近日，日本理化學(xué)研究所（RIKEN）腦科學(xué)中心的Masako Tamaki團(tuán)隊(duì)在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）發(fā)表研究成果，揭示了深度睡眠與腦脊液（cerebrospinal fluid，CSF）之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系。這項(xiàng)研究首次利用MRI觀察到：在深度睡眠階段，腦脊液信號(hào)的變化與大腦的慢波活動(dòng)及其他神經(jīng)事件呈現(xiàn)精確的時(shí)間同步關(guān)系。

研究團(tuán)隊(duì)指出，這一發(fā)現(xiàn)為解釋“為什么穩(wěn)定的睡眠對(duì)于學(xué)習(xí)和記憶如此關(guān)鍵”提供了新的生理學(xué)線索。

睡眠的兩大使命：記憶鞏固與腦廢物清除

科學(xué)界普遍認(rèn)為，睡眠不僅能幫助我們鞏固記憶，還能清除清醒時(shí)大腦活動(dòng)產(chǎn)生的代謝廢物。腦脊液在這一“清理系統(tǒng)”中扮演核心角色，它流動(dòng)于大腦和脊髓周圍，幫助排除細(xì)胞代謝產(chǎn)物。然而，不同睡眠階段（淺睡、快速眼動(dòng)睡眠REM、深度非REM睡眠）對(duì)腦脊液流動(dòng)的具體影響仍不清楚。

解決“噪音難題”：讓人類在MRI中真正入睡

傳統(tǒng)的功能性磁共振成像（fMRI）噪音極大，常常讓受試者難以進(jìn)入深度睡眠。Tamaki團(tuán)隊(duì)采用了一種創(chuàng)新的“稀疏fMRI（sparse fMRI）”技術(shù)——掃描間隔約3秒，掃描間的靜音時(shí)間讓參與者能夠順利進(jìn)入深度睡眠。同時(shí)，研究者同步記錄腦電圖，以追蹤慢波活動(dòng)與腦脊液信號(hào)之間的關(guān)系。

深睡階段的獨(dú)特“腦脊液節(jié)律”

研究結(jié)果顯示，不同睡眠階段的腦脊液信號(hào)變化模式明顯不同。

• 在深度非REM睡眠中，慢波腦活動(dòng)會(huì)在8秒內(nèi)引發(fā)頻繁、幅度中等的信號(hào)上升；

• 在淺睡或覺醒階段，信號(hào)上升更為急促但出現(xiàn)頻率較低；

• 而在REM睡眠中，信號(hào)變化非常緩慢、幅度極小，往往需要近30秒才能顯現(xiàn)。

此外，腦區(qū)激活模式也因睡眠階段而異。與淺睡相比，深度睡眠中與學(xué)習(xí)和記憶密切相關(guān)的腦區(qū)——包括海馬體和額葉皮層——表現(xiàn)出更高的活躍度。研究者推測(cè)，當(dāng)這些“記憶網(wǎng)絡(luò)”處于活躍狀態(tài)時(shí)，慢波腦活動(dòng)會(huì)對(duì)腦脊液信號(hào)產(chǎn)生特殊影響，從而促進(jìn)特定類型廢物的清除。

腦脊液信號(hào)之謎：血紅蛋白之外的“未知機(jī)制”

研究團(tuán)隊(duì)也承認(rèn)，fMRI中來自腦室（lateral ventricles）的信號(hào)成因仍是未解之謎。由于腦脊液中并不含血紅蛋白，其信號(hào)可能與腦代謝活動(dòng)、腦血流變化及廢物清除過程的綜合效應(yīng)有關(guān)。

正如Tamaki總結(jié)所說：“我們的研究表明，深度睡眠對(duì)腦脊液信號(hào)的影響與淺睡、REM睡眠或覺醒階段完全不同。這種快速而中等幅度的信號(hào)變化，可能反映了一種清除機(jī)制——專門用于清理白天在學(xué)習(xí)與記憶網(wǎng)絡(luò)中積累的廢物。”

這項(xiàng)研究不僅深化了人們對(duì)睡眠與腦健康關(guān)系的理解，也為未來探索如何通過改善睡眠質(zhì)量來促進(jìn)大腦清潔、延緩神經(jīng)退行性疾病提供了新的思路。

參考文獻(xiàn)：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

編輯：周敏

排版：李麗