Hur avfall ”tvättas ut” i hjärnan under sömnen
För första gången har en ny studie observerat att cerebrospinalvätska tvättar in och ut ur hjärnan i vågor under sömnen, vilket hjälper till att rensa bort avfall.
Nyligen, Medicinska nyheter idag rapporterade om en studie som fann att specialiserade immunceller är mer aktiva i hjärnan under sömnen, upptagen med att utföra underhållsarbete.
Forskare vet att sömn är viktig - inte bara när det gäller att låta hjärnan reaktualisera, utan också för att "skapa utrymme" för "rengöringsprocesser".
Många av de mekanismer genom vilka denna rensning av hjärnavfallet äger rum under sömnen är dock fortfarande oklar.
Nu har forskare vid Boston University i Massachusetts funnit att vätskan i hjärnan och ryggraden - kallad cerebrospinalvätska - under sömnen tvättar in och ut, som vågor, vilket hjälper hjärnan att bli av med ackumulerat metaboliskt "skräp".
”Vi har vetat ett tag att det finns dessa elektriska aktivitetsvågor i nervcellerna. Men innan nu insåg vi inte att det också finns vågor i cerebrospinalvätskan, förklarar studiens medförfattare Laura Lewis.
En komplex synkroniseringsprocess
Den nya studien - vars resultat visas i tidskriften Vetenskap - inkluderade 13 deltagare i åldrarna 23–33 som gick med på att genomgå hjärnskanningar medan de sov.
Processen var knepig. Deltagarna var tvungna att bära EEG-kepsar som gjorde det möjligt för forskarna att mäta elektrisk aktivitet i hjärnan medan de låg i en MR-maskin där de var avsedda att sova.
Men att sova på den här platsen kan vara svårt, eftersom MR-maskiner är mycket bullriga. "[Jag] visar inte att [deltagarnas] jobb faktiskt - i hemlighet - är nästan den svåraste delen av vår studie", säger Lewis.
"Vi har all den här fina utrustningen och komplicerade teknologierna, och ofta är ett stort problem att människor inte kan somna eftersom de befinner sig i ett riktigt högt metallrör, och det är bara en konstig miljö", konstaterar hon.
Trots dessa utmaningar lyckades forskarna - troligen för första gången - att övervaka aktiviteten av cerebrospinalvätska i deltagarnas hjärnor under sömnen.
De såg att cerebrospinalvätska verkar "synkronisera" med hjärnvågor, vilket sannolikt hjälper till att avlägsna hjärnavfall. Detta avfall innehåller potentiellt giftiga proteiner som annars kan bilda uppbyggnader som kan försämra informationsflödet mellan nervceller.
Dessa resultat, tillägger forskarna, kan också belysa de underliggande mekanismerna i tillstånd som Alzheimers sjukdom, där toxiska proteinplack spelar en nyckelroll vid minnesförlust och andra kognitiva försämringar.
De förklarar också att normal åldrande kan vara förknippad med sämre självrengöring i hjärnan. Med åldern tenderar mänskliga hjärnor att generera färre långsamma vågor, vilket kan minska blodflödet i hjärnan, liksom pulsationer i cerebrospinalvätska.
"Det är en så dramatisk effekt", betonar Lewis. "[Cerebrospinalvätska som pulserade i hjärnan under sömnen] var något som vi inte visste hände alls, och nu kan vi bara titta på en hjärnregion och omedelbart få en avläsning av hjärntillståndet som någon befinner sig i."
”Vilka är orsakssambanden?”
Framöver siktar Lewis och kollegor på att svara på några spännande frågor. Först vill de rekrytera en äldre kohort för sin nästa studie för att ta reda på om och hur naturligt åldrande påverkar hjärnvätskans arbete i hjärnan.
Sedan skulle de också vilja fastställa hur hjärnvågor, blodflöde i hjärnan och cerebrospinalvätska lyckas synkronisera för att "spola ut" avfallet.
"Vi ser att neurala förändringar alltid verkar hända först, och sedan följs det av ett flöde av blod ut ur huvudet och sedan en våg av cerebrospinalvätska in i huvudet", säger Lewis. Men hon tillägger att många okända fortfarande finns kvar.
Teamet tror att när nervceller stängs av under sömnen behöver de mindre syre, vilket leder till att blod dränerar från hjärnan. Detta innebär i sin tur att trycket i hjärnan också sjunker, och så behöver cerebrospinalvätskan öka för att bibehålla normalt tryck i frånvaro av blod.
”Men det är bara en möjlighet. Vilka är orsakssambanden? Orsakar en av dessa processer de andra? Eller finns det någon dold kraft som driver dem alla? ”
Laura Lewis
Det här är några av de frågor som fortfarande är obesvarade.
