引言：睡眠不足的普遍困扰
几乎每个人都经历过：经过一夜糟糕的睡眠后，你不会感到应有的警觉。你的大脑可能看起来模糊不清，当你应该集中注意力时，思绪却会飘走。
麻省理工学院的一项新研究揭示了这些短暂注意力不集中发生时大脑内部的状况。科学家们发现，在这些注意力不集中的时刻，一股脑脊液(CSF)从大脑中流出的过程——这一过程通常发生在睡眠期间，有助于清除白天积累的废物产物。这种冲洗被认为对于维持健康、正常功能的大脑是必要的。
研究背景：睡眠与大脑清洁
虽然睡眠是一个关键的生物过程，但确切地知道它为何如此重要仍然是个谜。它似乎对保持警觉至关重要，并且有充分记录表明，睡眠不足会导致注意力和其他认知功能的损害。
在睡眠期间，缓冲大脑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和她的同事表明，睡眠期间的脑脊液流动遵循着进出大脑的节律模式，并且这些流动与睡眠期间脑波的变化有关。
这一发现促使Lewis思考睡眠剥夺后脑脊液流动可能会发生什么变化。为了探索这个问题，她和她的同事们招募了26名志愿者，这些志愿者接受了两次测试——一次是在实验室中经过一夜睡眠剥夺后，另一次是在他们充分休息的状态下。
研究方法：多维度监测
在早晨，研究人员监测了参与者在执行一项通常用于评估睡眠剥夺影响的任务时的几种不同的大脑和身体功能指标。
在任务期间，每位参与者都佩戴着一个脑电图(EEG)帽，可以记录脑波，同时他们也在功能性磁共振成像(fMRI)扫描仪中。研究人员使用了fMRI的修改版本，使他们能够测量大脑中的血氧饱和度以及脑脊液进出大脑的流动。他们还测量了每个受试者的心率、呼吸率和瞳孔直径。
参与者在fMRI扫描仪中执行了两种注意力任务，一种是视觉任务，一种是听觉任务。对于视觉任务，他们需要看一个有固定十字的屏幕。在随机的时间间隔内，十字会变成一个正方形，参与者被告知每当看到这种情况发生时就按下一个按钮。对于听觉任务，他们会听到一声哔哔声，而不是看到视觉变化。
关键发现：注意力丧失与脑脊液流动
正如预期的那样，睡眠不足的参与者在这些任务上的表现比充分休息的参与者要差得多。他们的反应时间更慢，对于一些刺激，参与者完全没有注意到变化。
在这些短暂的注意力不集中时刻，研究人员确定了几个同时发生的生理变化。最显著的是，他们发现脑脊液从大脑中流出的 flux 正好发生在这些注意力不集中发生时。每次注意力不集中后，脑脊液又流回大脑。
"结果表明，在注意力失效的那一刻，这种流体实际上是被向外排出大脑。当注意力恢复时，它又被吸回大脑，"Lewis说。
研究人员假设，当大脑睡眠不足时，它开始补偿睡眠期间通常发生的清洁过程的损失，尽管这些脑脊液流动脉冲伴随着注意力丧失的代价。
"思考这些事件的一种方式是，因为你的大脑非常需要睡眠，它尽力尝试进入类似睡眠的状态，以恢复一些认知功能，"Yang说。"你的大脑流体系统试图通过推动大脑在高注意力和高流动状态之间切换来恢复功能。"
全身性反应：统一神经回路
研究人员还发现了与注意力不集中相关的其他几种生理事件，包括呼吸和心率下降，以及瞳孔收缩。他们发现瞳孔收缩在脑脊液流出大脑前约12秒开始，并且在注意力不集中后瞳孔再次放大。
"有趣的是，这似乎不仅仅是大脑中的现象，它也是一个全身性的事件。这表明这些系统之间存在紧密协调，当你的注意力失效时，你可能在感知和心理上感觉到它，但它也反映了整个大脑和身体正在发生的事件，"Lewis说。
研究人员认为，这些不同事件之间的紧密联系可能表明存在一个单一回路，同时控制注意力和流体流动、心率和觉醒等身体功能。
"这些结果向我们表明，存在一个统一的回路，它同时控制着我们认为是大脑非常高级功能的东西——我们的注意力，我们感知和响应世界的能力，以及非常基本的基本生理过程，如大脑的流体动力学、全脑血流量和血管收缩，"Lewis说。
在这项研究中，研究人员没有探索可能控制这种切换的回路是什么，但他们说，一个很好的候选者是去甲肾上腺素系统。最近的研究表明，这个系统通过神经递质去甲肾上腺素调节许多认知和身体功能，在正常睡眠期间会振荡。
研究意义与未来方向
这项研究揭示了睡眠不足对大脑功能的影响机制，特别是注意力与大脑清洁过程之间的权衡关系。当大脑无法在夜间进行必要的"清洁"工作时，它会尝试在清醒状态下进行这种清洁，但这会以注意力为代价。 这一发现对理解睡眠障碍、认知功能下降以及可能开发干预策略具有重要意义。未来研究可以探索去甲肾上腺素系统在这一过程中的具体作用，以及如何可能通过调节这一系统来减轻睡眠不足对注意力的影响。 此外，这一研究也为理解睡眠的本质提供了新视角，支持了睡眠不仅对认知功能重要，而且对大脑的物理清洁和废物清除也至关重要的观点。
结论
麻省理工学院的研究人员发现，睡眠不足导致的注意力不集中与脑脊液从大脑中冲出的过程同时发生，这一过程通常在睡眠期间发生。当大脑睡眠不足时，它会尝试通过启动脑脊液流动脉冲来弥补睡眠期间通常发生的清洁过程，但这会以注意力严重受损为代价。 这一发现揭示了睡眠、注意力与大脑清洁机制之间复杂的关系，为理解睡眠不足对认知功能的影响提供了新的神经生物学视角。研究表明，注意力失效不仅是一种认知状态，还伴随着大脑中流体动力学、心率和呼吸等生理参数的系统性变化，暗示可能存在一个统一回路同时控制这些功能。
