可穿戴睡眠贴片或能追踪大脑夜间"排毒"过程

当你享受一夜好眠时，大脑不仅仅在休息。睡眠还会激活一套于2012年才被发现的系统，专门负责清除大脑中的废物。这套系统名为类淋巴系统，其功能类似于人体内广为人知的淋巴系统——负责在全身运输和过滤体液。健康的类淋巴系统与良好的认知功能密切相关，还可能有助于预防阿尔茨海默症等神经退行性疾病。然而，在人类睡眠期间监测这一系统几乎无法实现，因为目前的方法需要噪音大、空间局促的核磁共振仪，以及侵入性的脊髓注射。

乔治亚理工学院与首尔国立大学的研究人员联合开发了一款新型可穿戴设备，有望提供一种更安全、更适合睡眠场景的替代方案。该设备通过发射近红外光来检测脑内水分，即持续充满大脑的混合体液。这种混合液中含有脑脊液，而类淋巴系统正是借助脑脊液冲刷掉阻碍脑内信号传导的斑块等废物颗粒。研究人员表示，通过测量大脑总含水量，有望研究类淋巴系统如何驱动脑脊液循环，从而实现对大脑的清洁功能。

这款贴片的设计方案于本月发表在《科学进展》期刊上，主打易用性。它的尺寸与创可贴相当，厚度不足一厘米，柔软的硅胶材质可贴合用户额头，睡眠期间无需有线连接，还支持充电后多夜重复使用，能够采集比传统睡眠研究和核磁共振更长周期的数据。

"核磁共振设备价格高昂，获取门槛高，更重要的是，人根本无法在核磁共振扫描时入睡。"乔治亚理工学院儿科研究Peterson讲席教授W. Hong Yeo表示，"而使用我们的设备，用户可以在家中自然睡眠，同时完成数据采集。"

类淋巴系统本质上是脑内静脉、动脉与细胞之间的微小间隙网络。当脑细胞放松时，脑脊液会涌入这些间隙。包裹血管的血管周围间隙将脑脊液输送至细胞间的空间。首尔国立大学盆唐医院神经内科教授尹昌浩表示，在睡眠状态下的小鼠中，这些细胞间隙可扩大约60%，但在人类身上对这一变化的观测仍属间接推断。

"人类大脑的细胞排列极为密集，"尹昌浩说，"在睡眠期间，觉醒信号——去甲肾上腺素——减弱，细胞随之收缩，脑脊液便有了流动的空间。"

这款新设备利用了一个简单的光学原理来检测脑脊液的变化。如果你曾在暗室中将手电筒贴着手掌照射，就能看到光线穿透手掌并透出红光——这是因为绿光、蓝光等短波长光线会被组织吸收，而红光能够穿透并向外散射。

该贴片能发射三种不同波长的近红外光：其中两种被血红蛋白吸收（血红蛋白负责向大脑输送氧气），另一种则被水分吸收。散射回来的光线由设备的光电探测器接收，每种波长的吸收模式揭示出光线路径中血液和大脑总含水量的多少。尹昌浩表示，如果大脑总含水量上升而血红蛋白水平保持不变，则新增水分并非来自血液，这可能意味着脑脊液正在增加，类淋巴系统正处于工作状态。这种间接测量方式是必要的，因为脑脊液与大脑中其他液体的光学反射特性差异极小，难以直接区分。

"尽管这是间接证据，但与已知理论以及在动物和人类身上验证的已知事实相吻合，"尹昌浩说。他在此前的研究中发现，类淋巴系统的活性在快速眼动睡眠阶段会有所下降。与新贴片相关的研究对四名受试者的睡眠进行了监测，结果显示大脑含水量在快速眼动周期内呈现出相同的变化趋势。不过，他强调仍需进一步研究，以确认大脑总含水量的变化是否真能反映类淋巴系统的活动。

罗切斯特大学转化神经医学助理教授Lauren Hablitz也认为，目前还难以断定这款贴片是否真的在监测类淋巴系统，甚至表示这或许根本无法得到确切答案。"大脑浸泡在液体中，漂浮在液体里，"她说，"要判断变化究竟发生在哪一部分液体——是那片液体池、血管周围间隙，还是脑室——实属不易。"

尽管未参与该项目，Hablitz对这项新技术的应用前景仍持乐观态度，即便其最终测量的并非类淋巴系统。她指出，睡眠研究目前"高度依赖"脑电图，即通过放置在头皮上的电极测量大脑电活动。然而，大多数有睡眠问题的人，其脑电图读数却是正常的。

"或许像这款贴片这样的设备，能够从神经元活动之外的另一个生物维度入手，开始揭示睡眠紊乱时体内真正发生了什么，"她说。

Q&A

Q1：类淋巴系统是什么？和睡眠有什么关系？

A：类淋巴系统是2012年才被发现的大脑清洁系统，由脑内血管和细胞之间的微小间隙网络构成。睡眠期间，脑细胞收缩，脑脊液涌入这些间隙，冲刷掉阻碍神经信号传导的废物斑块。健康的类淋巴系统与认知功能密切相关，可能有助于预防阿尔茨海默症等神经退行性疾病。

Q2：新型睡眠贴片是怎么检测大脑活动的？

A：该贴片通过发射三种不同波长的近红外光来工作。其中两种波长被血红蛋白吸收，一种被水分吸收，光电探测器接收散射回来的光线，从而分析光线路径中的血液量和大脑总含水量。如果含水量升高而血红蛋白不变，则可能说明脑脊液增加，类淋巴系统正在运作。

Q3：这款睡眠贴片和传统睡眠监测方法相比有哪些优势？

A：与传统核磁共振相比，该贴片尺寸仅相当于创可贴，厚度不足一厘米，采用柔软硅胶材质贴合额头，睡眠期间无需有线连接，支持充电后多夜重复使用，可在家中自然睡眠状态下采集数据。核磁共振则价格昂贵、空间局促，且根本无法在用户睡眠时进行扫描。