睡觉时播放“粉红噪声”，能增强大脑清除废物的效率

白天，乳酸和废弃蛋白质等代谢废物会在大脑中积累。夜间我们入睡时，脑脊液波会协助冲刷走这些废物，从而维持大脑健康。

在一项新研究中，麻省理工学院的研究人员表明，通过在睡眠期间接触短暂、轻柔且带有静电声的“粉红噪声”（pink noise），可以增强这些脑脊液波动。这些噪音脉冲会增大大脑中慢电波的振幅，进而使脑脊液波动的幅度增加。

研究人员现在希望探究这种增强的脑脊液流动是否有助于提升认知功能、改善记忆力，甚至减缓由β-淀粉样蛋白等有害蛋白质积聚引起的神经退行性疾病的进展。

“我们发现，在睡眠期间能够增大脑脊液流动波的规模，而据我们所知，此前还没有方法能做到这一点。既然我们能在健康成年人睡眠时增强脑脊液的流动，我们非常期待将这项技术应用于临床人群，观察会产生怎样的效果。”麻省理工学院电气工程与计算机科学系Athinoula A. Martinos副教授、医学工程与科学研究所及电子研究实验室成员、皮考尔学习与记忆研究所准会员Laura Lewis表示。

Lewis是这项研究的资深作者，该研究发表在《科学转化医学》（Science Translational Medicine）上。Joshua Levitt是论文的第一作者，他最近在波士顿大学获得博士学位，并曾是Lewis实验室的访问研究生。

清理大脑

脑脊液是一种清澈的液体，包裹并缓冲大脑和脊髓。除了保护大脑免受损伤外，它还有助于提供葡萄糖等营养物质，并清除脑细胞在消耗能量时分泌的代谢废物。

2019年，Lewis报告了一种利用功能性磁共振成像（fMRI）测量睡眠时脑脊液（CSF）进出大脑波动的方法。该研究表明，这些波动与被称为慢波的脑电波紧密耦合，而慢波与深度睡眠相关。

在新研究中，她希望进一步探索脑电波与脑脊液流动之间的关系，并研究操控脑电波是否能增强脑脊液流动。先前的研究已经表明，在慢波峰值时施加听觉刺激可以加深这些慢波。

“如果在恰当的时刻施加听觉刺激，就能产生更多这样的电慢波。就像推秋千上的孩子，如果你在他们运动到合适时机时推一把，秋千就能荡得更高，”Lewis说。“难点在于：如何找到那个恰好的时机？”

本研究使用的听觉刺激是持续50毫秒的粉红噪声脉冲。与白噪音类似，粉红噪声包含人耳可听到的所有频率声音，但低频部分音量更大，高频部分更为柔和。这种特征使其形成类似绵绵细雨或远处瀑布般均衡、柔和的声响。

为了在脑部慢波峰值时施加这些脉冲，研究人员必须在参与者睡眠期间测量其脑电图活动。这颇具挑战性，因为还需通过功能性磁共振成像信号监测脑脊液流动，而功能性磁共振成像所用的磁场会干扰脑电图信号。

为了克服这一问题，研究人员开发了一种方法，能在不到100毫秒的时间内快速处理脑电图信号，消除功能性磁共振成像带来的噪声。为弥补脑电图测量中的微小延迟，他们还设计了一种算法，能够预测慢波峰值出现的时间，从而在正确时机施加粉红噪声刺激。

更多恢复性睡眠

研究人员在对14名健康志愿者的测试中发现，他们施加的听觉刺激——音量不足以吵醒睡眠中的人——在睡眠期间同时增加了慢电波和脑脊液波的振幅。

他们的功能性磁共振成像研究还揭示，慢波会刺激血管收缩和舒张，使其像泵一样将脑脊液排出大脑。慢波仅出现在非快速眼动睡眠期间，并在更深度的睡眠阶段变得更加显著。

研究人员现在希望研究增强脑脊液流动是否有助于人们获得更具恢复性的睡眠，特别是失眠患者。他们还计划探讨增加脑脊液流量以及清除大脑中的废物是否有助于阿尔茨海默病和其他以有害蛋白质积聚为特征的疾病患者。

“脑部废物清除对阿尔茨海默病及其他形式的痴呆症至关重要，这些疾病部分是由大脑中淀粉样蛋白和tau蛋白等分子的积累引起的。如果我们能改善脑部废物清除，或许有助于预防这些导致疾病的斑块堆积。”Levitt说道。

Levitt创办了一家公司，希望开发一种如头带般的设备，让用户在家中使用，通过适时提供听觉刺激来增加脑脊液流动。

该项研究得到了以下机构的资助：麦克奈特学者奖、斯隆奖学金、皮尤生物医学学者奖、西蒙斯基金会衰老大脑可塑性合作项目、麻省理工学院电气工程与计算机科学系变革性研究基金、美国国立卫生研究院、刚玉融合研究所，以及松下健康人工智能与健康奖学金。