NEWS

【最新研究】少眠,小心大腦開始「吃」自己、開始失智

02
June
2017

 

熬夜殺死了多少腦細胞?

 

你是否聽過,或認為,甚至自己也說過:「熬夜,感覺會殺死了腦細胞」?

 

確實經過一整晚挑燈夜戰後,會明顯感覺到大腦的反應遲緩,但是否真的有腦細胞死亡,這種說法是心理作用,還是的確有科學依據在背後支持?

 

近日有科學家證實了這項說法。

 

最新一期神經學領域頂尖的學術期刊--《神經科學期刊》(Journal of Neuroscience)刊登了一篇由義大利馬爾凱理工大學(Marche Polytechnic University)團隊研究成果,首次發現:在老鼠實驗中發現,睡眠不足的老鼠腦內負責「打掃」的星形膠質細胞會(astrocyte)較平時更活躍,有助大腦「大掃除」、清理廢物,不過同時腦內另一種細胞也會轉趨活躍,亦可能會導致腦部相關的退化症(如:Alzheimer’s disease)

 

 

缺乏睡眠,影響老鼠腦部星形膠質細胞活性

 

這項研究主要負責人是義大利馬爾凱理工大學神經學者-Michele Bellesi教授,他長期關注於睡眠對大腦造成的影響,並執行一系列的研究。而在這項實驗中,他與研究團隊想要了解缺乏睡眠會對小鼠的大腦結構帶來如何的變化。

 

因此,研究團隊設計了一項簡潔的實驗,將實驗老鼠團分為四組:

  • *第一組 — 老鼠會睡至少 6-7 小時(模擬正常情況,可以睡到自然醒)
  • *第二組 — 老鼠會被短暫弄醒,但仍會睡 6-7 小時 (模擬短期間缺乏睡眠或睡眠品質低的情況)
  • *第三組 — 老鼠比正常活動多八小時,老鼠一旦打瞌睡,研究人員會敲打鼠籠
  • *第四組 — 老鼠連續五天不睡,以模仿長期/慢性失眠狀況

 

研究團隊特別留意,並觀察這群老鼠腦中的神經膠質細胞(Neuroglia or Glial cell)。

 

這是因為神經膠質細胞有許多不同的功能,有的在大腦中能替神經元提供物理性支持,有的則能為神經元提供營養及氧氣,也有的膠質細胞可以消滅病原體,並移除死亡的神經元,進而保持大腦的健康。在此之前已有研究發現,調控神經膠質細胞的基因會在連續失眠後,活動會較為活躍。

 

如果缺乏睡眠對大腦會造成影響,那麼膠質細胞的活性很有可能會發生改變。因此,研究人員預計能在這群細胞上看到缺覺造成的異常。
 

不出所料,研究團隊發現:缺乏睡眠時,會影響老鼠內中的星形膠質細胞(Astrocyte)的活性。

 

睡不好大腦會吃自己-腦部膠質細胞

圖:星形膠質細胞結構圖(圖片來源:GerryShaw / Wikipedia)

 

順帶一提,所謂的「星形膠質細胞」,是所有神經膠質細胞中體積最大的一種,數量大約是神經元的十倍。其功能除了會協助引導神經元移動外,也會修正不需要的神經突觸。星形膠質細胞可分以下兩種: 

 

纖維性 Astrocytes(Fibrous Astrocytes) 原漿性 Astrocytes (Protoplasmic Astrocytes)
多分佈在中樞神經系統的白質 多分佈在中樞神經系統的灰質
突起長,分支少 突起較粗,分支多
細胞質內含大量膠質原纖維(Glial filament) ,這是由膠質原纖維酸性蛋白 (Glial fibrillary acidic protein , GFAP) 所組成的 細胞質內膠質原纖維(Glial filament) 較少

 

回到Bellesi教授的研究成果顯示:

 

在第一組睡眠充足的老鼠中發現,只有 5.7% 的神經突觸有星形膠質細胞活躍活動。第二組則上升至7.5%。

 

在另外兩組中發現,睡眠不足,以及長期連續失眠的老鼠則身上,則分別上升至 8.4% 與 13.5% 的星形膠質細胞活躍活動。

 

換句煥說,此項研究結果證實:睡眠不足會引發老鼠星形膠質細胞分解腦部連結及腦部廢物。同時也是首次研究發現,腦神經突觸確實地被神經膠質細胞「吃掉」

 

 

為什麼缺乏睡眠,會讓星形膠質細胞變得更加活躍?

 

研究人員發現,在星形膠質細胞的諸多功能中,有一個功能是會對大腦中的突觸進行「修補」,並消滅那些受損的細胞。這或許能夠解釋為什麼在此項實驗中,缺乏睡眠的老鼠,其星形膠質細胞的活性增加。

 

也就是說,在缺乏睡眠或睡眠品質低的情況下,大腦中的一些細胞及部分突觸會出現損傷。為了讓大腦時刻處於健康的狀態,星形膠質細胞會發生吞噬作用,成為大腦的清道夫。

 

後續的研究證實了這一觀點。藉由觀察不同實驗組的老鼠,研究人員發現,長期缺乏睡眠的老鼠,其大腦中的星形膠質細胞所促使的吞噬作用變得更為明顯,讓大腦的突觸被吞噬後而被吃掉。

 

 

實驗相比結果-缺乏睡眠,大腦會吃自己

圖:實驗結果對照圖,結果發現短期缺法睡眠組(SD組),以及長期缺乏睡眠組(CSR組)的星形膠質細胞介導的吞噬作用最為明顯(註:S&W組皆為自然醒的老鼠,其中S組為白天取樣,W組為晚上取樣)(圖片來源:《Journal of Neuroscience》)

 

 

長期睡眠不足,可能會升高失智風險

 

這個現象短期來說或許是件好事,因為隨著清醒時間的不斷增加,大腦內突觸所承受的負荷也會不斷增加,若能定期清理那些不堪重負的突觸,也許能提高大腦的工作效率。
 

但長遠來說,這絕非明智之舉。

 

因為,研究團隊進一步發現,在兩組失眠老鼠中,其大腦中的微膠細胞(Microglia)也會被激活。微膠細胞是膠質細胞中最小的一種,它也會在腦中尋找損壞細胞,並在中樞神經系統損傷時,轉變為巨噬細胞,進而吞噬細胞碎屑及退變的髓鞘。

 

早期亦有研究指出微膠細胞的過度活化,可能與一系列腦神經問題有關,包括:阿茲海默症(Alzheimer’s disease)或其他神經退行性疾病。同時,也可解釋為什麼缺乏睡眠的人比較呆滯。如果任由這些微膠細胞吞噬突觸,那麼長期缺乏睡眠或睡眠品質低下,無疑是一條通往「失智症」的單程票。

 

義大利馬爾凱理工大學的這項嶄新研究,獲得許多神經科學家的高度肯定與回饋,其中法國波爾多大學(University of Bordeaux)的Agnes Nadjar教授認為:「這可以幫助我們進一步解釋,為什麼缺乏睡覺會更容易得到失智症」。

 

但該如何保護我們的腦部不受熬夜的影響?或者睡眠品質的提升是否可以對大腦起到保護作用?失眠或熬夜的影響會持續多久?這部分的議題,還需要等待研究團隊或其他科學家的更深入的實驗與研究。

 

唯一可以確認的是,如果希望你的大腦思緒清楚且靈敏,你最好不該再熬夜了!

 

 

參考閱讀

*Bellesi, M., de Vivo, L. & et al. (2017). Sleep Loss Promotes Astrocytic Phagocytosis and Microglial Activation in Mouse Cerebral Cortex. Journal of Neuroscience 24 May 2017, 37 (21) 5263-5273; DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3981-16.2017.

*New Scientist, The brain starts to eat itself after chronic sleep deprivation, 23 May 2017.

 

聯絡我們