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.