Sömn.
Det är något som vi ägnar ungefär en tredjedel av våra liv åt,
men förstår någon av oss vad det egentligen handlar om?
För tvåtusen år sedan föreslog Galen,
en av de mest framstående medicinska forskarna
under antiken,
att när vi var vakna
flödade hjärnans handlingskraft,
dess bränsle,
ut till andra delar av kroppen,
och vitaliserade dem, men lämnade hjärnan uttorkad,
och han trodde att när vi sover,
kommer fukten som fyllde resten av kroppen
att rusa tillbaka
och återfukta hjärnan
och friska upp sinnet.
Det låter fullständigt löjligt för oss nu,
men Galen försökte bara förklara
någon om sömn
som vi utsätts för varje dag.
Vi vet alla av egen erfarenhet
att när man sover rensar det sinnet,
och när man inte sover,
gör det sinnet grumligt.
Och även om vi vet mycket mer om sömn nu
än när Galen levde,
har vi fortfarande inte förstått varför det är så att sömn,
av alla våra aktiviteter, har en sådan
uppbyggande effekt på vårt sinne.
Så idag tänkte jag berätta om några nya forskningsresultat
som kan kasta nytt ljus över den här frågan.
Vi har upptäckt att sömn kanske kan vara
en slags elegant designlösning
för några av hjärnans mest grundläggande behov,
ett unikt sätt som hjärnan
möter de höga krav och små marginaler
som gör att den skiljer sig från alla andra organ i kroppen.
Nästan all biologi vi studerar
kan beskrivas som en serie problem
och deras respektive lösning,
och det första problemet som varje organ måste lösa
är hur den ska få ett tillräckligt tillflöde av näring
till alla celler i kroppen.
I hjärnan är detta speciellt kritiskt;
dess intensiva elektriska aktivitet
använder en fjärdedel av kroppens totala energiförråd,
även om hjärnan bara utgör
ungefär två procent av kroppsvikten.
Blodomloppet löser problemet med näringstillförseln
genom att skapa blodkärl som ger näringsämnen
och syre till alla delar av vår kropp.
Man kan faktiskt se det i den här filmen.
Här visar vi blodkärl
i hjärnan hos en levande mus.
Blodkärlen bildar ett komplext nätverk
som fyller hela hjärnans volym.
De börjar på hjärnans yta
och dyker ner i själva vävnaden,
och där de sprider ut sig tillhandahåller de näringsämnen och syre
till varje cell i hjärnan.
På samma sätt som varje cell behöver
näringsämnen som drivmedel,
producerar också varje cell avfall som en biprodukt,
och bortförandet av det avfallet
är det andra grundproblemet
som varje organ måste lösa.
Det här diagrammet visar kroppens lymfsystem,
som har utvecklats för att ta hand om det här behovet.
Det är ett andra, parallellt nätverk av kärl
som breder ut sig i hela kroppen.
Det tar upp proteiner och annat avfall
från mellanrummen mellan cellerna,
samlar ihop dem och lämnar av dem i blodet
så att vi kan göra oss av med dem.
Men om du tittar noga på den här bilden
ser du något
som är väldigt konstigt.
Om vi zoomar in på den här killens huvud
är en av sakerna man ser
att det inte finns några lymfkärl i hjärnan.
Men det verkar inte vettigt, eller hur?
Jag menar, hjärnan är ju ett högaktivt organ
som producerar avfall i motsvarande mängd
som måste forslas bort på ett effektivt sätt.
Och ändå saknar det lymfkärl, vilket betyder att den metod
som resten av kroppen använder
för att göra sig av med sitt avfall
inte fungerar i hjärnan.
Hur löser då hjärnan
sitt avfallsproblem?
Det var den till synes banala frågan
som gjorde att vår grupp gav sig in i den här historien,
och vad vi upptäckte
när vi gjorde en djupdykning in i hjärnan,
därnere bland neuronerna och blodkärlen,
var att hjärnans lösning
på problemet med avfallstransport
verkligen var oväntat.
Det var uppfinningsrikt,
men det var också vackert.
Jag ska berätta vad vi såg.
Hjärnan har en stor ansamling
av en ren, klar vätska som kallas ryggmärgsvätska.
Vi kallar den CSV.
CSV:n fyller ut utrymmet runt hjärnan,
och avfall inifrån hjärnan
tar sig ut till CSV:n,
som tillsammans med avfallet hamnar ute i blodet.
På det viset låter det rätt likt det lymfatiska systemet, eller hur?
Men det som är intressant är att vätskan och avfallet
som kommer inifrån hjärnan
inte bara sipprar helt slumpmässigt
ut till ansamlingarna av CSV.
Istället finns det ett specialiserat rörsystem
som organiserar och underlättar processen.
Ni kan se det i de här filmerna.
Återigen ser vi en avbildad hjärna
från levande möss.
Rutan till vänster visar
vad som händer på hjärnans yta,
och rutan till höger visar
vad som händer under ytan i hjärnan,
inuti själva vävnaden.
Vi har märkt ut blodkärlen i rött,
och den CSV som omger hjärnan
är grön.
Det som förvånade oss
var att vätskan på utsidan av hjärnan
inte stannade på utsidan.
Istället pumpades CSV:n tillbaka
in i och genom hjärnan
längs med utsidan av blodkärlen,
och när den sköljde ner i hjärnan
på utsidan av de här kärlen
hjälpte den faktiskt till att städa undan,
att rensa bort avfallet från utrymmet
mellan hjärncellerna.
Om man tänker på det
är det en väldigt klurig designlösning
att använda utsidan av blodkärlen så här,
för hjärnan är innesluten
i en hård skalle
och den är fullpackad av celler,
så det finns ingen extra plats inuti den
för en andra uppsättning kärl som lymfsystemet.
Men blodkärlen
sträcker sig från ytan av hjärnan
ner till var och en av hjärnans celler,
vilket betyder att vätska
som färdas längs med utsidan av dessa kärl
lätt kan komma åt hela hjärnan,
så det är verkligen ett smart sätt
att hitta en ny funktion för en uppsättning kärl, blodkärlen,
och få dem att ta över och ersätta den funktion
som en andra uppsättning kärl, lymfkärlen, har
och göra så att vi inte behöver dem.
Och det som är otroligt är att inget annat organ
tar till sådana här metoder
för att transportera bort avfall från utrymmet mellan cellerna.
Det är en lösning som är unik för hjärnan.
Men vår mest överraskande upptäckt
var att allt det här,
allt som jag precis berättat om,
all den här vätskan som sköljer genom hjärnan,
bara händer i den sovande hjärnan.
Titta här, videon till vänster
visar hur mycket av CSV:n rör sig
genom hjärnan på en levande mus medan den är vaken.
Nästan ingenting.
Men ändå ser man att i samma djur,
om vi väntar bara en liten stund tills den har somnat,
att CSV:n
forsar genom hjärnan,
och vi upptäckte att samtidigt
som hjärnan somnar
verkar själva hjärncellerna krympa,
vilket öppnar utrymmen mellan dem,
och låter vätska rusa igenom
som kan rensa ut avfallet.
Så det verkar som om Galen kanske ändå var på rätt spår
när han skrev om vätskan
som flödade genom hjärnan
under sömnen.
Vår egen forskning, nu 2 000 år senare,
pekar på att det som händer är att
när hjärnan är vaken
och arbetar som mest,
skjuter den upp till senare att göra sig av med avfall
från utrymmet mellan hjärncellerna,
och sedan när den somnar
och inte behöver vara lika upptagen
slår den om till en slags reningsfas
för att rensa bort avfallet
från utrymmet mellan hjärncellerna,
det avfall som samlats under dagen.
Det är lite grann som när du eller jag
skjuter upp hushållssysslorna under arbetsveckan
när vi inte har tid att göra dem,
och sedan får vi ta tag i städningen och tvätten
när helgen kommer.
Jag har just pratat mycket om avfallshantering,
men jag har inte varit så tydlig med vilket typ av avfall
som hjärnan måste göra sig av med
under sömnen
för att den ska hålla sig frisk.
Avfallsprodukten som de senaste studierna fokuserat mest på är beta-amyloid,
som är ett protein som skapas i hjärnan hela tiden.
Min hjärnan gör beta-amyloid just nu,
och det gör din också.
Men hos patienter med Alzheimers sjukdom
byggs beta-amyloiden på och lagras
i utrymmet mellan hjärncellerna
istället för att rensas bort som det borde göra,
och det är denna lagrade beta-amyloid
som man tror är en av grundorsakerna
till att man utvecklar av den fruktansvärda sjukdomen.
Så vi mätte hur snabbt beta-amyloid rensas bort
från hjärnan när den är vaken
jämför med när den sover,
och vi såg att bortforslandet
av beta-amyloid
går mycket snabbare i den sovande hjärnan.
Så om sömn
är en del av hjärnans lösning
för att transportera bort avfall
kan det innebära dramatiska förändringar
i hur vi borde tänka kring sambandet
mellan sömn, beta-amyloid och Alzheimers sjukdom.
En serie kliniska studier som gjordes nyligen
visar att bland patienter
som inte än har fått Alzheimers sjukdom
kopplas försämrad sömnkvalitet och förkortad sovtid ihop med
en större mängd beta-amyloid
som byggs upp i hjärnan,
och även om det är viktigt att påpeka
att de här studierna inte bevisar
att för lite sömn eller bristfällig sömn
kan orsaka Alzheimers sjukdom,
antyder de att ifall hjärnan
inte lyckas hålla rent hemma
genom att städa undan avfall som beta-amyloid
kan det bidra till utvecklingen
av tillstånd som Alzheimers.
Så vad den här nya forskningen säger oss
är att den enda sak
som ni alla redan visste om sömn,
som till och med Galen visste om sömn,
att den friskar upp och rensar sinnet,
mycket väl kan vara en stor del
av vad sömn handlar om.
Ni och jag, vi somnar
varje kväll,
men våra hjärnor vilar aldrig.
Medan våra kroppar ligger stilla
och våra sinnen är borta i drömlandet,
är det eleganta maskineriet i hjärnan
i tysthet upptagen med hårt arbete,
och städar och underhåller
denna ofattbara komplexa maskin.
Liksom vårt hushållsarbete är det ett smutsigt och otacksamt jobb,
men det är också viktigt.
Om du slutar städa köket hemma hos dig själv
i en månad
blir ditt hem ganska snabbt
omöjligt att bo i.
Men i hjärnan blir konsekvenserna
av att hamna efter mycket större
än skammen över smutsiga köksbänkar,
för när det kommer till att städa hjärnan
är det hälsan och funktionen
hos sinnet och kroppen som står på spel,
vilket är varför vi behöver förstå
hjärnans grundläggande städfunktioner idag
för att kunna förebygga och behandla
sinnets sjukdomar imorgon.
Tack.
(Applåder)