我們每個(gè)人都需要睡眠，但你是否曾想過，為什么我們每天要花近三分之一的時(shí)間在睡覺？近年來，一個(gè)令人興奮的發(fā)現(xiàn)是：睡眠，特別是深度睡眠或能通過促進(jìn)腦脊液的流動(dòng)，幫助大腦“清理垃圾”，從而保護(hù)我們的記憶和認(rèn)知功能。

早在2012年，來自羅徹斯特大學(xué)的Maiken Nedergaard教授團(tuán)隊(duì)就描述過這種特殊的大腦類淋巴系統(tǒng)，她發(fā)現(xiàn)攜帶著示蹤劑的液體會(huì)以一種“噴射”的形式穿過大腦組織。隨著腦脊液穿過神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞協(xié)助構(gòu)建的通道，大腦中的β-淀粉樣蛋白會(huì)隨之清除。

2023年，一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在深度睡眠時(shí)，動(dòng)脈會(huì)緩慢但是大幅度的收縮和舒張。此舉能夠加速大腦中的廢物排出；今年1月，一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)去甲腎上腺素會(huì)刺激血管的振蕩變化，變相推動(dòng)腦脊液的流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)清洗大腦的目的。

圖片來源：123RF

而就在最新的《美國科學(xué)院院刊》上，來自日本理化學(xué)研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，深度睡眠時(shí)大腦對腦脊液的控制信號與淺睡眠、清醒時(shí)完全不同。深度睡眠能特異性地驅(qū)動(dòng)腦脊液流動(dòng)，加速腦脊液的“沖刷”效率。因此，延長深度睡眠時(shí)間對保護(hù)大腦具有不可取代的重要意義。

據(jù)論文介紹，研究者利用一種稱為稀疏功能性磁共振成像的技術(shù)，結(jié)合多導(dǎo)睡眠圖，成功在25名健康志愿者午睡期間同時(shí)記錄了大腦活動(dòng)和腦脊液信號。他們發(fā)現(xiàn)，在深度慢波睡眠中，兩種典型的腦波——慢波和睡眠紡錘波——會(huì)引發(fā)腦脊液的規(guī)律性波動(dòng)。

其中慢波是高振幅、緩慢振蕩的腦波，與記憶鞏固和大腦恢復(fù)密切相關(guān)；睡眠紡錘波是短暫爆發(fā)的快速振蕩，通常出現(xiàn)在深度睡眠中，與學(xué)習(xí)能力有關(guān)。

研究發(fā)現(xiàn)，這些腦波出現(xiàn)后，腦脊液信號會(huì)在幾秒內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)溫和而頻繁的峰值。相比之下，在淺層睡眠中，腦脊液的變化更慢、幅度更大、周期更長。

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如果用水泵作為比喻的話，在深度睡眠中，腦脊液變化周期短、頻率高、幅度小，像一個(gè)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的“輕柔水泵”。在淺層睡眠中，腦脊液變化周期長、頻率低、幅度大，更像是一個(gè)“偶爾發(fā)力”的水泵。這些變化僅僅由大腦的電信號驅(qū)動(dòng)，與心跳、呼吸頻率、頭部運(yùn)動(dòng)都無關(guān)。

研究者認(rèn)為，深度睡眠時(shí)持續(xù)的腦波活動(dòng)驅(qū)動(dòng)，形成頻繁而溫和的腦脊液波動(dòng)，可能更有利于持續(xù)清除代謝廢物。

此外，監(jiān)測結(jié)果還顯示，淺層睡眠更多激活感覺和運(yùn)動(dòng)區(qū)域，可能與外界刺激的監(jiān)測有關(guān)。而深度睡眠激活前額葉、海馬體、紋狀體等與記憶、學(xué)習(xí)和內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)相關(guān)的區(qū)域，因此深度睡眠對記憶儲(chǔ)存、認(rèn)知修復(fù)等功能是必不可少的。

“白天在學(xué)習(xí)和記憶大腦網(wǎng)絡(luò)中積累了特定類型廢物，而深度睡眠時(shí)信號的快速、適度增加，可能與清除這些廢物過程有關(guān)。”研究的通訊作者M(jìn)asako Tamaki博士表示。

參考資料：

[1] Makoto Uji et al, Human deep sleep facilitates cerebrospinal fluid dynamics linked to spontaneous brain oscillations and neural events, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2509626122

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