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早上好，我是腦叔，一個愛聊腦的家伙。
幾乎每個人都經歷過這種情況：睡眠不足后，你會感覺精神不振。大腦昏昏沉沉，本該集中注意力的時候卻走神了。
麻省理工學院的一項新研究揭示了這種短暫注意力不集中時大腦內部發生的變化。科學家們發現，在這些注意力分散期間，腦脊液（CSF）會從大腦流出——這個過程通常發生在睡眠期間，有助于清除白天積累的代謝廢物。這種沖洗被認為是維持大腦健康和正常運作所必需的。
當一個人睡眠不足時，身體似乎會試圖通過啟動腦脊液脈沖式流動來彌補這種清潔過程。然而，這樣做的代價是注意力嚴重受損。
“如果你不睡覺，腦脊液波動就會侵入你的清醒狀態，而正常情況下你不會注意到它們。然而，這種波動會帶來注意力上的權衡，因為在腦脊液波動發生的瞬間，你的注意力會分散，”麻省理工學院研究人員勞拉·劉易斯（Laura Lewis）說道。
大腦的“沖洗” 雖然睡眠是一個至關重要的生物過程，但我們尚不清楚它為何如此重要。睡眠似乎對維持警覺性至關重要，而且已有大量文獻證明，睡眠不足會導致注意力和其他認知功能受損。
在睡眠期間，起到緩沖作用的腦脊液有助于清除白天積累的廢物。在2019年的一項研究中，Lewis及其同事發現，睡眠期間腦脊液的流動呈現出節律性，并且這種流動與睡眠期間腦電波的變化密切相關。
這一發現促使Lewis思考睡眠剝奪后腦脊液流動會發生什么變化。為了探究這個問題，她和同事招募了26名志愿者，并對他們進行了兩次測試——一次是在實驗室經歷一夜睡眠剝奪后，另一次是在他們睡眠充足的情況下。
第二天早上，研究人員監測了參與者在執行一項常用于評估睡眠剝奪影響的任務時，大腦和身體功能的多項指標。
在執行任務期間，每位參與者都佩戴了一頂腦電圖（EEG）帽，用于記錄腦電波，同時他們還接受了功能磁共振成像（fMRI）掃描。研究人員使用了一種改良版的fMRI技術，不僅可以測量大腦的血氧飽和度，還可以測量腦脊液的流入和流出。他們還測量了每位受試者的心率、呼吸頻率和瞳孔直徑。
左圖：fMRI采集容積位置示例（綠色方框），用于同時測量BOLD信號和腦脊液流量。該容積與第四腦室相交，以便檢測腦脊液向內流動。黃色標記皮層分割區域，紫色標記腦脊液流量測量感興趣區域（ROI）。圖像已進行掩蔽處理以去除身份識別信息。右圖：一名代表性受試者第四腦室內腦脊液ROI（品紅色）的示例放置。
參與者在功能磁共振成像（fMRI）掃描儀中完成了兩項注意力任務，一項是視覺任務，一項是聽覺任務。視覺任務中，他們需要注視一個屏幕上固定的十字。十字會隨機變成正方形，參與者被告知在看到十字變成正方形時按下按鈕。聽覺任務中，他們會聽到一聲嗶嗶聲，而不是看到視覺變化。
正如預期的那樣，睡眠不足的參與者在這些任務中的表現遠遜于睡眠充足的參與者。他們的反應時間更慢，而且對于某些刺激，參與者根本沒有注意到變化。
在這些短暫的注意力分散期間，研究人員觀察到同時發生的幾種生理變化。最重要的是，他們發現腦脊液（CSF）會在注意力分散發生的同時流出大腦。每次注意力分散后，腦脊液都會回流到大腦。
“研究結果表明，當注意力分散時，腦脊液實際上會被排出體外。而當注意力恢復時，腦脊液又會被吸回，”劉易斯說道。
研究人員推測，當大腦睡眠不足時，它會開始補償睡眠期間正常進行的腦脊液清除作用的缺失，盡管這種腦脊液脈沖式流動會以注意力分散為代價。
“我們可以這樣理解：由于大腦極度需要睡眠，它會盡力進入一種類似睡眠的狀態，以恢復一些認知功能，”該項研究第一作者Zinong Yang說道?！按竽X的腦脊液系統試圖通過促使大腦在高度專注和高腦脊液流動狀態之間反復切換來恢復功能?！?/p>
統一的回路
研究人員還發現了其他一些與注意力不集中相關的生理事件，包括呼吸和心率下降以及瞳孔縮小。他們發現，瞳孔縮小大約在腦脊液流出大腦前12秒開始，并在注意力不集中后再次放大。
“有趣的是，這似乎不僅僅是大腦中的一種現象，它也是一種全身性的事件。這表明這些系統之間存在著緊密的協調，當你的注意力不集中時，你可能會在感知和心理上有所感覺，但這同時也反映了大腦和身體中正在發生的事件，”劉易斯說。
研究人員認為，這種看似無關的事件之間的緊密聯系可能表明，存在一個單一的回路，它控制著注意力以及體液流動、心率和覺醒等身體機能。
“這些結果表明，大腦中存在一個統一的回路，它既控制著我們認為的高級功能——例如注意力、感知和應對世界的能力——也控制著一些非常基礎的生理過程，例如大腦的流體動力學、全腦血流以及血管收縮，”劉易斯說道。
在這項研究中，研究人員并未探究究竟是哪個回路控制著這種轉換，但他們表示，去甲腎上腺素能系統很可能是一個候選回路。近期研究表明，該系統通過神經遞質去甲腎上腺素調節許多認知和生理功能，并在正常睡眠期間發生振蕩。
about the author:Anne Trafton
https://news.mit.edu/2025/your-brain-without-sleep-1029
https://www.nature.com/articles/s41593-025-02098-8
腦叔創建了一個名為“丘腦大叔·大腦管家”的知識星球，我把它定位為一本不斷更新的大腦進化訓練指南，旨在分享大腦認知行為和健康知識、陪伴并幫助腦友們解答大腦認知、情緒健康問題，提升大腦認知，幫助大腦進化，尋找幸福的人生！
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