近日，日本理化学研究所（RIKEN）脑科学中心的Masako Tamaki团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表研究成果，揭示了深度睡眠与脑脊液（cerebrospinal fluid，CSF）之间的动态联系。这项研究首次利用MRI观察到：在深度睡眠阶段，脑脊液信号的变化与大脑的慢波活动及其他神经事件呈现精确的时间同步关系。
研究团队指出，这一发现为解释“为什么稳定的睡眠对于学习和记忆如此关键”提供了新的生理学线索。
睡眠的两大使命：记忆巩固与脑废物清除
科学界普遍认为，睡眠不仅能帮助我们巩固记忆，还能清除清醒时大脑活动产生的代谢废物。脑脊液在这一“清理系统”中扮演核心角色，它流动于大脑和脊髓周围，帮助排除细胞代谢产物。然而，不同睡眠阶段（浅睡、快速眼动睡眠REM、深度非REM睡眠）对脑脊液流动的具体影响仍不清楚。
解决“噪音难题”：让人类在MRI中真正入睡
传统的功能性磁共振成像（fMRI）噪音极大，常常让受试者难以进入深度睡眠。Tamaki团队采用了一种创新的“稀疏fMRI（sparse fMRI）”技术——扫描间隔约3秒，扫描间的静音时间让参与者能够顺利进入深度睡眠。同时，研究者同步记录脑电图，以追踪慢波活动与脑脊液信号之间的关系。
深睡阶段的独特“脑脊液节律”
研究结果显示，不同睡眠阶段的脑脊液信号变化模式明显不同。
-
在深度非REM睡眠中，慢波脑活动会在8秒内引发频繁、幅度中等的信号上升；
-
在浅睡或觉醒阶段，信号上升更为急促但出现频率较低；
-
而在REM睡眠中，信号变化非常缓慢、幅度极小，往往需要近30秒才能显现。
此外，脑区激活模式也因睡眠阶段而异。与浅睡相比，深度睡眠中与学习和记忆密切相关的脑区——包括海马体和额叶皮层——表现出更高的活跃度。研究者推测，当这些“记忆网络”处于活跃状态时，慢波脑活动会对脑脊液信号产生特殊影响，从而促进特定类型废物的清除。
脑脊液信号之谜：血红蛋白之外的“未知机制”
研究团队也承认，fMRI中来自脑室（lateral ventricles）的信号成因仍是未解之谜。由于脑脊液中并不含血红蛋白，其信号可能与脑代谢活动、脑血流变化及废物清除过程的综合效应有关。
正如Tamaki总结所说：“我们的研究表明，深度睡眠对脑脊液信号的影响与浅睡、REM睡眠或觉醒阶段完全不同。这种快速而中等幅度的信号变化，可能反映了一种清除机制——专门用于清理白天在学习与记忆网络中积累的废物。”
这项研究不仅深化了人们对睡眠与脑健康关系的理解，也为未来探索如何通过改善睡眠质量来促进大脑清洁、延缓神经退行性疾病提供了新的思路。
参考文献：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
编辑：周敏
排版：李丽
评论 (0)