这就是你睡眠不足时的大脑状态

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早上好，我是脑叔，一个爱聊脑的家伙。

几乎每个人都经历过这种情况：睡眠不足后，你会感觉精神不振。大脑昏昏沉沉，本该集中注意力的时候却走神了。

麻省理工学院的一项新研究揭示了这种短暂注意力不集中时大脑内部发生的变化。科学家们发现，在这些注意力分散期间，脑脊液（CSF）会从大脑流出——这个过程通常发生在睡眠期间，有助于清除白天积累的代谢废物。这种冲洗被认为是维持大脑健康和正常运作所必需的。

当一个人睡眠不足时，身体似乎会试图通过启动脑脊液脉冲式流动来弥补这种清洁过程。然而，这样做的代价是注意力严重受损。

“如果你不睡觉，脑脊液波动就会侵入你的清醒状态，而正常情况下你不会注意到它们。然而，这种波动会带来注意力上的权衡，因为在脑脊液波动发生的瞬间，你的注意力会分散，”麻省理工学院研究人员劳拉·刘易斯（Laura Lewis）说道。

大脑的“冲洗” 虽然睡眠是一个至关重要的生物过程，但我们尚不清楚它为何如此重要。睡眠似乎对维持警觉性至关重要，而且已有大量文献证明，睡眠不足会导致注意力和其他认知功能受损。

在睡眠期间，起到缓冲作用的脑脊液有助于清除白天积累的废物。在2019年的一项研究中，Lewis及其同事发现，睡眠期间脑脊液的流动呈现出节律性，并且这种流动与睡眠期间脑电波的变化密切相关。

这一发现促使Lewis思考睡眠剥夺后脑脊液流动会发生什么变化。为了探究这个问题，她和同事招募了26名志愿者，并对他们进行了两次测试——一次是在实验室经历一夜睡眠剥夺后，另一次是在他们睡眠充足的情况下。

第二天早上，研究人员监测了参与者在执行一项常用于评估睡眠剥夺影响的任务时，大脑和身体功能的多项指标。

在执行任务期间，每位参与者都佩戴了一顶脑电图（EEG）帽，用于记录脑电波，同时他们还接受了功能磁共振成像（fMRI）扫描。研究人员使用了一种改良版的fMRI技术，不仅可以测量大脑的血氧饱和度，还可以测量脑脊液的流入和流出。他们还测量了每位受试者的心率、呼吸频率和瞳孔直径。

左图：fMRI采集容积位置示例（绿色方框），用于同时测量BOLD信号和脑脊液流量。该容积与第四脑室相交，以便检测脑脊液向内流动。黄色标记皮层分割区域，紫色标记脑脊液流量测量感兴趣区域（ROI）。图像已进行掩蔽处理以去除身份识别信息。右图：一名代表性受试者第四脑室内脑脊液ROI（品红色）的示例放置。

参与者在功能磁共振成像（fMRI）扫描仪中完成了两项注意力任务，一项是视觉任务，一项是听觉任务。视觉任务中，他们需要注视一个屏幕上固定的十字。十字会随机变成正方形，参与者被告知在看到十字变成正方形时按下按钮。听觉任务中，他们会听到一声哔哔声，而不是看到视觉变化。

正如预期的那样，睡眠不足的参与者在这些任务中的表现远逊于睡眠充足的参与者。他们的反应时间更慢，而且对于某些刺激，参与者根本没有注意到变化。

在这些短暂的注意力分散期间，研究人员观察到同时发生的几种生理变化。最重要的是，他们发现脑脊液（CSF）会在注意力分散发生的同时流出大脑。每次注意力分散后，脑脊液都会回流到大脑。

“研究结果表明，当注意力分散时，脑脊液实际上会被排出体外。而当注意力恢复时，脑脊液又会被吸回，”刘易斯说道。

研究人员推测，当大脑睡眠不足时，它会开始补偿睡眠期间正常进行的脑脊液清除作用的缺失，尽管这种脑脊液脉冲式流动会以注意力分散为代价。

“我们可以这样理解：由于大脑极度需要睡眠，它会尽力进入一种类似睡眠的状态，以恢复一些认知功能，”该项研究第一作者Zinong Yang说道。“大脑的脑脊液系统试图通过促使大脑在高度专注和高脑脊液流动状态之间反复切换来恢复功能。”

统一的回路

研究人员还发现了其他一些与注意力不集中相关的生理事件，包括呼吸和心率下降以及瞳孔缩小。他们发现，瞳孔缩小大约在脑脊液流出大脑前12秒开始，并在注意力不集中后再次放大。

“有趣的是，这似乎不仅仅是大脑中的一种现象，它也是一种全身性的事件。这表明这些系统之间存在着紧密的协调，当你的注意力不集中时，你可能会在感知和心理上有所感觉，但这同时也反映了大脑和身体中正在发生的事件，”刘易斯说。

研究人员认为，这种看似无关的事件之间的紧密联系可能表明，存在一个单一的回路，它控制着注意力以及体液流动、心率和觉醒等身体机能。

“这些结果表明，大脑中存在一个统一的回路，它既控制着我们认为的高级功能——例如注意力、感知和应对世界的能力——也控制着一些非常基础的生理过程，例如大脑的流体动力学、全脑血流以及血管收缩，”刘易斯说道。

在这项研究中，研究人员并未探究究竟是哪个回路控制着这种转换，但他们表示，去甲肾上腺素能系统很可能是一个候选回路。近期研究表明，该系统通过神经递质去甲肾上腺素调节许多认知和生理功能，并在正常睡眠期间发生振荡。

about the author:Anne Trafton

https://news.mit.edu/2025/your-brain-without-sleep-1029

https://www.nature.com/articles/s41593-025-02098-8

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