ABSTRACT Perivascular spaces (PVS) are important highways for fluid and solute transport in the brain enabling efficient waste clearance during sleep. Using two-photon imaging of naturally sleeping mice we demonstrate sleep cycle-dependent PVS dynamics – slow, large-amplitude oscillations in NREM, a reduction in REM and an enlargement upon awakening at the end of a sleep cycle. By biomechanical modeling we demonstrate that these sleep cycle-dependent PVS dynamics drive fluid flow and solute transport.

Astrocytic Ca2+ signaling has been intensively studied in health and disease but remains uncharacterized in sleep. Here, we employed a novel activity-based algorithm to assess astrocytic Ca2+ signals in the barrel cortex of awake and naturally sleeping mice while monitoring neuronal Ca2+ activity, brain rhythms and behavior. We discovered that Ca2+ signaling in astrocytes exhibits distinct features across the sleep-wake cycle and is reduced in sleep compared to wakefulness. Moreover, an increase in astrocytic Ca2+ signaling precedes transitions from slow-wave sleep to wakefulness, with a peak upon awakening exceeding the levels during whisking and locomotion. Genetic ablation of a key astrocytic Ca2+ signaling pathway resulted in fragmentation of slow-wave sleep, yet increased the frequency of sleep spindles. Our findings suggest a role for astrocytic Ca2+ signaling in modulating sleep.