你的大脑会在睡眠中自我清洁

科学家利用人工智能测量了大脑隐藏的"清废"流体流动——这一过程在深睡眠期间尤为活跃。他们发现，脑内开放空间周围的液体流速，远比深层组织中的快，后者大约慢了 50 倍。

科学家杂志AI绘图 Gemini 3.8 Flash

人工智能揭示了一套引人注目的"双速"清理系统，帮助睡眠中的大脑清除有害废物。

在深睡眠期间，一种水样液体会流经大脑内部及周围，帮助清除代谢废物——这些废物与包括阿尔茨海默病在内的多种疾病相关。这套清理机制被称为类淋巴系统（glymphatic system），最早由神经科学家迈肯·内德加德（Maiken Nedergaard）于 2012 年描述。她是这一领域的先驱，现任罗切斯特大学转化神经医学中心联合主任。

尽管科学家对类淋巴系统已有了相当多的了解，但关于它实际如何运作，仍存在重大疑问。其中最大的不确定性之一是：液体流经大脑不同部位的速度究竟有多快。测量活体大脑中如此缓慢的循环尤其困难，因为研究人员必须在不造成永久性损伤的前提下进行观察。

测量脑内液体流动的挑战

"你可以把显微镜对准大脑的一小块区域，非常细致地观察那里发生的一切，我们过去也处理过这类数据，但它只是整个过程的极小一角，"罗切斯特大学机械工程系教授道格拉斯·凯利（Douglas Kelley）说。"如果你想对全脑成像，核磁共振（MRI）是很好的方法，因为它能提供三维视图。但 MRI 也有严重的局限，最大的问题是它捕捉不到液体流速——至少对这种极慢的流动而言是如此。"

为突破这一局限，凯利与来自罗切斯特大学、布朗大学和哥本哈根大学的研究人员转向了人工智能。他们发表在《科学进展》（Science Advances）上的新研究描述了一种方法：利用物理信息人工智能（physics-informed AI），从核磁共振成像数据中提取液体流速。

研究人员用展示染料随时间在大脑组织中扩散过程的视频，训练了神经网络。基于这些变化，AI 模型可以同时估算液体的流速和周围脑组织的渗透性。

大脑的清理系统有"两种速度"

结果揭示了类淋巴系统帮助清除大脑颗粒物的两条主要通路——其中包括与阿尔茨海默病相关的β淀粉样蛋白。研究人员发现，这两条通路的工作速度截然不同。

在大脑较为开放的区域，包括颅骨与脑表面之间的区域，水样液体的流速为每秒数微米。然而在脑组织更深处，液体流动要慢得多，速率大约低50 倍。

如此巨大的速度差异，让研究人员更清晰地认识到废物可能如何在大脑的不同环境中被运输：液体可以相当快地穿过开放空间，而穿过致密的脑组织时则要缓慢、渐进得多。

从动物大脑到人类健康

目前，研究团队正在小鼠等动物身上建立脑内液体流动的基线测量数据，这些测量正在帮助研究人员改进和优化AI 工具。

他们的最终目标，是比较健康与患病大脑、以及年轻与衰老大脑中的类淋巴循环。一个重大的长期目标，是将这项技术推广到人类身上。

"我们正在努力实现对水样液体在人类大脑内部及周围流动的测量，因为一旦做到，临床应用就会变得重要和令人兴奋得多，"凯利说。"我们希望有一天能够判断一位阿尔茨海默病患者的大脑循环是否不畅，甚至可以在生命更早阶段筛查循环不良，从而努力预防阿尔茨海默病。或者在某人脑震荡后检查其大脑液体循环是否受到干扰。这项研究让我们朝目标更近了一步。"

如果研究人员最终能够可靠地测量人体内的这些缓慢液体运动，这项技术将提供一种新途径，用以研究大脑天然的清废循环是否会随阿尔茨海默病、衰老或脑损伤而改变。（By Luke Auburn, University of Rochester）

论文："MR-AIV reveals in vivo brain-wide fluid flow with physics-informed AI"，作者：Juan Diego Toscano、Yisen Guo、Zhibo Wang、Mohammad Vaezi、Yuki Mori、George Em Karniadakis、Kimberly A. S. Boster、Douglas H. Kelley，2026 年 5 月 27 日发表于《Science Advances》

这项研究的科普意义在于，它让"睡觉是在给大脑洗澡"从形象比喻变成了可测量的科学事实。过去我们知道深睡眠时大脑的类淋巴系统会清理代谢废物，但"洗得多快"一直是个黑箱——液体流速太慢，现有仪器测不到。科学家借助人工智能，首次测出脑内液体流速：开放空间每秒数微米，深入脑组织后骤降到约五十分之一。这个"双速"图景帮助我们理解，为什么垃圾会在脑内某些区域堆积，进而与阿尔茨海默病、衰老和脑损伤联系起来。更值得期待的是，这套方法成熟后有望用于人体，未来或许能早早筛查出大脑"排水不畅"的人，提前干预、延缓认知衰退。它再次提醒我们：好好睡觉不是偷懒，而是大脑在深夜进行的必要保养。