Jonathan Kipnis說道，他是這兩篇新論文的作者之一。
「你有供水管道和污水管道，」Kipnis說。「水進來是乾淨的，然後你洗手，髒水流出去。」
但淋巴系統使用的是一網絡細管，將廢物輸送到血液中。而大腦缺乏這些管道。
因此，科學家們幾十年來一直在試圖回答一個基本問題，Kipnis說：「廢物分子如何從大腦中部排出到大腦邊緣，最終排出體外？」
答案的一部分在2012年和2013年出現，當時Iliff和Nedergaard開始提出類淋巴系統。他們展示了在睡眠中的動物中，腦脊液開始快速流經大腦，沖洗掉廢物。
但是什麼在推動這些液體？它又是如何穿過通常將腦組織與血液分開的屏障來運輸廢物的？
（示意圖）
洗滌的波浪
Kipnis和他的團隊開始研究大腦在睡眠中的活動。作為這項研究的一部分，他們測量了動物深度睡眠期間出現的慢波電流的強度。
他們意識到：「通過測量波浪，我們也在測量細胞間隙液體的流動，」Kipnis說，這種液體存在於細胞周圍的空間中。
事實證明，這些波浪就像一個信號，將神經元的活動同步化，並將它們變成微型泵，將液體推向大腦表面，該團隊在2月份發表在《自然》雜誌上的報告中指出。
在同一期《自然》上，麻省理工學院科學家領導的一個團隊提供了更多證據，證明慢波電流有助於清除廢物。
這個團隊使用了會患上阿爾茨海默病的小鼠。他們讓這些小鼠暴露在每秒40次的聲光脈衝中。
這種刺激在動物大腦中引發了同樣頻率的慢波電流。
測試顯示，這些波浪增加了乾淨的腦脊液流入大腦的速度，並增加了髒液流出大腦的速度。他們還發現，這些液體攜帶了澱粉樣蛋白，這種物質在阿爾茨海默病患者的大腦中積累。
在幾周前發表的一篇論文中，Kipnis展示了廢物，包括澱粉樣蛋白，似乎穿過了通常隔離大腦的保護膜。
Kipnis和他的團隊集中研究了一條穿過這層膜的靜脈。
「在靜脈周圍，有一個套管，它從未完全密封，」他說。「這就是腦脊液流出的地方，並將廢物轉移到身體的淋巴系統。」
從小鼠到人類
這些新研究表明，保持大腦廢物清除系統正常運行需要兩個不同的步驟：一個是將廢物推入包圍大腦的腦脊液中，另一個是將其轉移到淋巴系統，最終排出體外。
「我們將它們分別描述了出來，」Iliff說，「但從生物學的角度來看，它們幾乎肯定是耦合在一起的。」
Iliff說，在小鼠身上的許多新發現仍需在人類身上得到證實。
「齧齒動物和人類之間的解剖學差異非常大，」他說。
但他表示，這些結果與關於導致神經退行性疾病的研究是一致的。
研究人員知道，衰老、損傷和阻塞大腦血管的疾病都會損害大腦的廢物清除系統。
「所有這些都是阿爾茨海默病的風險因素，」Iliff說。
廢物清除受損也可能是帕金森病、頭痛甚至抑鬱症的一個因素，Iliff說。因此，找到幫助大腦自我清潔的方法——也許是通過誘發那些慢波電流——可能預防多種疾病。
