通宵不眠后人脑的扫描显示出血液（红色）和脑脊液（蓝色）流动的模式，这些通常只出现在非快速眼动睡眠期间。（图片：Zinong Yang）
    我们都经历过在糟糕睡眠后集中注意力的艰难挣扎——一项新研究显示了当这种感觉出现时大脑里发生了什么。
    根据该研究（发表于10月29日的《自然神经科学》），当你通宵不眠后走神时，大脑会冲洗出脑脊液（CSF），它包围大脑和脊髓，是大脑废物处理系统的一部分。当你清醒过来时，这些脑脊液会再次涌入大脑。

研究发现，这些由疲劳引起的注意力失误，还伴随着血流量和瞳孔大小的巨大变化。直到目前，这些生理反应是否在大脑因疲劳而走神时协同运作尚不清楚。
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    “通过同时测量大脑的多种不同信息，我们能够发现，许多最初认为是独立的现象，实际上是在一定程度上同时发生的，”麻省理工学院神经科学副教授、该研究的合著者劳拉·刘易斯告诉《生活科学》。

睡眠对于维持大脑健康至关重要，专家建议，成年人每晚应保证七到九小时的睡眠。睡眠不足会对一个人的心理和身体健康造成影响，同时也会削弱我们集中注意力的能力。“然而，睡眠剥夺导致注意力失误的神经基础尚不清楚，”作者在研究中写道。
    为了进行调查，他们招募了26名年龄在19至40岁的健康志愿者，其中19名为女性。所有参与者都参加了两个间隔，大约10天的研究条件：充足睡眠和睡眠剥夺。半数参与者先完成充足睡眠条件，而另一半则先经历睡眠剥夺。

休息充足的个体在家中睡了6.5到9个小时，而睡眠不足的个体则在实验室中整夜保持清醒。每次试验前的早晨，研究团队给参与者戴上脑电图（EEG）帽，通过电极记录他们的脑电波。同时，参与者接受功能性磁共振成像（fMRI）扫描，以揭示大脑中血液和脑脊液流动的模式。眼动仪用于测量参与者的瞳孔大小。

这些是我们通常不会认为与时间紧密相关的因素——你关注世界的能力，以及大脑中基本的流畅运动。
    随后，参与者完成了需要调动视觉和听觉注意力的任务；他们一看到图像或听到声音就按下按钮。此外，研究人员还让参与者休息 25 分钟不做任何任务，以收集大脑基线活动的数据。
    不出所料，参与者在疲劳时注意到刺激的时间更长，比休息良好的时候更容易错过提示。但研究团队惊讶地发现，疲惫的人的大脑中出现了巨大的脑脊液脉冲，以及通常在非快速眼动睡眠中观察到的慢波模式。

具体来说，这些模式类似于一个人从 N1 阶段进入 N2 阶段时所呈现的模式，N1 和 N2 是人们每次睡眠时经历的三个非快速眼动睡眠阶段中的前两个阶段。“此前我们只在睡眠期间看到过这种规模的现象，”刘易斯说。
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脑脊液的流动与瞳孔大小密切相关，瞳孔扩张后脑脊液流入量增加，而瞳孔收缩后则出现流出。作者写道，这种联系在缺乏睡眠的个体中更为明显，这可能表明身体的循环系统支撑了这种耦合。脑脊液的流动还与个体在任务中走神的时间一致。
    “当你注意力失常时……脑中的这种液体会被冲出，而当你重新集中注意力、开始对刺激做出反应时，这种液体又会流回大脑，”研究的第一作者、MIT的计算神经科学家杨子农告诉《生活科学》。
    “这些是我们通常不会认为时间上紧密相关的事情——你注意世界的能力与大脑中基本液体的运动，”路易斯补充道。

研究人员认为，他们所观察到的大脑模式可能反映了睡眠不足的大脑，在清醒状态下进入类似睡眠的状态。注意力的短暂丧失标志着，这些类似睡眠的大脑过程的开始，但它们在真正的睡眠开始之前就被打断了。
    不过，刘易斯指出，目前还不清楚大脑血流发生巨大变化的功能原因。作者写道，未来的研究可以考察这些模式是否以及如何影响大脑中代谢废物的清除。
    新加坡国立大学睡眠与认知中心的主任迈克尔·奇（Michael Chee）未参与这项研究，他表示，这项研究是“一项令人印象深刻的生理学工作”。他认为，控制无意识身体功能的自主神经系统正在驱动这些信号。

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“我认为大的启示是，‘嘿，看看；这个我们平时不太关注的谦逊的自主神经系统，实际

上在调控一些最大的信号变化、瞳孔变化、脑电图信号变化、BOLD信号 [功能性MRI]变化，’”他在接受《生活科学》采访时说道。
    然而，奇强调，参与者经历了24小时的睡眠剥夺，而大多数人只是坏夜晚失去几小时的睡眠。“这是一个很大的干预，”他说，因此“它们的影响被放大了。”

奇补充说，研究有睡眠问题人群的大脑变化，可能会指向新的治疗目标。