近日，北京师范大学心理学部周可团队联合安徽医科大学第二附属医院、中国科学技术大学附属第一医院、中国科学院生物物理研究所，在国际学术期刊《Advanced Science》在线发表题为 “Inhibitory Decay and Supercritical Brain Dynamics During Sleep Deprivation” 的研究论文。该研究基于36小时睡眠剥夺过程中的多时间点静息态功能磁共振数据，结合神经雪崩分析和兴奋-抑制递归神经网络建模，揭示了睡眠剥夺如何推动人脑大尺度动力学从近临界状态向超临界状态漂移，并提出抑制效能衰减可能是连接睡眠压力积累与大脑传播稳定性下降的重要机制。

睡眠剥夺是现代社会中常见的生理与认知挑战，会显著影响警觉性、注意控制和高级认知功能。以往研究多从脑区活动、功能连接或行为表现角度考察睡眠剥夺的影响，但长时间清醒是否会改变大脑整体动力学工作点，以及这种变化背后的潜在神经机制，仍缺乏系统证据。临界性理论认为，健康大脑可能工作在有序与无序之间的临界状态附近，从而兼具稳定性、灵活性和高效的信息传播能力。该研究由此关注：睡眠剥夺是否会使大脑偏离这一有利状态。

研究团队招募26名健康青年被试，在36小时连续清醒过程中进行多时间点的静息态功能磁共振扫描和行为评估，并记录主观睡眠压力及心理运动警觉任务表现。研究者利用静息态fMRI信号构建神经雪崩指标，包括分支比和平均雪崩大小，以刻画大脑活动传播的稳定性及其随睡眠剥夺时间的变化。

图 1. 在36小时睡眠剥夺过程中,参与者的主观睡眠压力在较早阶段即明显升高，而PVT警觉性损害出现相对较晚。

结果显示，随着睡眠剥夺持续，大脑神经雪崩指标显著升高。全脑分支比和平均雪崩大小随睡眠剥夺组建增加，表明长时间清醒后，大脑整体动力学稳定性发生显著改变，活动传播从近临界状态逐渐转向超临界状态。进一步分析发现，这种临界性偏移具有明显的网络特异性。视觉网络和感觉运动网络表现出较强的超临界偏移，而边缘网络在整个睡眠剥夺过程中相对接近临界状态，表现出较高的动力学稳定性。同时，神经雪崩指标与主观睡眠压力的关系更为密切，而与PVT警觉性失误的关系相对较弱，提示大脑临界性偏移可能更直接反映睡眠压力的累积，而不只是瞬时行为表现下降。

图 2. 平均雪崩大小和分支比随睡眠剥夺时间增加而上升，并与睡眠压力变化趋势相似。

为进一步解释这一宏观动力学转变的潜在机制，研究团队构建了兴奋-抑制递归神经网络模型。模拟结果显示，选择性降低抑制效能能够较好再现实验数据中观察到的从近临界向超临界漂移的方向、阶段性变化以及部分网络的相对稳定模式。与单纯兴奋增强模型相比，抑制衰减模型更能解释睡眠剥夺期间大脑临界状态转变的时间特征。

图 3. 随着模拟睡眠剥夺时间增加，抑制衰减皮层网络模型产生的gamma功率呈现与实验数据相似的变化趋势。

该研究系统刻画了人脑在36小时睡眠剥夺过程中的临界动力学演化轨迹，发现长时间清醒会推动大脑从近临界状态向超临界状态漂移，并以网络特异性的方式影响视觉、感觉运动和边缘系统。研究进一步提出，抑制效能衰减可能是连接睡眠压力积累与大脑大尺度传播稳定性下降的关键机制。该发现不仅拓展了睡眠剥夺神经机制研究的理论框架，也为理解睡眠不足相关的认知功能下降、脑状态失稳及精神神经疾病中的临界性异常提供了新的动力学视角。

安徽医科大学第二附属医院放射科张岱副研究员为本研究第一作者，北京师范大学心理学部周可教授和中国科学技术大学附属第一医院神经内科田仰华教授为共同通讯作者。北京师范大学心理学部周丽琴博士、安徽医科大学第二附属医院汪蓉、中国科学院生物物理研究所左真涛高级工程师等参与了本研究。该研究得到“脑科学与类脑研究”国家科技重大专项、国家自然科学基金、国家人类遗传资源共享服务平台项目及中央高校基本科研业务费资助。

论文信息：Zhang, D., Zhou, L., Wang, R., Han, Y., Zuo, Z., Tian, Y., & Zhou, K. (2026). Inhibitory Decay and Supercritical Brain Dynamics During Sleep Deprivation. Advanced Science. https://doi.org/10.1002/advs.75698