⼀次⼤汗淋漓的锻炼后，⼤部分⼈恐怕等不及来⼀次痛快的淋浴，冲洗掉⽪肤上的汗液和黏腻感。事实上，我们的身体内部也在不断地⾃我清洁：淋巴系统、排尿和排泄过程等，都在帮助清理身体内部的废物。那么在我们触及不到、⻓时间极其活跃的⼤脑中，清理过程⼜是如何进⾏呢？有很多研究发现，睡眠时的⼤脑主要功能之⼀就是清理脑内的垃圾，包括有毒的蛋⽩质、⼆氧化碳和细胞代谢的废物、毒素等。
如果⼀段时间内睡眠不⾜，我们会有很直观的感受，例如会感觉头很沉重，似乎不清醒，精神和记忆⼒也会显著下降。⽽连续⼏天不睡觉，更是像受到残忍的酷刑⼀样难受。
在极其忙碌和疲惫的⼀天后，美好和充⾜的睡眠⽆疑是每个⼈都想要的最好解药。睡眠的好处怎么说，或许都不为过。睡眠不仅帮助我们清除繁杂，保留关键的记忆，也会通过⾃我清洁，让我们再次醒来时精⽓满满，毫⽆负担地迎接新的⼀天，不⽤担⼼英年早呆。这也促成了巴⻄著名的神经科学家⽶格尔·尼科莱利斯在其《脑机⾰命》⼀书中所描述的，“⼈脑是迄今宇宙中最为复杂的有机体。”
近期，圣路易斯华盛顿⼤学医学院的研究⼈员在《⾃然》（Nature）上发表了⼀项研究，他们表示，当⼈在清醒状态时，⼤脑中数以百亿级计的神经元放电并不同步，这是为了有效处理各项认知任务中庞⼤复杂的信息。
但在睡眠和麻醉状态下，这些神经元的⾏为会变得相似和同步，形成能检测到的神经活动尖峰——脑波，例如在⾮快速眼动睡眠出现的三⻆波（0.5-4Hz）、θ波（6-10Hz）和纺锤波（12-15Hz），以及做梦阶段出现的波纹波（140-200Hz）。当这些神经元的⾏为变得相似时，它们⽆法处理多样的信息，神经系统也就进⼊了⽆意识状态。
这项新研究的核⼼发现是，这些脑波的出现可以促使脑间质液（ISF）产⽣⼤振幅、有节奏的离⼦振荡。这些⾼能的离⼦震荡可以促进新鲜的脑脊液进⼊脑间质中，从⽽有助于清除其中的废物。研究⼈员将这个过程⽐喻为⼀起放电的神经元在⼀起“淋浴”，清除神经元活动产⽣的各种废物——这是⼤脑清除废物过程中的关键⼀步。
这⼀领域的研究最早可以追溯到12年前，当时，丹⻨的神经科学家Maiken Nedergaard领导的团队发现，⼤脑中也有⼀套类似于⼈体的“淋巴系统”，名为“胶状淋巴系统”，主要负责清除脑组织中的代谢废物。在这个淋巴系统中流动的是脑脊液。脑脊液由特定的脑室系统产⽣，会顺着⼤脑内动脉⾎管周围的通道流淌，并在星形胶质细胞以及其上的⽔通道蛋⽩4（AQP4）的帮助下，渗透进⼊脑组织中，并和其中的间质液混合。
另⼀边，携带废物的、“脏”的间质液会借助星形胶质细胞和AQP4，进⼊静脉周围的间隙，并继续流动，带着代谢废物最终达到颈侧淋巴。在那⾥，⼤脑中的废物最终会被处理掉。在⼈脑中，神经元、胶质细胞以及它们之间的间质空间相加约占脑容量的95%。由此可⻅，留给脑脊液和间质液流动的空间很⼩，流动的过程也会充满阻⼒。
圣路易斯华盛顿⼤学医学院的研究⼈员通过⼩⿏实验发现，当⼈进⼊⽆意识的睡眠和麻醉状态时，⼤脑中的神经元会⼀起产⽣⼀些最有节奏的振荡，⽆论是三⻆波和θ波，都能促使脑间质液中产⽣⼤振幅、有节奏和⾃我延续的离⼦波，促进更多的脑脊液进出⼩⿏的海⻢体中，增强清理作⽤。
在清醒时，这种可检测到的脑波较少出现。⼤脑中的各个脑区基本上都是⼀些⼩⽽不规则的脑电活动，也称为背景脑电波。
这其中会出现多种频率范围内的波形，包括δ波（0.5-4Hz）、θ波（4-8Hz）、α波（8-13Hz）、β波（13-30Hz）和γ波（30-100Hz）等。不过，美国麻省理⼯学院⽪考尔学习与记忆研究所的科学家Li-Huei Tsai和同事发现，增加⼤脑中更常在⽩天出现的、40Hz的γ波的强度，也会促进⼤脑中废弃物的清理过程。γ波对于注意⼒、感知和记忆过程⼗分重要。
当我们集中注意⼒时，特定脑区的γ波会增加，这与认知功能的提升密切相关。
此前，他们曾发现在神经退⾏性疾病出现之前，在⼩⿏体内40Hz的γ波有减少的迹象。于是，他们开始尝试以40Hz频率闪烁的LED灯刺激⼩⿏的视觉⽪层，并发现这⼀过程可以减少这⼀脑区的β-淀粉样斑块堆积。这项研究于2016年发表在了《⾃然》杂志上。
在这之后，有很多的研究包括近期的研究，陆续证实不仅是动物身上，在⼈类中，通过⼀些⾮侵⼊性⼿段增强⼤脑中神经元产⽣的40Hzγ波的同步性和强度，有助于清除导致阿尔茨海默病的病理性蛋⽩——β-淀粉样蛋⽩。
这也引发了很多⼈的疑问：为什么是40Hz，⽽不是其他频率的脑波？这其实也是Tsai和同事⼀直费⼼尽⼒想要去回答的问题。8年之后，他们终于可以回答了。
他们的新研究和圣路易斯华盛顿⼤学医学院的研究在同⼀天发表在《⾃然》期刊上。研究中，他们测试了⾮侵⼊性的、40Hz的光声联合刺激，在天⽣患阿尔茨海默病的5XFAD⼩⿏中的效果。他们的研究复现了此前的成果，即40Hz的刺激可以促进多个脑区40Hz的神经活动，包括前额叶⽪质。这个过程可以降低这些脑区中的β-淀粉样蛋⽩⽔平。
与未接受治疗的患病⼩⿏相⽐，那些接受1⼩时刺激的⼩⿏的脑组织中脑脊液会增加，⽽间质液的流出率也会因此增加。不仅如此，这些⼩⿏排泄废弃物的胶状淋巴管的直径也会增加。这些改变都会增加β-淀粉样蛋⽩的清除。最终，研究⼈员也在⼩⿏的颈侧淋巴结中发现了更多的β-淀粉样蛋⽩。
更深⼊的测序研究显示，在这种刺激下，⼩⿏⼤脑中神经元的⼀个⼦集——称为VIP中间神经元（VIP interneurons），产⽣⼏种肽的⽔平会显著上升。此前，研究⼈员已经发现⼀些神经肽的释放，和⼤脑节律的频率有关。不过，意外的是，研究⼈员发现其中⼀种特殊的神经肽可以抵抗阿尔茨海默病——这就像是解药就⽣⻓在有毒植物的附近。
这种神经肽可以促进胶状淋巴系统的清除作⽤，具体包括可以促进脑内动脉的波动，增加胶状淋巴管的直径，促进星形胶质细胞代谢和AQP4的运输。最终，其增加了脑组织中的液体流动，促进整个清除过程。
⽬前，Tsai的研究团队已经将⽤40Hz的光声联合刺激治疗阿尔茨海默病推进到临床阶段，并取得了相对较好的效果。此前，她们曾发现在癌症病⼈化疗时，同步采⽤这种刺激，可以降低化疗带来的认知和记忆障碍。最近，他们也在尝试将这种⽅法应⽤于唐⽒综合症患者。这类患者在40岁之后，更容易患上阿尔茨海默病。
近期，英国帝国理⼯学院的科学家Nicholas P. Franks在《⾃然·神经科学》上发表了⼀项研究。
他们测量了在清醒、睡眠和麻醉情况下，⼀种常⻅的荧光染料（FITC-dextran）在雄性⼩⿏⼤脑的运动，以及⼤脑对这些分⼦的清除能⼒。令⼈意外的是，他们发现⼤脑在清醒时，清理垃圾的能⼒⽐睡眠和麻醉时更强，⽽不是更差。这也挑战了2013年⼀项发表于《科学》的研究的结论——睡眠时，⼤脑主要的功能是清除废弃物。
在这项2013年的研究中，罗切斯特⼤学医学中⼼的科学家通过追踪四甲基铵（Tetramethylammonium）在⼩⿏⼤脑的活动，发现睡眠和麻醉期间，脑组织中间质空隙增⼤，会增加脑脊液和间质液的对流。
根据Franks和同事在新论⽂中的说法，他们和2013年论⽂的研究⼈员对于在睡眠和麻醉状态下，“荧光染料从⼩⿏脑脊液进⼀步进⼊⽪质”这⼀活动的理解并不相同。
2013年的研究认为这些分⼦以更快的速度进⼊到了⽪质中，表明⼤脑对废弃物的清除加快了。不过Franks和同事认为，在任何⼤脑区域的染料浓度指的是染料进⼊速率和离开速率之间的差异。因此，睡眠和麻醉中染料对脑组织渗透率的增加，或者说染料在脑组织中的浓度增加，也可以解释为清除率降低，⽽不是进⼊的速率增加。
据《科学》新闻的报道，⼀些研究⼈员认为这项新发现是对睡眠清除理论的严重打击，然⽽另⼀些研究⼈员则表示，这篇新论⽂的⽅法与早期研究的⽅法差异太⼤，⽆法对提出可信的挑战。不过，还有⼀些研究⼈员表示，⼤脑可能有多种废物清除机制，染料等⼩分⼦可能通过不同于β-淀粉样蛋⽩等⼤分⼦的⽅式离开⼤脑。⼤脑研究中仍然还有⽆数的未知。