良質な睡眠は脳から毒素を排出する

ローラ・ルイスと彼女の研究チームは、ボストン大学の研究室で夜遅くまで研究を続けている。ルイスは午前3時頃まで実験を続け、翌日は朝寝坊してしまった。時差ボケのようだったと彼女は言う。ルイスは良質な睡眠のメリットを理解していないわけではない。彼女は理解している。しかし、眠っている人間の脳内で何が起こっているかを解明しようとすると、どうしても犠牲を強いられる。「睡眠研究の大きな皮肉ですね」と彼女は言う。「人がいつ眠るかによって研究は制限されてしまうのです」

本日サイエンス誌に発表された彼女の研究結果は、私たちの体が睡眠中に脳から毒素を除去する仕組みを示しており、アルツハイマー病のような神経変性疾患の治療と予防の新たな道を開く可能性がある。

睡眠中、私たちの脳はいくつかの段階を経ます。浅い眠りから、意識を失ったような深い眠り、そして夢を見やすいレム睡眠（急速眼球運動睡眠）へと続きます。ルイス氏の研究は、ノンレム睡眠に注目しています。ノンレム睡眠は、一般的に夜の早い時間帯に起こり、記憶の保持との関連が既に指摘されている深い睡眠段階です。2013年に行われたマウスを対象とした重要な研究では、アルツハイマー病の原因となるβアミロイドなどの毒素が、睡眠中に体外に排出されることが示されました。

ルイスは、これらの毒素がどのように排出されるのか、そしてなぜそのプロセスが睡眠中にのみ起こるのかを知りたがっていました。彼女は、脳の周りを流れる透明な水のような液体である脳脊髄液が関与しているのではないかと考えました。しかし、睡眠に何が特異なのかは分かりませんでした。そこで、彼女の研究室は、複数の異なる変数を同時に測定する研究を計画しました。

被験者はMRI装置の中で横になり、眠りに落ちなければなりませんでした。現実的な睡眠サイクルを得るために、研究者たちは真夜中にテストを実施し、さらに、テスト開始時に眠りに落ちやすいように、被験者には前夜遅くまで起きていることを依頼しました。

ルイス氏は被験者に脳波計のキャップを装着し、脳を流れる電流を観察しました。電流から、被験者が睡眠のどの段階にあるかが分かりました。一方、MRIでは脳内の血中酸素濃度を測定し、脳脊髄液の流入・流出量も示しました。「これらの指標はそれぞれ重要だと認識していましたが、睡眠中にどのように変化し、互いにどのように関連しているかは、私たちにとって未知の領域でした」とルイス氏は言います。

彼女が発見したのは、ノンレム睡眠中、脳脊髄液の大きくゆっくりとした波が脳を洗い流していたことです。脳波の計測はその理由を解明するのに役立ちました。ノンレム睡眠中は、ニューロンが同期し始め、同時にオンとオフを繰り返すのです。「まず、すべてのニューロンが静止する電気波が見られます」とルイス氏は言います。ニューロンが一瞬発火を停止したため、それほど多くの酸素を必要としなくなりました。つまり、脳への血流が減少するということです。しかし、ルイス氏のチームは、その後、脳脊髄液が急速に脳内に流入し、空いた空間を埋めていくことも観察しました。

「素晴らしい論文です」と、ロチェスター大学の神経科学者、マイケン・ネーダーガード氏は語る。彼は2013年の研究を率い、睡眠がマウスの毒素を排出する仕組みを初めて明らかにした。「脳の電気活動が体液を動かしているということを、誰も想像だにしなかったでしょう。ですから、本当に興奮しています」

この論文の大きな貢献の一つは、ネダーガード氏がマウスで研究してきたシステムが人間にも存在し、非常に重要であることを示したことです。「睡眠は単にリラックスするためだけのものではないことを示しています」とネダーガード氏は言います。「睡眠は実際には非常に明確な機能なのです。」私たちが起きているとき、ニューロンはすべてのニューロンが同時に活動を停止するわけではありません。そのため、脳血中の濃度は、脳脊髄液の十分な波が脳内を循環し、ベータアミロイドなどの蓄積した代謝副産物をすべて除去するのに十分なほど低下しません。

この研究はアルツハイマー病の治療にも臨床応用できる可能性があります。近年の薬剤開発の試みはベータアミロイドを標的としてきました。しかし、当初は有望に見えた薬剤も、臨床試験に入ると全て失敗に終わりました。「これは新たな道を開くものです」とネーダーガード氏は言います。特定の分子に作用するのではなく、脳を洗い流す脳脊髄液の量を増やすことに焦点を当てた新たな介入が実現するかもしれません。

これはベータアミロイドの除去に役立つだけでなく、アルツハイマー病患者の脳内で絡み合い、ニューロン間の接続を損傷するタンパク質であるタウなどの他の分子にも効果がある可能性があります。こうしたゴミ全体を除去する方法を見つけることは、問題の一部に焦点を絞るよりもはるかに効果的かもしれません。「老化は一つの分子だけの問題ではありません」とネーダーガード氏は言います。「すべてが機能不全に陥るのです。」

これらの発見は、新たな疑問を提起する。ルイス氏は睡眠の他の段階で何が起こるかは研究しておらず、健康な若年成人のみを対象としている。しかし、彼女が用いた方法は完全に非侵襲的だった。あるいは、MRI装置の中で多数の装置を装着したまま眠らせるという、可能な限り非侵襲的な方法だった。造影剤さえ注入していない。これにより、神経変性疾患を発症している可能性のある高齢者の研究を容易に開始できるだろう。

それはおそらく、ルイスにとって研究室での夜更かしがさらに増えることを意味するだろう。

この記事はWIRED USに掲載されたものです

この記事はWIRED UKで最初に公開されました。