Abstract During sleep, slow waves of neuro-electrical activity engulf the human brain and aid in the consolidation of memories. Recent research suggests that these slow waves may also promote brain health by facilitating the removal of metabolic waste, possibly by orchestrating the pulsatile flow of cerebro-spinal fluid (CSF) through local neural control over vascular tone. To investigate the role of slow waves in the generation of CSF pulsations, we analyzed functional MRI data obtained across the full sleep-wake cycle and during a respiratory task during wakefulness. This revealed a novel generating mechanism that relies on the autonomic regulation of cerebral vascular tone without requiring slow electrocortical activity or even sleep. Therefore, the role of CSF pulsations in brain waste clearance may, in part, depend on proper autoregulatory control of cerebral blood flow. One-Sentence Summary Autonomic regulation of cerebral vascular tone mediates CSF flow and may contribute to brain waste clearance.

Sleep research and sleep medicine have benefited from the use of polysomnography but have also suffered from an overreliance on the conventional, polysomnography-defined sleep stages. For example, reports of sleep-specific brain activity patterns have, with few exceptions, been constrained by assessing brain function as it relates to the conventional sleep stages. This limits the variety of sleep states and underlying activity patterns that one can discover. If undiscovered brain activity patterns exist during sleep, then removing the constraint of a stage-specific analysis may uncover them. The current study used all-night functional magnetic resonance imaging sleep data and defined sleep behaviorally with auditory arousal threshold (AAT) to begin to search for new brain states. It was hypothesized that, during sleep compared to wakefulness, corticocortical functional correlations would decrease. Functional correlation values calculated in a window immediately before the determination of AAT were entered into a linear mixed effects model, allowing multiple arousals across the night per subject into the analysis. The hypothesis was supported using both correlation matrices of brain networks and single seed-region analyses showing whole-brain maps. This represents a novel approach to studying the neuroanatomical correlates of sleep with high spatial resolution by defining sleep in a way that was independent from the conventional sleep stages. This work provides initial evidence to justify searching for sleep stages that are more neuroanatomically localized and unrelated to the conventional sleep stages.