当你睡眠不足时，大脑或许恰恰会在你需要思考的那一刻进行自我清理。

多数人都有过这种感受。一夜睡眠不足后，注意力难以像往常一样集中。思维变得迟缓，注意力涣散，就连完成简单的任务也要比平时更费劲。

麻省理工学院的研究人员现已揭示，在这些注意力短暂涣散的时刻，大脑内部究竟发生了什么。他们的研究表明，当注意力不集中时，脑脊液（CSF）会短暂地从大脑中流出。这一过程通常发生在睡眠期间，对清除白天积累的废物起着重要作用。科学家认为，这种清理作用对于维持大脑健康和正常运作至关重要。

当某人睡眠不足时，即便在清醒状态下，身体似乎也会触发这种体液流动。尽管这或许有助于弥补缺失的休息，但显然也存在弊端。在这些时刻，人的注意力会急剧下降。

麻省理工学院医学工程与科学研究所、电子研究实验室成员，皮考尔学习与记忆研究所副成员，阿蒂诺拉·A·马丁诺斯电气工程与计算机科学副教授劳拉·刘易斯表示：“如果你不睡觉，脑脊液波就会开始侵入清醒状态，而正常情况下你是看不到这种波的。然而，这种脑脊液波会带来注意力上的权衡取舍，即当出现这种脑脊液流动波时，你的注意力会无法集中。”

刘易斯是该研究的主要作者，相关研究近期发表于《自然·神经科学》期刊。麻省理工学院博士后研究员杨子农（音译）为第一作者。

睡眠如何助力大脑清洁

睡眠是基本的生理需求，然而科学家仍在努力全面探究其至关重要的原因。目前已有确凿证据表明，睡眠有助于保持警觉状态与思维活力。当睡眠不足时，注意力及其他认知能力都会受到影响。

睡眠的一个关键作用涉及脑脊液，这种液体环绕并保护着大脑。在睡眠期间，脑脊液有助于清除清醒时积累的废物。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有规律的节奏流动，且这种流动与脑电波活动的变化密切相关。

此前的研究提出了一个重要问题：当睡眠受到干扰时，这一系统会发生何种变化？为探究这一问题，研究团队招募了26名志愿者，对他们进行了两次测试——一次是在实验室经历整夜睡眠剥夺后，另一次则是在他们充分休息后。

追踪大脑活动与注意力

每次会议结束后的次日清晨，参与者需完成一项常用于评估睡眠不足影响的标准任务。在参与者执行任务期间，研究人员同步监测其大脑与身体的多项生理信号。

每位参与者均佩戴脑电图（EEG）帽，以在功能性磁共振成像（fMRI）扫描仪内平躺时追踪脑电波。研究人员采用了一种特殊的fMRI技术，该技术不仅能测量大脑中的血氧水平，还能监测脑脊液（CSF）的流入与流出情况。同时，还记录了参与者的心率、呼吸频率以及瞳孔大小。

参与者在扫描过程中完成了两项注意力测试，一项基于视觉，另一项基于听觉。在视觉测试中，他们注视着屏幕上一个固定的十字，该十字偶尔会变成正方形，一旦察觉到这一变化，他们便按下按钮。在听觉测试中，视觉提示则被声音所替代。

不出所料，与休息良好的状态相比，睡眠不足的参与者在测试中的表现明显更差。他们的反应变慢，在某些情况下甚至完全未能察觉到信号。

注意力分散时脑脊液激增

当注意力短暂涣散时，研究人员观察到数种生理变化同时发生。尤为显著的是，在这些注意力涣散的间隙，脑脊液会从大脑中流出，待注意力恢复后又回流至脑内。

刘易斯说：“研究结果表明，当注意力涣散时，这种液体实际上正从大脑向外排出。而当注意力恢复时，它又被重新吸回大脑。”

研究人员认为，这种模式反映出大脑试图弥补缺失的睡眠。通过激活一个通常只在休息时才会启动的过程，大脑即便要以牺牲专注力为代价，也在努力实现自我修复。

杨表示：“对于这些现象，一种解释是，由于大脑极度需要睡眠，它会竭尽所能地进入类似睡眠的状态，以恢复部分认知功能。大脑的液体系统正试图通过促使大脑在高专注与高流动状态间循环，来恢复其功能。”

连接大脑与身体的共享系统

该研究还揭示，注意力分散时，全身都会随之发生变化。在此期间，呼吸和心率会减缓，瞳孔也会缩小。在脑脊液流出大脑前约12秒，瞳孔便开始收缩，待注意力恢复后，这一现象又会出现逆转。

刘易斯表示：“有趣的是，这似乎并非仅是大脑中的一种现象，而是会波及全身。这表明，这些系统之间存在着紧密的协同作用。当你的注意力无法集中时，你可能会在感知和心理层面有所察觉，但这同时也反映了大脑和全身正在发生的一种变化。”

如此紧密的时间关联表明，单一控制系统或许能够同时调控注意力以及诸如体液流动、心率和觉醒状态等基础生理过程。

刘易斯说：“这些结果向我们表明，存在一个统一的神经回路，它既掌控着我们所谓的大脑高级功能——如注意力、感知世界和应对外界的能力，同时也调控着一些极为基础的生理过程，比如大脑内的流体动力学、全脑血流以及血管收缩。”

尽管该研究并未明确指出具体起作用的神经回路，但研究人员认为去甲肾上腺素能系统极有可能是幕后“推手”。这一系统依靠神经递质去甲肾上腺素来调节身心功能，且已知其在正常睡眠期间会发生波动。

参考文献：杨紫浓（Zinong Yang）、斯蒂芬妮·D·威廉姆斯（Stephanie D. Williams）、伊娃·贝尔齐克（Ewa Beldzik）、斯蒂芬妮·阿纳克韦（Stephanie Anakwe）、埃米莉亚·希梅尔芬尼格（Emilia Schimmelpfennig）与劳拉·D·刘易斯（Laura D. Lewis）所著《睡眠剥夺后注意力缺失与神经血管、瞳孔及脑脊液流动动力学之间的关联》，发表于2025年10月29日《自然·神经科学》期刊。DOI编号：10.1038/s41593-025-02098-8

该研究得到了美国国立卫生研究院、国防科学与工程研究生研究奖学金、NAWA 奖学金、麦克奈特学者奖、斯隆研究奖学金、皮尤生物医学学者奖、“一心新星奖”以及西蒙斯衰老大脑可塑性研究合作项目的资助。