熬夜后，大脑总“掉线”？Nature子刊：仅一夜不睡，大脑被迫陷入“混合模式”，扰乱其“清洁排毒”系统，或导致认知崩盘

或许我们都有过这样的经历：熬完夜的第二天，明明眼睛睁着，脑子却像被偷偷罩上了一层“雾气”，做什么事都需要反复确认好几遍。整个人像“上线”了身体，却没“加载”灵魂。

其实，这种状态并不是单纯的“困”，而像是大脑在“后台”悄悄忙着别的事。最近发表在Nature Neuroscience的一项研究就揭开了这个“后台程序”的真相：当我们通宵不睡，大脑内部竟会启动一场离奇的“清洁行动”——神经活动紊乱、血流波动、瞳孔收缩、脑脊液剧烈涌动……整个“脑-体系统”在清醒状态下，硬生生执行起睡眠时才该进行的“垃圾清理任务”。结果自然可想而知：认知瞬间掉线，注意力彻底失灵。

DOI：10.1038/s41593-025-02098-8

睡眠不足篡改清醒时的生理节律

在充分休息的状态下，脑脊液的流动如同轻柔的潮汐，与呼吸节奏同步；而进入非快速眼动睡眠时，它则化为汹涌的波浪，负责清除代谢废物。

然而，这项研究发现，一夜不睡后，这些本属于睡眠的低频、高幅脑脊液波动竟“入侵”了清醒状态。数据显示，睡眠剥夺后的清醒期中，脑脊液在0.04Hz频率下的功率显著提升了4.7分贝，强度甚至接近浅睡阶段的水平。

与此同时，脑电图中的慢波活动与血流信号的低频波动也同步增强，形成一种“似睡非醒”的混合状态。这意味着，大脑在极度困倦时，会不受控制地启动睡眠特有的生理程序，即便努力保持清醒，脑内的“清洁工”已开始擅自作业。

睡眠剥夺可以影响大脑的CSF流动，EEG活动和BOLD信号

不过，注意力的崩溃并非随机发生，而是与一系列生理信号精准同步。当被试者在心理运动警觉任务中出现反应延迟或遗漏时，研究人员观察到：瞳孔首先收缩（意味着警觉度下降），随后脑血流信号增强，紧接着脑脊液向外涌出，再反向流回。

并且，瞳孔收缩与脑脊液流动之间存在强相关性，且后者滞后约4.75秒。具体来说，瞳孔变化通过调控血管收缩，间接驱动了脑脊液的波动。

觉醒状态下，瞳孔直径的动态变化与脑脊液流动、皮层 BOLD 活动及行为表现（反应时、遗漏率）存在时间上的紧密耦合

大脑在“掉线”与“重启”之间徘徊

随后，为了精准捕捉注意力崩溃与恢复瞬间的生理差异，研究者设计了一套精细的行为分类方法。他们并未将所有遗漏试次混为一谈，而是根据将其划分为三种类型：第一种是“孤立遗漏”，即前后均有正常反应的偶然失误；第二种是“持续遗漏的开端”，标志着注意力开始陷入连续涣散状态；第三种是“持续遗漏的终点”，紧接着便是注意力的恢复。

分析结果揭示了一幅动态的双向图景：当注意力开始溃散时，脑电图中的α–β频段功率显著下降，仿佛大脑皮层活跃度被瞬间“调低”，与此同时，脑脊液开始一波向外流动；而在注意力恢复的前夕，脑电活动则强势回升，脑脊液也随之反向流回大脑。

不同类型的注意力缺失事件与神经血管活动、脑脊液流动及全身生理指标（心率、呼吸率）存在特异性的分离式正负向关联

不仅如此，这种双向波动也体现在心率、呼吸等全身性生理指标上。尤为关键的是，行为的变化总是领先于脑脊液流动方向的改变——注意力下降约2秒后，脑脊液才大量外流；而注意力恢复约1秒后，脑脊液才转为内流。

这一切都说明，研究观察到的并非大脑简单的“死机”，而是疲惫大脑在维持清醒与偷偷执行睡眠功能之间所做的艰难妥协。

脑脊液流动的脉冲式动态变化与注意力状态密切相关

那么，为何调控注意力的神经调制系统会同时影响脑脊液流动呢？研究者指出，去甲肾上腺素既是警觉性的调节者，又是血管的收缩剂。当它的活性下降，不仅导致瞳孔收缩与注意力涣散，还会引起血管舒张，进而推动脑脊液外流。而随着注意力恢复，去甲肾上腺素水平回升，血管收缩，脑脊液又被“吸回”脑内。

这不仅解释了为何困倦时容易“走神”，也暗示了大脑在睡眠剥夺下试图通过短暂流体波动来执行部分清洁功能。

总体而言，这项研究首次在人类中揭示了注意力状态与大脑液体动力学之间的精细耦合，并提出一个假说：睡眠剥夺迫使大脑在清醒状态下频繁启动“类睡眠清洁模式”，而这一过程会干扰正常的认知功能。

参考资料：

[1]Yang Z, Williams SD, Beldzik E, Anakwe S, Schimmelpfennig E, Lewis LD. Attentional failures after sleep deprivation are locked to joint neurovascular, pupil and cerebrospinal fluid flow dynamics. Nat Neurosci. 2025 Oct 29. doi: 10.1038/s41593-025-02098-8. Epub ahead of print. PMID: 41162627.