Taking Out the Trash The purpose of sleep remains mysterious. Using state-of-the-art in vivo two-photon imaging to directly compare two arousal states in the same mouse, Xie et al. (p. 373 ; see the Perspective by Herculano-Houzel ) found that metabolic waste products of neural activity were cleared out of the sleeping brain at a faster rate than during the awake state. This finding suggests a mechanistic explanation for how sleep serves a restorative function, in addition to its well-described effects on memory consolidation.

Astrocyte Ca2+ signals in awake behaving mice are widespread, coordinated and differ fundamentally from the locally restricted Ca2+ transients observed ex vivo and in anesthetized animals. Here we show that the synchronized release of norepinephrine (NE) from locus coeruleus (LC) projections throughout the cerebral cortex mediate long-ranging Ca2+ signals by activation of astrocytic α1-adrenergic receptors. When LC output was triggered by either physiological sensory (whisker) stimulation or an air-puff startle response, astrocytes responded with fast Ca2+ transients that encompassed the entire imaged field (positioned over either frontal or parietal cortex). The application of adrenergic inhibitors, including α1-adrenergic antagonist prazosin, potently suppressed both evoked, as well as the frequently observed spontaneous astroglial Ca2+ signals. The LC-specific neurotoxin N-(2-chloroethyl)-N-ethyl-2-bromobenzylamine (DSP-4), which reduced cortical NE content by >90%, prevented nearly all astrocytic Ca2+ signals in awake mice. The observations indicate that in adult, unanesthetized mice, astrocytes do not respond directly to glutamatergic signaling evoked by sensory stimulation. Instead astrocytes appear to be the primary target for NE, with astrocytic Ca2+ signaling being triggered by the α1-adrenergic receptor. In turn, astrocytes may coordinate the broad effects of neuromodulators on neuronal activity.

Metabolically, the brain is a highly active organ that relies almost exclusively on glucose as its energy source. According to the astrocyte-to-neuron lactate shuttle hypothesis, glucose is taken up by astrocytes and converted to lactate, which is then oxidized by neurons. Here we show, using two-photon imaging of a near-infrared 2-deoxyglucose analogue (2DG-IR), that glucose is taken up preferentially by neurons in awake behaving mice. Anaesthesia suppressed neuronal 2DG-IR uptake and sensory stimulation was associated with a sharp increase in neuronal, but not astrocytic, 2DG-IR uptake. Moreover, hexokinase, which catalyses the first enzymatic steps in glycolysis, was highly enriched in neurons compared with astrocytes, in mouse as well as in human cortex. These observations suggest that brain activity and neuronal glucose metabolism are directly linked, and identiy the neuron as the principal locus of glucose uptake as visualized by functional brain imaging. The brain is a highly active organ that relies almost exclusively on glucose as its energy source, but whether glucose is directly taken up by neurons or whether it is converted to lactate by astrocytes before neuronal uptake is still unclear. Here the authors perform in vivoimaging in awake mice and show evidence in support of the direct uptake of glucose by neurons.

ABSTRACT The glymphatic system is a fluid transport network of cerebrospinal fluid (CSF) entering the brain along arterial perivascular spaces, exchanging with interstitial fluid (ISF), ultimately establishing directional clearance of interstitial solutes. CSF transport is facilitated by the expression of aquaporin-4 (AQP4) water channels on the perivascular endfeet of astrocytes. Mice with genetic deletion of AQP4 (AQP4 KO) exhibit abnormalities in the brain structure and molecular water transport. Yet, no studies have systematically examined how these abnormalities in structure and water transport correlate with glymphatic function. Here we used high-resolution 3D magnetic resonance (MR) non-contrast cisternography, diffusion-weighted MR imaging (MR-DWI) along with intravoxel-incoherent motion (IVIM) DWI, while evaluating glymphatic function using a standard dynamic contrast-enhanced MR imaging to better understand how water transport and glymphatic function is disrupted after genetic deletion of AQP4. AQP4 KO mice had larger interstitial spaces and total brain volumes resulting in higher water content and reduced CSF space volumes, despite similar CSF production rates and vascular density compared to wildtype mice. The larger interstitial fluid volume likely resulted in increased slow but not fast MR diffusion scores and coincided with reduced glymphatic influx. This markedly altered brain fluid transport in AQP4 KO mice may result from a reduction in glymphatic clearance, leading to stagnation of ISF movement and enlargement of the interstitial space. Overall, diffusion MR is a useful tool to evaluate glymphatic function and may serve as valuable translational biomarker to study glymphatics in human disease.

Constipation is a clinical condition characterized by reduced intestinal motility, dry and hardened stool, and prolonged retention. Common constipation medicines are less stable, and prolonged use can lead to dependency and side effects.