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人睡覺的時(shí)候大腦在做什么?美國科學(xué)家在《科學(xué)》雜志的論文,證明了睡眠的重要性:睡眠的基本功能是清除有毒的代謝物,保護(hù)了腦細(xì)胞不被損害。大腦在整個(gè)睡眠期間一直進(jìn)行自我清理!叭绻悴荒鼙WC睡眠,大腦可能會(huì)受到損傷!http://t.itc.cn/Q9A3J多睡覺吧!
手術(shù)中輕微觸碰大腦或造成功能區(qū)損傷 自閉癥等與大腦相關(guān)的疾病至今仍未解 大腦遠(yuǎn)比你想象的更可怕
4月12日,南方日報(bào)科技能見度欄目在《大腦遠(yuǎn)比你想象的更可塑》中為您解讀了大腦功能的超強(qiáng)可塑性。但就像硬幣有兩面,大腦也有其可怕的一面。
人腦很脆弱。一不留神摔一跤就有可能失去嗅覺;在手術(shù)中,輕微的觸碰就可能導(dǎo)致功能區(qū)損傷;腦卒中搶救更是一場時(shí)間戰(zhàn)役,醫(yī)生們爭分奪秒以防止大腦細(xì)胞走向死亡……
更令人不安的是,很多與大腦相關(guān)的疾病,如自閉癥、抑郁癥、精神分裂癥、亨廷頓舞蹈癥、阿爾茨海默病等,如今仍是未解之謎。
所幸,科學(xué)家們從未停止研究與探索的腳步。
脆弱大腦
也許不小心摔個(gè)跤就會(huì)失去嗅覺。在手術(shù)中,輕微的觸碰就可能導(dǎo)致大腦功能區(qū)損傷;腦卒中最佳治療時(shí)間在3小時(shí)內(nèi),否則腦細(xì)胞就會(huì)開始死亡
一位20多歲的女白領(lǐng),走路時(shí)腳下打滑,不小心摔了一跤,磕到了后腦勺。當(dāng)時(shí)她只覺頭稍有點(diǎn)痛,就沒在意。但后來發(fā)覺,吃飯時(shí)聞不到味道,連香水都“沒味兒了”。到醫(yī)院檢查后發(fā)現(xiàn),原來是嗅神經(jīng)處有一個(gè)直徑僅幾毫米的出血點(diǎn)。
這不是電視劇里的虛構(gòu)橋段,而是廣東省第二人民醫(yī)院神經(jīng)外科醫(yī)生羅唯師前不久遇到的真實(shí)病例。他所在的科室每年接診的較嚴(yán)重腦損傷病人超過500例,其中有不少是腦外傷病人。
“腦外傷很可能引起嚴(yán)重后果,甚至導(dǎo)致不同程度的永久性功能障礙,而這主要取決于損傷是否位于腦組織的功能區(qū)!绷_唯師說,大腦是人的司令部,腦功能相當(dāng)復(fù)雜。但目前研究出它有確切功能的區(qū)域并不多,一些區(qū)域的功能尚未明確,相對而言就是功能啞區(qū)。
因此,神經(jīng)外科是著名的高風(fēng)險(xiǎn)科室,“手術(shù)中,這些區(qū)域的腦組織受損后,對病人并無影響;但有些功能區(qū)受到很小的損傷,或者手術(shù)中不小心弄傷,很可能導(dǎo)致病人失語、偏癱,甚至失去疼痛感,喪失嗅覺、視覺等!绷_唯師打了個(gè)比方:“負(fù)責(zé)管理語言的布羅卡區(qū),就是重要的功能區(qū),一定得非常小心!
而常見腦血管疾病腦卒中(腦中風(fēng))也是對“脆弱大腦”的最佳注解。如今,腦卒中已成為我國第二大死亡因素和第一大致殘因素,是名副其實(shí)的“健康殺手”。
在醫(yī)生們看來,與這一“殺手”的搏斗就是與時(shí)間賽跑!耙坏┏霈F(xiàn)腦卒中,最佳治療時(shí)間是在3小時(shí)內(nèi),否則腦細(xì)胞就會(huì)開始死亡,6小時(shí)后會(huì)完全壞死,造成不可逆的后果。”廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科教授高聰表示,這是因?yàn)槟X卒中通常發(fā)生在向大腦輸送氧氣和其他營養(yǎng)物的血管爆裂之時(shí),或血管被血凝塊或其他物質(zhì)阻塞時(shí),如果神經(jīng)細(xì)胞缺乏足夠的氧氣供給,很快就會(huì)死亡。接著,受這些神經(jīng)細(xì)胞控制的身體機(jī)能也會(huì)隨之失去作用。
由于死亡的大腦細(xì)胞無法替換,因此腦卒中造成的后果通常是永久的。存活的腦卒中患者中,多數(shù)有身體癱瘓、言語障礙、認(rèn)知障礙、日常生活能力喪失等功能障礙。
疾病謎題
相較腦瘤等看得見摸得著的病變,抑郁癥等精神疾病則更為隱蔽和可怕。全球每年約100萬人因抑郁癥而自殺;在廣州,幼兒園每133個(gè)孩子中就有一個(gè)患自閉癥
相較腦瘤等看得見摸得著的病變,抑郁癥等精神疾病則更為隱蔽和可怕。
4月16日晚,中山大學(xué)歷史學(xué)系碩士研究生蔡潔挺在宿舍內(nèi)自縊身亡,次日就是該系研究生提交畢業(yè)論文的最后期限。同學(xué)說,因?yàn)檎撐膲毫,大半個(gè)月來,小蔡一直情緒低落。
名牌大學(xué)研究生自殺,這讓很多人不禁唏噓,站在金字塔尖的精英為何如此輕率地放棄生命?不少專家提出這很可能是精神抑郁所致。
據(jù)聯(lián)合國資料顯示,如今,全球大約3.5億人患有抑郁癥,這種隱匿而可怕的疾病,每年約奪走100萬人的生命,讓他們走上自殺的不歸路。
“90%的自殺源于抑郁癥。它的發(fā)病率很高,特別是年輕人。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國抑郁癥的發(fā)病率達(dá)6.9%,國際上的數(shù)據(jù)為8%至12%。它以持續(xù)的心境低落為主要臨床特征,也就是‘unhappy’,悶悶不樂、興趣缺乏。”南方醫(yī)科大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)教研室的朱心紅教授研究團(tuán)隊(duì)長期致力于抑郁癥的研究。
他表示,迄今為止抑郁癥的病因尚不明確,“過去,科學(xué)家們認(rèn)為是由于大腦神經(jīng)元—間信號(hào)傳遞異常所致,現(xiàn)在我們則將著眼點(diǎn)聚焦在占大腦90%的膠質(zhì)細(xì)胞上。此前,它們一直被認(rèn)為是腦組織的填充材料,作用僅僅是為神經(jīng)元提供支撐而已!
朱心紅介紹說,星形膠質(zhì)細(xì)胞是最為重要的一類膠質(zhì)細(xì)胞;隨著生物進(jìn)化,星形膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元的比值逐漸增加,人腦星形膠質(zhì)細(xì)胞是神經(jīng)元的1.4倍。朱心紅及其團(tuán)隊(duì)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),星形膠質(zhì)細(xì)胞ATP釋放(三磷酸腺苷)功能異常是抑郁發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
這一成果被列為2013年度我國基礎(chǔ)研究十大進(jìn)展之一。目前,相關(guān)研究還在繼續(xù)推進(jìn),研究團(tuán)隊(duì)也表示,這只是萬里長征的第一步。
還有一種與腦有關(guān)的疾病,讓無數(shù)為人父母者心碎,給不少家庭帶來了沉重的精神和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),那就是自閉癥。
自閉癥又稱孤獨(dú)癥,是兒童發(fā)育障礙中最為嚴(yán)重的疾病之一。近年,廣州幼兒園兒童孤獨(dú)癥的患病率高達(dá)1/133。
有人說,自閉兒就像星星一樣,孤獨(dú)地閃爍在自己的世界里——他們外表看上去跟正常孩子沒有差別,但卻對周圍的人與物視而不見、充耳不聞,也不與人交流;他們往往要求周圍環(huán)境一成不變,一旦改變就會(huì)發(fā)脾氣;并常常出現(xiàn)一些刻板的動(dòng)作,如反復(fù)玩弄手指、一直轉(zhuǎn)圈、走路只走直角……
到目前為止,科學(xué)家還沒找到自閉癥的確定病因,也沒有專門治療的特效藥物。不過,他們一直致力于這方面的研究。
如,臺(tái)灣聯(lián)合醫(yī)院的醫(yī)生曾運(yùn)用腦磁儀成功破解“同理心”的大腦密碼,找出大腦內(nèi)同理心運(yùn)作的區(qū)域,且剛好與大腦中的語言區(qū)相近。而恰好,自閉癥就是欠缺“同理心”的能力,無法揣測對方語言后的意圖導(dǎo)致溝通困難。這個(gè)研究或許能為解開自閉癥腦之謎撕開一道小口。
研究突破
打開顱骨后,醫(yī)生將病人從麻醉中喚醒以定位腦功能區(qū);至于懸而未決的謎題,如抑郁癥、自閉癥、帕金森病等的病因和防治,科學(xué)家們也在竭盡全力尋找答案
即使大腦很脆弱,腦部疾病仍迷霧重重,但人類的探索從未止步。
目前對病變可見、病因明確的疾病,如腦瘤等,神經(jīng)外科已大有作為,也不斷有新技術(shù)出現(xiàn)。
術(shù)中喚醒就是其一。它是在切除病變前將患者從麻醉狀態(tài)下喚醒,利用神經(jīng)電生理技術(shù)精確定位腦重要功能區(qū)。實(shí)施術(shù)中喚醒,能夠最大限度切除病變并保留功能區(qū)。
具體如何操作?羅唯師解釋道:“打開病人顱骨,再打開硬腦膜后,用刺激器刺激大腦功能區(qū),然后讓病人數(shù)數(shù)、辨認(rèn)常見物品卡片等,如果病人無法正常數(shù)數(shù)或認(rèn)不出卡片上的圖案,說明受到刺激的區(qū)域就要避開。然后做好標(biāo)記,確保在手術(shù)過程中不被切到。”
此外,臨床的進(jìn)步還表現(xiàn)在影像學(xué)上!叭绾舜殴舱、神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)等,影像的分辨率更高、圖像更清晰,有助于醫(yī)生在術(shù)前充分了解大腦結(jié)構(gòu)和病變!绷_唯師說。
至于懸而未決的謎題,如抑郁癥、自閉癥、帕金森病等的病因和防治,科學(xué)家也在竭盡全力尋找答案。
針對抑郁癥,目前朱心紅團(tuán)隊(duì)正在推進(jìn)相關(guān)研究,“我們從膠質(zhì)細(xì)胞中的星形膠質(zhì)細(xì)胞入手,探索它和抑郁癥的聯(lián)系。選取了多種存在于腦內(nèi)由星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放的化學(xué)物質(zhì),觀察它們在抑郁和健康小鼠腦中含量的差別。研究發(fā)現(xiàn),ATP這種過去從來沒有想到與抑郁癥有關(guān)的物質(zhì),卻在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出明顯的快速抗抑郁作用。”
然而,為什么ATP減少會(huì)抑郁?什么原因?qū)е滦切文z質(zhì)細(xì)胞釋放ATP減少?如何干預(yù)?能否生理調(diào)控ATP釋放?這些都是朱心紅團(tuán)隊(duì)試圖解答的問題。“我們正在尋找抑郁的生物標(biāo)記物,如果在抑郁患者體內(nèi)監(jiān)測到它出現(xiàn)問題了,就可以及早發(fā)現(xiàn)、進(jìn)行心理干預(yù)!
自閉癥的研究也有新突破。據(jù)悉,廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院的專家對35個(gè)自閉癥家系做了基因檢測,其中有5人出現(xiàn)同位點(diǎn)基因異常。這進(jìn)一步證明自閉癥很可能與基因有關(guān),是最終實(shí)現(xiàn)自閉兒產(chǎn)前基因診斷的又一進(jìn)展。
■大腦趣聞
當(dāng)人類在睡覺時(shí)
大腦在自我清潔
古人講究“日出而作,日落而息”,更有俗話說“一夜不宿,十夜不足”。從古至今,睡眠的重要性被一再強(qiáng)調(diào)?茖W(xué)家們普遍認(rèn)為,睡眠有著許多不同的目的,比如鞏固記憶或者調(diào)節(jié)代謝系統(tǒng)。但是,在睡眠的原始目的這一問題上,他們各執(zhí)一詞。
還有一個(gè)問題等待著解答:人睡覺的時(shí)候大腦在做什么?不久前,一個(gè)有趣的說法出現(xiàn)了:人在睡覺時(shí),大腦在做著大掃除清理廢物。
2013年10月18日,美國羅徹斯特大學(xué)的科學(xué)家們在《科學(xué)》(Science)雜志上發(fā)表的一篇論文對上述兩個(gè)問題給出了這樣的回答。他們提出,睡眠的基本功能是清除有毒的代謝物,大腦在整個(gè)睡眠期間一直在進(jìn)行自我清理。這是科學(xué)家首次在分子水平上提供了直接的證據(jù)證明了睡眠的重要性。
睡眠時(shí)腦脊液“通道”拓寬
要談?wù)勥@個(gè)研究,可以從腦脊液(CSF)說起。腦脊液是一種環(huán)繞大腦和脊髓的透明液體,由腦室中的脈絡(luò)叢產(chǎn)生。這種液體沿著動(dòng)脈周隙流入腦內(nèi),與腦細(xì)胞間隙之間的組織間液交換,將組織間液的代謝物帶至靜脈周隙,然后排出腦外。
羅徹斯特大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn),在睡眠過程中,腦部的類淋巴系統(tǒng)(glymphatic system)幫助控制了腦脊液的流動(dòng)。這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)充滿液體的通道網(wǎng)絡(luò),猶如微觀的上下水道系統(tǒng),運(yùn)輸著含有廢物的腦脊液。
該研究團(tuán)隊(duì)以小鼠為實(shí)驗(yàn)對象,訓(xùn)練小鼠放松和睡眠,并通過雙光子顯微鏡來觀察小鼠的腦活動(dòng)。
一開始,研究人員將小分子熒光染料注入到小鼠的腦脊液中,并追蹤染料的流動(dòng)。他們發(fā)現(xiàn),當(dāng)小鼠進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí),染料迅速地流過大腦。與之相反,小鼠在清醒狀態(tài)時(shí),染料幾乎沒有流動(dòng)。這意味著,在睡眠時(shí),腦脊液更容易在腦內(nèi)流動(dòng)。
這一發(fā)現(xiàn)令研究人員十分驚訝,他們隨之想到,這是否意味著在睡眠時(shí)腦細(xì)胞間的空間發(fā)生了改變呢?
為了驗(yàn)證這一想法,研究人員將電極插入到小鼠的大腦中來測量腦細(xì)胞之間的空間。結(jié)果證實(shí),在小鼠處于睡眠或麻醉狀態(tài)時(shí),腦細(xì)胞間隙擴(kuò)大了60%。也就是說,在睡眠時(shí),運(yùn)載腦脊液的通道拓寬,腦脊液的流動(dòng)更快速順暢。
大腦清除“垃圾”抗疾病
那么,在睡眠時(shí)不停流動(dòng)的腦脊液又在忙活些什么呢?
該研究團(tuán)隊(duì)分別向睡眠小鼠和清醒小鼠的大腦中注入β淀粉樣蛋白。通常認(rèn)為,這種蛋白在細(xì)胞內(nèi)的異常聚集會(huì)導(dǎo)致阿爾茨海默病(老年癡呆)。他們發(fā)現(xiàn),當(dāng)小鼠處于睡眠狀態(tài)時(shí),β淀粉樣蛋白更快地消失,因?yàn)槟X脊液快速地將這些“垃圾”清洗掉了!斑@就像一臺(tái)洗碗機(jī)!痹撗芯康某蓡T之一、羅徹斯特大學(xué)神經(jīng)學(xué)專家尼德瓜德(Maiken Nedergaard)博士形象地比喻道。
如此看來,睡眠起著名副其實(shí)的“排毒”作用,阻止了有毒的代謝物積累,保護(hù)了腦細(xì)胞不被損害。
這個(gè)結(jié)論令人振奮,它為睡眠的重要性提供了有效證據(jù)!斑@可能會(huì)引起那些在夜間工作的輪班工作者的討論!蹦岬鹿系拢∕aiken Nedergaard)博士曾預(yù)測道:“如果你不能保證睡眠,大腦可能會(huì)受到損傷。”
然而,還有許多謎團(tuán)等待揭曉。譬如,在睡眠期間,充滿液體的通道是如何改變形狀的?又如,代謝物的形成是否會(huì)令我們產(chǎn)生睡意?再比如,除了自我清潔外,睡眠還有其他什么功能?
探求大腦奧秘的道路遠(yuǎn)沒有終點(diǎn)。但至少,我們從這個(gè)研究中得到了這么一個(gè)提示:人們可以通過提高睡眠質(zhì)量來提高對β淀粉樣蛋白的清理,預(yù)防老年癡呆。
●南方日報(bào)記者 曹斯 實(shí)習(xí)生 李嬌 白晨暉 通訊員 黃瑤
策劃統(tǒng)籌:徐林 江華 黃慧瑩
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