幾乎每個人都知道這種感覺。整夜睡眠不足後，注意力會變得更加困難。浮想聯翩 反應時間變慢 當最需要注意力時，頭腦的清晰度就會減弱。
麻省理工學院的新研究揭示了在這些短暫的注意力集中期間大腦內部發生的情況。研究表明，當注意力短暫喪失時，腦脊液（CSF）就會從大腦中流失。這是通常在睡眠期間發生的過程。並有助於消除全天積累的廢物這種清潔活動被認為對於保持大腦健康和正常運作很重要。
當一個人睡眠不足時，身體會試圖通過在清醒時誘導快速液體運動來補償失去的休息。然而，這種補償有一個主要缺點：注意力持續時間急劇下降。
“如果你不睡覺，腦脊液波就會開始以一種你通常看不到的方式侵入清醒狀態。然而，這些波伴隨著注意力的權衡。隨著時間的推移，如果注意力不集中，就會出現流體流動波，”電氣工程和計算機科學副教授 Athinoula A. Martinos 的勞拉·劉易斯 (Laura Lewis) 說。麻省理工學院醫學工程與科學研究所和電子研究實驗室的成員。皮考爾學習與記憶研究所的準會員說
劉易斯是該研究的資深作者。發表於 自然神經科學麻省理工學院博士後研究員楊子農是該研究的主要作者。
睡眠如何保持大腦清潔？
睡眠對於生存至關重要。但科學家們仍然不明白為什麼睡眠起著如此重要的作用。顯而易見的是，睡眠對於保持警覺性至關重要。睡眠不足會對注意力和其他心理能力產生負面影響。可靠地
睡眠的一項重要功能是腦脊液，它包圍並緩衝大腦。在睡眠期間，腦脊液有助於排出清醒時積累的廢物。在 2019 年的一項研究中，劉易斯和她的同事發現，當人們睡覺時，這種液體會以有節奏的方式移動。這與腦電波活動的變化密切相關。
這些早期發現提出了一個新問題：當睡眠中斷時，這個液體系統會發生什麼？為了找到答案，研究人員招募了 26 名志願者，他們完成了兩項測試。這是在實驗室度過一個不眠之夜後的第一次。好好休息後又回來了。
第二天早上，參與者執行了一項標準化任務，用於評估睡眠不足的影響。與此同時，研究人員追踪了各種大腦和身體信號。
測量注意力和腦液流量
實驗過程中，每位參與者都戴著腦電圖 (EEG) 頭盔，躺在磁共振成像 (fMRI) 掃描儀中追踪他們的大腦活動。研究小組使用了一種特殊版本的功能磁共振成像，可以追踪血氧水平和腦脊液進出大腦的運動。心率、呼吸頻率和瞳孔大小也被記錄。
參與者在掃描儀內通過了兩項注意力測試。一項視力和聽力測試。在一項視覺任務中，他們在屏幕上觀看一個固定的十字，有時會變成一個正方形。他們被要求在每次發生變化時按下按鈕。在聽覺工作中，圖像被聲音所取代。
正如預期的那樣，睡眠不足的參與者的表現比休息良好時的表現更差。他們的反應較慢，在某些情況下，他們根本沒有註意到這些跡象。
當發生短暫的注意力缺失時，研究人員觀察到同時發生的幾種生理變化。最引人注目的是，腦脊液在無意識時會離開大腦。一旦注意力恢復，它就會流回來。
“結果表明，當注意力不集中時，這種液體就會從大腦中排出。而當興趣恢復時，它就會被拉回來，”劉易斯說。
研究小組認為，這種模式反映了大腦試圖補償錯過的睡眠。通過啟動通常在夜間進行的清潔過程。即使這樣做會暫時擾亂你的注意力。
“思考這些事件的一種方式是因為你的大腦需要大量的睡眠。因此它會盡力進入類似睡眠的狀態以恢復某些認知功能，”楊說。 “大腦中的液體系統正試圖通過推動大腦在高注意力和高流動狀態之間循環來恢復功能。”
大腦和身體系統協同工作。
該研究還表明，注意力缺陷與大腦以外的變化有關。在那段時間你的呼吸和心率變慢。瞳孔變小 腦脊液離開大腦前約 12 秒，瞳孔開始收縮，注意力恢復後恢復正常。
“有趣的是，這似乎不僅僅是一個大腦現象。而且它也是一個全身事件。它表明這些系統之間存在緊密的協調。這就是當你失去興趣時。你可能會在認知和精神上感受到它。但它也反映了整個大腦和身體發生的事件，”劉易斯說。
這些發現表明，單個控制系統可以協調注意力和基本身體功能（例如液體流動）。心率和警覺性
“這些結果告訴我們，有一個統一的迴路控制著我們所認為的高級大腦功能。無論是我們感知和響應世界的能力，還是基本的生理過程，例如大腦的流體動力學、整個大腦的血流和血管收縮，”劉易斯說。
儘管研究人員沒有確定所涉及的具體電路，但他們指出了該系統。去甲腎上腺素能 這是一個強有力的選擇。該系統使用神經遞質去甲腎上腺素來控制認知和身體功能。眾所周知，它在正常睡眠期間會發生波動。
這項研究得到了美國國立衛生研究院、國防科學與工程研究生研究獎學金、NAWA 獎學金、麥克奈特學者獎、斯隆獎學金、皮尤生物醫學學者獎、One Mind 新星獎和西蒙斯衰老大腦可塑性合作組織的支持。
