熬了一夜后，他们的大脑陷入了强制关机又重启，又关机又重启的死循环…

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撰文｜clefable

审校｜冬鸢

对于年轻人来说，熬一晚很快就能缓过来，但到了年龄之后，熬夜和失眠则会让第二天变得尤为煎熬，尤其第二天还是一个工作日。

睡眠对于大脑的恢复尤为重要。此前，就有相关研究证实，白天的脑力活动会让大脑中的细胞大量氧化，而供能的线粒体更是会分裂、变小和变少——大脑会实时监控这些变化，并开始睡眠，而睡眠正是为了修复大脑的氧化状态。

在一晚充足的睡眠后，我们会感觉大脑似乎被清洗过一样，思维尤为清晰——事实上，大脑也确实被洗了。近年来，大量研究发现在睡眠时，大脑中的脑脊液会进入神经组织中，带走其中的废弃物，并最终排到大脑之外。整个过程能促进大脑清洁和修复。

然而，如果是经历熬夜之后，白天也无法休息，会怎样呢？在这个世界，几乎所有人都经历过这种状态：由于前一晚熬夜，第二天精神涣散，无法打起精神和注意力，感觉自己似乎化为了一具行尸走肉，似乎就会立刻陷入沉睡。

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10月29日，在一项发表于《自然·神经科学》（Nature Neuroscience）的研究中，来自麻省理工学院的副教授劳拉·D.刘易斯（Laura D. Lewis）领导的团队发现，在熬一夜后，我们之所以会进入如此涣散状态，是因为大脑会强制启动类似睡眠时的大脑清洗过程。当我们在清醒和恍惚间挣扎时，正是大脑正在不断地强制关机（清洗），重启，又关机，又重启……

强制一晚不睡

长期以来，刘易斯的团队都在开发新颖的大脑成像方法，观察大脑在睡眠期间的脑脊液流动，并研究这个生理过程对大脑功能的影响。这次，他们想要回答的一个问题是：睡眠不足为何会导致注意力不集中？

想要研究这个问题，必要条件之一是参与者和实验人员必须熬夜。共有26名参与者参加了这次实验，实验分为两次，间隔8～10天，一半参与者会在第一次实验前先充分休息，而另一半则接受睡眠剥夺（从前一天晚上9点开始不睡觉），第二次交换。这些参与者平常睡眠都很良好，平均睡眠时长为6.5～9个小时。

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实验在第二天的10点开始，参与者会接受两项精神运动警觉性测试（PVT），一是尽可能地对持续0.5秒、频率为375 Hz的纯音快速反应（按下按钮），二是在看到“十字”变为正方形时，尽可能快地按下按钮，一次测试长达12分钟。

在实验开始前，研究人员会提前给他们佩戴一个脑电图（EEG）帽，用来记录他们的脑电波。在实验中，他们还会使用改良的功能磁共振成像（fMRI）扫描并测量这些参与者的大脑血氧饱和度、脑脊液的进出活动。除此之外，研究人员还会监测参与者的心率、呼吸频率和瞳孔直径等。

此前，一些神经科学家发现，当很多与认知相关脑区无法启动大规模的神经活动时，人们就会出现注意力不集中的现象，还有一些脑区会出现短暂的、类似睡眠的慢波。这种慢波通常出现在非快速眼动睡眠（NREM），这也是人脑密集排污的一个阶段，大脑中的慢波会促使低频的血流动波出现，而后者又会驱动脑内的脑脊液（CSF）波，实现大脑排污。

这项新研究进一步证实了这些发现。相比于睡眠充足的人，睡眠剥夺的参与者在测试中，平均反应时间和漏答率都会明显增加——尽管他们一直试图睁眼，并保持清醒状态。在这些“失误”的时刻，研究人员发现，他们大脑中会出现NREM阶段的高振幅脑脊液波（0.01–0.1 Hz）。注意力越不集中时，这类脑脊液波的强度越高。也就是说，即便清醒着，他们也会时不时会进入类似NREM的状态。

睡眠充足的参与者则是另一种情况，他们脑脊液的流动信号会与低振幅的呼吸节律同步，和类似NREM的脑脊液波有明显差异。不过，当他们注意力不集中时，也是进入了类似NREM的状态。对同一受试者的测试也显示，睡眠剥夺时，清醒状态下的脑脊液波动较大，而睡眠充足状态下，脑脊液流量较小。

全身的活动变化

由于是在测试环境下，参与者注意力缺失的情况通常只会持续较短时间，随后他们就会清醒。整个过程中，脑脊液也会呈现出一个动态的双相变化：先有一个流出大脑的脑脊液脉冲，随后是脑脊液流入大脑的脉冲。不仅是脑脊液，神经血管、瞳孔的变化也如此。

此前的研究曾发现，瞳孔直径变小意味着觉醒程度较低，注意力功能下降。在新研究中，研究人员发现，瞳孔收缩与脑脊液向外流动的信号相关，瞳孔扩张则与随后的脑脊液向内流动信号相关，脑脊液流量会比瞳孔变化滞后4.75秒。而注意力和脑脊液的流动也有类似的规律，在脑脊液向外流动前约2秒，注意力会下降，而在脑脊液流动逆转，并重新向内流动前约1秒，注意力会恢复。

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脑脊液向内和向外流动的持续时间均约为10秒，这也表明脑脊液在每次波动期间，会移动数厘米，进而驱动大脑的清洁过程。不仅如此，注意力不集中时，参与者还会出现呼吸和心率减慢的现象。

这也意味着，在清醒状态下，注意力缺陷实际是一种全脑以及全身状态的改变。这种改变也是脑脊液流动的基础。论文的第一作者杨子农（Zinong Yang，音译）说：“我们可以这样来理解这些现象：由于大脑非常需要睡眠，所以它会尽力地进入类似睡眠的状态，以恢复一些认知功能。因此，大脑的脑脊液系统会一直试图通过促使大脑在高度专注和高流速状态之间反复切换，来尝试恢复大脑的认知功能。”

而这样的变化似乎还有深层的生理原因，研究人员发现，在睡眠剥夺的清醒状态下，受试者还会出现去甲肾上腺素波动的动态变化。去甲肾上腺素主要由大脑中的蓝斑核分泌，它也是一种关键的神经递质，负责警觉、唤醒和注意力。

在睡眠剥夺之后，蓝斑核活动的下降可能会降低神经元的觉醒状态，这会导致去甲肾上腺素的分泌减少，这会进一步导致瞳孔收缩。而作为一种血管收缩剂，去甲肾上腺素减少也会让大脑中的血管扩张，导致大脑内的压力增强。它会促使脑脊液在几秒钟后从第四脑室向外流出，流入脑膜中。而随着大脑意识到自己的“走神”，它会进一步增强蓝斑核的活动，并分泌去甲肾上腺素，这种流动就会被逆转——而这个过程会在睡眠不足或者剥夺后，反复出现。