几乎每个人都有这种感觉。一夜睡眠不足后，注意力更难集中。你的思绪飘忽不定，反应速度减慢，头脑清晰度降低，尤其是在你需要最警觉的时候。麻省理工学院的最新研究揭示了大脑在这些短暂的注意力不集中时会发生什么。研究表明，在注意力暂时不集中时，脑脊液（CSF）会从大脑中排出，这一过程通常发生在睡眠中，有助于清除白天积累的废物。这种清洁活动被认为对大脑的健康和功能非常重要。

身体试图补偿失去的睡眠

睡眠不足是指身体和大脑在较长或较短的时间内无法获得足够的睡眠来完全恢复和正常工作。当睡眠量经常低于个人需要，或睡眠质量下降（例如，由于频繁醒来或非恢复性睡眠）时，就会出现睡眠不足。急性睡眠不足和慢性睡眠不足是有区别的，前者是指个别夜晚睡眠过少，后者是指持续数周或数月。

当一个人睡眠不足时，身体似乎会通过在清醒阶段触发这些体液运动来补偿失去的睡眠。然而，这种补偿有一个很大的缺点：注意力大大降低。”当你不睡觉时，脑脊液波会侵入清醒阶段，而你通常不会在清醒阶段看到它们。Athinoula A. Martinos 电子工程与计算机科学副教授、麻省理工学院医学工程与科学研究所和电子研究实验室成员、皮考尔学习与记忆研究所副成员劳拉-刘易斯（Laura Lewis）说：”然而，伴随着它们的是注意力的丧失，因为在这种流体波发生的瞬间，注意力会减弱。刘易斯是这项发表在《自然-神经科学》（Nature Neuroscience）上的研究的资深作者。麻省理工学院博士后杨梓农是该研究的第一作者。

睡眠如何清洁大脑

睡眠是生存的必要条件，但科学家们仍不完全清楚睡眠为何起着如此关键的作用。显而易见的是，睡眠是保持警觉的必要条件，而睡眠不足已被证明会损害注意力和其他智力能力。在生理层面上，睡眠具有再生作用：细胞和组织得到修复，生长激素得到释放，免疫系统得到加强。睡眠在调节荷尔蒙和新陈代谢方面也发挥着核心作用，如控制饥饿、血糖和能量平衡。

睡眠的一个重要功能涉及环绕和缓冲大脑的脑脊液。睡眠期间，脑脊液有助于冲洗掉清醒时积聚的废物。在 2019 年的一项研究中，刘易斯和她的同事们发现，这种液体在睡眠期间以一种有节奏的模式流动，与脑电波活动的变化密切相关。

这一早期发现提出了一个新问题：当睡眠中断时，这种液体系统会发生什么变化？为了弄清这个问题，研究人员招募了 26 名志愿者，让他们完成两次测试，一次是在实验室剥夺睡眠一夜之后，另一次是在充分休息一夜之后。第二天早上，参与者执行了一项旨在评估睡眠不足影响的标准任务，同时研究人员跟踪了各种大脑和身体信号。

测量注意力和脑内液体流量

在实验过程中，每位参与者躺在功能磁共振成像（fMRI）扫描仪上时都戴着脑电图帽，以监测大脑活动。研究小组使用了一种特殊版本的 fMRI，它可以跟踪血氧水平和脑脊液（CSF）进出大脑的情况。同时还记录了心率、呼吸频率和瞳孔大小。

参与者在扫描仪中完成了两项注意力测试，一项是视觉测试，另一项是听觉测试。在视觉任务中，他们观察屏幕上一个固定的十字，偶尔会变成一个正方形。他们被要求在发生变化时按下按钮。在听觉任务中，视觉信号被声音取代。不出所料，睡眠不足的参与者的表现明显不如睡眠充足的参与者。他们的反应速度较慢，有时甚至完全感觉不到信号。

当这些短暂的注意力缺失发生时，研究人员观察到同时发生的几种生理变化。最明显的是，脑脊液在失神时流出大脑，一旦注意力恢复，脑脊液又流回大脑。”研究结果表明，当注意力消失时，脑脊液实际上被排出了大脑。而当注意力恢复时，脑脊液又会被吸引回来。

研究小组认为，这种模式反映了大脑试图通过激活通常在夜间进行的清洁过程来补偿睡眠不足，即使这会暂时扰乱注意力。”杨说：”解释这些事件的一种方法是，你的大脑非常需要睡眠，因此它会尽力进入类似睡眠的状态，以恢复一些认知功能。”你的大脑流体系统试图通过使大脑在高度警觉和高度流动状态之间切换来恢复功能”。

大脑和身体的协作系统

研究还发现，注意力缺失与大脑本身以外的变化有关。在这些时刻，呼吸和心率减慢，瞳孔收缩。瞳孔收缩开始于脑脊液排出大脑前约12秒，并在注意力恢复后逆转。”有趣的是，这似乎不仅仅是大脑中的现象，而是一个影响全身的过程。这表明这些系统是密切协调的。刘易斯说：”当注意力减弱时，你会在知觉和心理上感觉到它，但它也反映了整个大脑和身体的一个过程。

刘易斯说：”这些研究结果表明，单一的控制系统可能同时协调注意力和基本的身体功能，如体液流动、心率和警觉性。”刘易斯说：”这些研究结果表明，有一个统一的回路既控制着我们认为非常复杂的大脑功能–我们的注意力、感知和回应世界的能力，也控制着非常基本的生理过程，如脑液动力学、整个大脑的血液流动和血管收缩。虽然研究人员无法确定其中涉及的具体回路，但他们指出去甲肾上腺素能系统是一个强有力的候选系统。该系统利用神经递质去甲肾上腺素来调节认知和身体机能，众所周知，它在正常睡眠期间会发生波动。