科学家终于知道大脑产生的废物去哪了

　　科学家揭示大脑在睡眠中如何清除废物，助力治疗多种脑部疾病。

　　大脑中有大约1700亿个细胞，它们在日常工作中会产生大量废物。为了保持健康，大脑需要清除这些垃圾。但具体如何清除一直是个谜。

　　现在，两组科学家发表了三篇论文，详细描述了大脑的废物清除系统。这些发现有助于研究人员更好地理解、治疗，甚至预防各种脑部疾病。

　　这些论文都发表在《自然》杂志上，提出在睡眠过程中，缓慢的电波推动细胞周围的液体从大脑深处流向表面。在那里，一个复杂的界面允许这些液体中的废物被吸收到血液中，然后被运送到肝脏和肾脏，最终排出体外。

　　其中一种被清除的废物是淀粉样蛋白，这种物质会在阿尔茨海默病患者的大脑中形成粘性斑块。

　　越来越多的证据表明，在阿尔茨海默病中，大脑的废物清除系统受到了损害，华盛顿大学研究神经退行性疾病的Jeffrey Iliff说道，他并未参与这项新研究。

　　这些新发现应该能帮助研究人员准确找到问题所在，并可能修复它，Iliff说。

　　“如果我们恢复排水功能，能否预防阿尔茨海默病的发生？”他问道。

　　大脑清洗的简史

　　这些新研究是在Iliff和丹麦科学家Maiken Nedergaard首次提出大脑周围的清液是一个清除废物系统的一部分十多年后进行的。

　　科学家们将其命名为“类淋巴系统”，以此向身体的淋巴系统致敬，后者有助于抵抗感染、维持体液平衡并过滤废物和异常细胞。

　　这两个系统就像房子里的管道一样工作，华盛顿大学圣路易斯分校的Jonathan Kipnis说道，他是这两篇新论文的作者之一。

　　“你有供水管道和污水管道，”Kipnis说。“水进来是干净的，然后你洗手，脏水流出去。”

　　但淋巴系统使用的是一网络细管，将废物输送到血液中。而大脑缺乏这些管道。

　　因此，科学家们几十年来一直在试图回答一个基本问题，Kipnis说：“废物分子如何从大脑中部排出到大脑边缘，最终排出体外？”

　　答案的一部分在2012年和2013年出现，当时Iliff和Nedergaard开始提出类淋巴系统。他们展示了在睡眠中的动物中，脑脊液开始快速流经大脑，冲洗掉废物。

　　但是什么在推动这些液体？它又是如何穿过通常将脑组织与血液分开的屏障来运输废物的？

　　洗涤的波浪

　　Kipnis和他的团队开始研究大脑在睡眠中的活动。作为这项研究的一部分，他们测量了动物深度睡眠期间出现的慢波电流的强度。

　　他们意识到：“通过测量波浪，我们也在测量细胞间隙液体的流动，”Kipnis说，这种液体存在于细胞周围的空间中。

　　事实证明，这些波浪就像一个信号，将神经元的活动同步化，并将它们变成微型泵，将液体推向大脑表面，该团队在2月份发表在《自然》杂志上的报告中指出。

　　在同一期《自然》上，麻省理工学院科学家领导的一个团队提供了更多证据，证明慢波电流有助于清除废物。

　　这个团队使用了会患上阿尔茨海默病的小鼠。他们让这些小鼠暴露在每秒40次的声光脉冲中。

　　这种刺激在动物大脑中引发了同样频率的慢波电流。

　　测试显示，这些波浪增加了干净的脑脊液流入大脑的速度，并增加了脏液流出大脑的速度。他们还发现，这些液体携带了淀粉样蛋白，这种物质在阿尔茨海默病患者的大脑中积累。

　　在几周前发表的一篇论文中，Kipnis展示了废物，包括淀粉样蛋白，似乎穿过了通常隔离大脑的保护膜。

　　Kipnis和他的团队集中研究了一条穿过这层膜的静脉。

　　“在静脉周围，有一个套管，它从未完全密封，”他说。“这就是脑脊液流出的地方，并将废物转移到身体的淋巴系统。”

　　从小鼠到人类

　　这些新研究表明，保持大脑废物清除系统正常运行需要两个不同的步骤：一个是将废物推入包围大脑的脑脊液中，另一个是将其转移到淋巴系统，最终排出体外。

　　“我们将它们分别描述了出来，”Iliff说，“但从生物学的角度来看，它们几乎肯定是耦合在一起的。”

　　Iliff说，在小鼠身上的许多新发现仍需在人类身上得到证实。

　　“啮齿动物和人类之间的解剖学差异非常大，”他说。

　　但他表示，这些结果与关于导致神经退行性疾病的研究是一致的。

　　研究人员知道，衰老、损伤和阻塞大脑血管的疾病都会损害大脑的废物清除系统。

　　“所有这些都是阿尔茨海默病的风险因素，”Iliff说。

　　废物清除受损也可能是帕金森病、头痛甚至抑郁症的一个因素，Iliff说。因此，找到帮助大脑自我清洁的方法——也许是通过诱发那些慢波电流——可能预防多种疾病。