人類一生中有1/3左右的時間在睡眠中度過。但你是否和小編有過相同的疑問：睡覺這麼“浪費時間”的行為，為什麼沒有被“進化”掉呢？
事實上，科學家也有著相同的疑問。放眼整個生物界，睡眠會使得生物體處於“脆弱”的非活動狀態。既然存在風險，總歸要帶來一定的益處吧。那麼，睡覺的益處究竟是什麼呢？
早在2013年，
Science
上刊登的重磅研究
《Sleep Drives Metabolite Clearance from the Adult Brain》
曾給出這樣的解答——
睡眠的作用是“清倒垃圾”
。
當時的研究發現，自然睡眠或麻醉能夠加強清醒狀態下中樞神經系統中積累的潛在神經毒性廢物的清除能力。
DOI: 10.1126/science.1241224
因此，科學界有一種觀點認為，睡眠可以利用腦類淋巴系統（Glymphatic）清除大腦中的代謝物和毒素。
該假說認為，在非快眼動睡眠階段（NREM），由於動脈搏動導致的靜水壓力梯度驅動，腦內液體大量流動，從而主動清除了腦實質中的溶質。基於這種觀點，有人提出“長期睡眠不足導致毒素清除能力下降，可能會加重或引發阿爾茨海默症”，並在很長的一段時間內成為“主流”。
但問題是，“腦類淋巴系統”假說仍是個“謎”——無論是解剖學途徑還是清除機制，都存在著爭議；有研究支援這一觀點，但也有研究對此提出了質疑。
然而，來自英國帝國理工學院的研究團隊在《Nature Neuroscience》上最新刊登的研究卻提出了“顛覆性”的觀點——在睡眠和麻醉期間，大腦的清除能力不僅沒有增加，反而有所降低，其清除率分別降低了30%和50%左右。
得到這一結果，連研究人員都有些驚訝，難道之前的假說都要被“推翻”了嗎？！
https://doi.org/10.1038/s41593-024-01638-y
為了探究睡眠對大腦的影響，研究者將4kDa的熒光素異硫氰酸酯-葡聚糖（FITC-葡聚糖）注入了小鼠的尾殼核（CPu）中，透過監測該熒光材料的擴散係數（D），來直接測量不同警覺狀態下（清醒、睡眠或麻醉）小鼠大腦中的清除能力和液體運動。
有趣的是，無論是清醒狀態或是睡覺期間或是注射右旋美託咪定的麻醉狀態，4kDa的FITC-葡聚糖的擴散係數均無明顯變化，D的平均值為32.1±1.9μm2s−1。
該數值與已報道的齧齒類動物的大腦新皮質的數值一致，可見4kDa的FITC-葡聚糖在小鼠大腦皮層內的運動主要是透過擴散，同時擴散動力學在睡眠或麻醉期間均不會發生改變。
不過秉持著嚴謹的科學態度，研究者進一步開展了單獨的體外測量，發現警覺狀態之間整體流的變化超過了0.5 μm s−1。但本研究中，由於無法排除周圍組織小範圍內相反方向的對流發生變化的可能性，且這種變化很可能被平均化，於是研究者推測“大腦清除率其實是發生了一定變化的”。
因此，研究者擴大了實驗範圍，採用了一種可在實質組織中自由移動的小型染料來準確地量化腦清除率。如果得到的擴散曲線的峰值低於預測曲線，說明大腦經歷了清除過程。
與保持清醒的對照組相比，睡眠小鼠的清除率有所降低；同樣，在麻醉劑（右美託咪定、氯胺酮+塞拉嗪、戊巴比妥）存在的情況下，大腦清除率也大大降低。
類似的情況也發生在組織學實驗中。在注射染料的3小時和5小時後，與對照組相比，睡眠和麻醉狀態下染料濃度均較高，即大腦的清除能力有所降低。毫不誇張地說，這一發現與先前Science上提出的觀點相悖！
進一步的腦電圖功率譜測量得到的結果，再一次給上述發現提供了有力的證據。該測試顯示，峰值清除率與δ頻段功率之間存在微弱的負相關；這意味著，睡眠越深，大腦的清除率反而越低。
綜上所述，本研究得到了與先前相反的結論，即在睡眠和麻醉期間，大腦的清除率反而有所降低。
為什麼會出現如此“顛覆性”的發現？到底是誰“錯”了呢？
為了弄清原委，研究者回顧了先前的研究並進行了深入分析，發現“問題可能出在了對實驗流程的理解上”。
2013年Science上刊登的研究中，來自美國羅切斯特大學的研究團隊將熒光染料從蝶竇注入了腦脊液，並進一步滲透到大腦皮層中。當時研究者認為，“在睡眠或麻醉的狀態下，分子進入大腦皮層的速度一定更快”。
但情況果真如此嗎？研究者所觀察的染料在腦區中的濃度，其實是到達率和離開率之間的差值，就像水槽同時在注水和放水，大腦中也存在進入和清除兩種狀態。因此，在睡眠或麻醉狀態下染料滲透的增加，可能並不是進入率增加導致的，而是清除率降低引起的。
事實上，在之前的實驗中，研究者更多地將目光集中在“標記物”上，尤其是將標記物引入腦脊液再進入腦實質的“進入”環節。但真實情況是，標記物的進入、排出和再分佈是同時發生的，極大地干擾了清除率的量化。
而本研究則更為清晰地估算了清除率，所以得到直接的結論“整個大腦的平均清除率會因睡眠或麻醉狀態而降低”。該結果挑戰了“睡眠的核心功能是清除腦內毒素”的觀點。
當然，正如諾獎得主丁肇中所說，科學探索就是要推翻現有的理論。科學界從不乏推翻重來的勇氣，至於“睡眠的意義到底是什麼”，還需要更多的科研來回答。
[1]Xie L, Kang H, Xu Q, Chen MJ, Liao Y, Thiyagarajan M, O'Donnell J, Christensen DJ, Nicholson C, Iliff JJ, Takano T, Deane R, Nedergaard M. Sleep drives metabolite clearance from the adult brain. Science. 2013 Oct 18;342(6156):373-7. doi: 10.1126/science.1241224. PMID: 24136970; PMCID: PMC3880190.
[2]Miao A, Luo T, Hsieh B, Edge CJ, Gridley M, Wong RTC, Constandinou TG, Wisden W, Franks NP. Brain clearance is reduced during sleep and anesthesia. Nat Neurosci. 2024 May 13. doi: 10.1038/s41593-024-01638-y. Epub ahead of print. PMID: 38741022.
