當你享受一夜好眠時，大腦不僅僅在休息。睡眠還會激活一套於2012年才被發現的系統，專門負責清除大腦中的廢物。這套系統名為類淋巴系統
，其功能類似於人體內廣為人知的淋巴系統——負責在全身運輸和過濾體液。健康的類淋巴系統與良好的認知功能密切相關，還可能有助於預防阿爾茨海默症等神經退行性疾病。然而，在人類睡眠期間監測這一系統幾乎無法實現，因為目前的方法需要噪音大、空間侷促的核磁共振儀，以及侵入性的脊髓注射。
喬治亞理工學院與首爾國立大學的研究人員聯合開發了一款新型可穿戴設備，有望提供一種更安全、更適合睡眠場景的替代方案。該設備通過發射近紅外光來檢測腦內水分，即持續充滿大腦的混合體液。這種混合液中含有腦脊液，而類淋巴系統正是藉助腦脊液沖刷掉阻礙腦內信號傳導的斑塊等廢物顆粒。研究人員表示，通過測量大腦總含水量，有望研究類淋巴系統如何驅動腦脊液循環，從而實現對大腦的清潔功能。
這款貼片的設計方案於本月發表在《科學進展》期刊上，主打易用性。它的尺寸與創可貼相當，厚度不足一厘米，柔軟的矽膠材質可貼合用戶額頭，睡眠期間無需有線連接，還支持充電後多夜重複使用，能夠採集比傳統睡眠研究和核磁共振更長周期的數據。
"核磁共振設備價格高昂，獲取門檻高，更重要的是，人根本無法在核磁共振掃描時入睡。"喬治亞理工學院兒科研究Peterson講席教授W. Hong Yeo表示，"而使用我們的設備，用戶可以在家中自然睡眠，同時完成數據採集。"
類淋巴系統本質上是腦內靜脈、動脈與細胞之間的微小間隙網路。當腦細胞放鬆時，腦脊液會湧入這些間隙。包裹血管的血管周圍間隙將腦脊液輸送至細胞間的空間。首爾國立大學盆唐醫院神經內科教授尹昌浩表示，在睡眠狀態下的小鼠中，這些細胞間隙可擴大約60%，但在人類身上對這一變化的觀測仍屬間接推斷。
"人類大腦的細胞排列極為密集，"尹昌浩說，"在睡眠期間，覺醒信號——去甲腎上腺素——減弱，細胞隨之收縮，腦脊液便有了流動的空間。"
這款新設備利用了一個簡單的光學原理來檢測腦脊液的變化。如果你曾在暗室中將手電筒貼著手掌照射，就能看到光線穿透手掌並透出紅光——這是因為綠光、藍光等短波長光線會被組織吸收，而紅光能夠穿透並向外散射。
該貼片能發射三種不同波長的近紅外光：其中兩種被血紅蛋白吸收（血紅蛋白負責向大腦輸送氧氣），另一種則被水分吸收。散射回來的光線由設備的光電探測器接收，每種波長的吸收模式揭示出光線路徑中血液和大腦總含水量的多少。尹昌浩表示，如果大腦總含水量上升而血紅蛋白水平保持不變，則新增水分並非來自血液，這可能意味著腦脊液正在增加，類淋巴系統正處於工作狀態。這種間接測量方式是必要的，因為腦脊液與大腦中其他液體的光學反射特性差異極小，難以直接區分。
"儘管這是間接證據，但與已知理論以及在動物和人類身上驗證的已知事實相吻合，"尹昌浩說。他在此前的研究中發現，類淋巴系統的活性在快速眼動睡眠階段會有所下降。與新貼片相關的研究對四名受試者的睡眠進行了監測，結果顯示大腦含水量在快速眼動周期內呈現出相同的變化趨勢。不過，他強調仍需進一步研究，以確認大腦總含水量的變化是否真能反映類淋巴系統的活動。
羅切斯特大學轉化神經醫學助理教授Lauren Hablitz也認為，目前還難以斷定這款貼片是否真的在監測類淋巴系統，甚至表示這或許根本無法得到確切答案。"大腦浸泡在液體中，漂浮在液體裡，"她說，"要判斷變化究竟發生在哪一部分液體——是那片液體池、血管周圍間隙，還是腦室——實屬不易。"
儘管未參與該項目，Hablitz對這項新技術的應用前景仍持樂觀態度，即便其最終測量的並非類淋巴系統。她指出，睡眠研究目前"高度依賴"腦電圖，即通過放置在頭皮上的電極測量大腦電活動。然而，大多數有睡眠問題的人，其腦電圖讀數卻是正常的。
"或許像這款貼片這樣的設備，能夠從神經元活動之外的另一個生物維度入手，開始揭示睡眠紊亂時體內真正發生了什麼，"她說。
Q&A
Q1：類淋巴系統是什麼？和睡眠有什麼關係？
A：類淋巴系統是2012年才被發現的大腦清潔系統，由腦內血管和細胞之間的微小間隙網路構成。睡眠期間，腦細胞收縮，腦脊液湧入這些間隙，沖刷掉阻礙神經信號傳導的廢物斑塊。健康的類淋巴系統與認知功能密切相關，可能有助於預防阿爾茨海默症等神經退行性疾病。
Q2：新型睡眠貼片是怎麼檢測大腦活動的？
A：該貼片通過發射三種不同波長的近紅外光來工作。其中兩種波長被血紅蛋白吸收，一種被水分吸收，光電探測器接收散射回來的光線，從而分析光線路徑中的血液量和大腦總含水量。如果含水量升高而血紅蛋白不變，則可能說明腦脊液增加，類淋巴系統正在運作。
Q3：這款睡眠貼片和傳統睡眠監測方法相比有哪些優勢？
A：與傳統核磁共振相比，該貼片尺寸僅相當於創可貼，厚度不足一厘米，採用柔軟矽膠材質貼合額頭，睡眠期間無需有線連接，支持充電後多夜重複使用，可在家中自然睡眠狀態下採集數據。核磁共振則價格昂貴、空間侷促，且根本無法在用戶睡眠時進行掃描。
