咖啡如何影响睡眠中的大脑？

咖啡可以帮助你保持清醒。但是，咖啡因在你入睡后会对你的大脑产生什么影响呢？一组研究人员利用人工智能找到了答案：它会影响大脑的“临界性”。

　　

咖啡因不仅存在于咖啡中，还存在于茶、巧克力、能量饮料和许多软饮料中，这使其成为世界上消费最广泛的精神活性物质之一。

在四月份发表在《自然通讯生物学》杂志上的一项研究中，蒙特利尔大学的一组研究人员揭示了咖啡因如何在一夜之间改变睡眠并影响大脑的恢复——包括身体和认知的恢复。

这项研究由蒙特利尔大学认知和计算神经科学实验室 (CoCo Lab) 的研究实习生 Philipp Th?lke 领导，实验室主任、Mila - Quebec AI 研究所的心理学教授兼研究员 Karim Jerbi 共同领导。

科学家们与蒙特利尔大学睡眠医学高级研究中心的睡眠和衰老心理学教授 Julie Carrier 及其团队合作，使用人工智能和脑电图 (EEG) 研究咖啡因对睡眠的影响。

他们首次证明，咖啡因能够增加大脑信号的复杂性，并增强睡眠期间大脑的“临界状态”。有趣的是，这种现象在年轻人中更为明显。

“临界状态描述的是大脑在有序与混乱之间达到平衡的状态，”杰比说道。“它就像一支管弦乐队：太安静，什么也不会发生；太混乱，就会出现不和谐的声音。临界状态是一种令人愉悦的媒介，大脑活动既有条理，又灵活。在这种状态下，大脑功能最佳：它可以高效地处理信息，快速适应，学习并敏捷地做出决策。”

卡里尔补充道：“咖啡因刺激大脑，使其进入临界状态，使大脑更加清醒、警觉，反应也更加灵敏。虽然这种状态在白天有助于集中注意力，但夜间可能会干扰休息：大脑既无法放松，也无法正常恢复。”

40名成年人参与研究。
为了研究咖啡因如何影响睡眠中的大脑，Carrier的团队使用脑电图记录了40名健康成年人的夜间大脑活动。他们比较了每个参与者在两个不同夜晚的大脑活动——一个晚上，他们在睡前三小时和一小时服用咖啡因胶囊；另一个晚上，他们在睡前同一时间服用安慰剂。

“我们使用了先进的统计分析和人工智能来识别神经元活动的细微变化，”该研究的第一作者Th?lke说道。“结果表明，咖啡因增加了脑信号的复杂性，反映出更动态、更难以预测的神经元活动，尤其是在非快速眼动（NREM）睡眠阶段，而这一阶段对记忆巩固和认知恢复至关重要。”

研究人员还发现，睡眠期间大脑的电节律发生了显著变化：咖啡因会减弱θ波和α波等较慢的振荡（通常与深度恢复性睡眠相关），并刺激β波活动（在清醒和精神活动期间更常见）。

“这些变化表明，即使在睡眠期间，大脑在咖啡因的影响下仍处于更活跃、恢复性更低的状态，”同时担任加拿大计算神经科学和认知神经成像研究主席的Jerbi说道。 “大脑节律活动的这种变化可能有助于解释为什么咖啡因会影响大脑在夜间恢复的效率，并可能对记忆处理产生影响。”

20 多岁的人受影响更大
该研究还表明，与 41 至 58 岁的中年参与者相比，咖啡因对大脑动态的影响在 20 至 27 岁的年轻人中更为明显，尤其是在快速眼动睡眠期间，即与做梦相关的阶段。

年轻人对咖啡因的反应更强烈，这可能是因为他们大脑中腺苷受体的密度更高。腺苷是一种在一天中逐渐在大脑中积累的分子，会导致疲劳感。

“腺苷受体会随着年龄的增长而自然减少，从而降低了咖啡因阻断它们并改善大脑复杂性的能力，这或许可以部分解释咖啡因在中年参与者中的作用减弱，”Carrier 说道。

这些与年龄相关的差异表明，年轻人的大脑可能更容易受到咖啡因的刺激作用的影响。鉴于咖啡因在世界各地广泛使用，尤其是作为日常缓解疲劳的药物，研究人员强调了解其对不同年龄段和健康状况的大脑活动的复杂影响至关重要。

他们补充说，需要进一步研究来阐明这些神经变化如何影响认知健康和日常功能，并可能指导个性化的咖啡因摄入建议。