简明通讯:大脑清除在睡眠和麻醉期间受到抑制

大脑清除机制在睡眠和麻醉状态下受到抑制

背景介绍

清除大脑中的代谢废物和有毒物质是维持神经系统健康的关键过程。然而,这一过程的具体机制一直存在争议。一种被广泛讨论的观点认为,睡眠状态能促进所谓”淋巴液系统”(glymphatic system)的工作,从而加强大脑中的清除过程。一些研究者甚至提出,长期睡眠不足可能会导致淋巴液系统功能受损,加重如阿尔茨海默病等神经退行性疾病。麻醉药物在一定剂量下也被认为能够增强大脑的清除功能。但这一理论仍然存在一些质疑。

论文来源

本研究由英国帝国理工学院的尼古拉斯·弗兰克斯(Nicholas P. Franks)教授和威廉·威斯登(William Wisden)教授领导,于2024年发表在《自然神经科学》(Nature Neuroscience)杂志上。

研究流程

1) 研究人员首先在小鼠脑内注射荧光分子,并在前额叶皮层植入光纤,用于测量荧光分子的扩散运动。通过光漂白实验,他们测定了荧光分子在脑组织中的扩散系数。

2) 他们发现,无论小鼠处于清醒、睡眠还是麻醉状态,荧光分子的扩散运动并无显著差异,表明扩散运动与觉醒状态无关。

3) 研究人员进一步测量了荧光分子在大脑中的清除率。他们注射了一种小分子荧光染料,在皮层区域测量其浓度随时间的变化。

4) 实验结果显示,在清醒状态下,大脑的清除率约为70-80%。而在睡眠或麻醉状态下,清除率明显降低。这与之前认为睡眠和麻醉能促进大脑清除的观点恰恰相反。

5) 通过组织学实验,研究人员进一步证实了上述发现。

主要结论

该研究否定了之前广为流传的观点,即认为睡眠和麻醉能够促进大脑代谢产物和毒素的清除。相反,研究发现睡眠和麻醉状态实际上抑制了大脑的清除功能。这项发现对于理解睡眠的作用机制和阿尔茨海默症等神经退行性疾病的发病机理都具有重要意义。

研究意义

1) 该研究直接测量了睡眠和麻醉对大脑清除功能的影响,并得出了与之前观点相反的结果,对于厘清睡眠的生理功能具有重要价值。

2) 研究否定了长期以来的一个观点,即睡眠不足导致大脑清除功能受损可能是阿尔茨海默症等神经退行性疾病的病因之一。这有助于重新审视这些疾病的发病机制。

3) 研究提出了一种新颖的方法,可直接测量大脑中分子的清除率,为探讨大脑清除机制提供了有力工具。

4) 研究结果意味着,提高大脑清除功能可能需要采取其他方式,而不是单纯通过促进睡眠。这为预防和治疗相关疾病提供了新的视角。