现如今，缺乏睡眠是一个相当普遍的问题。上夜班、倒时差、睡眠障碍和衰老都会影响我们的睡眠时间，而睡眠不足会导致健康情况恶化。在熬夜的时候，我们大脑的认知能力也会快速大幅下降。

为了揭示缺乏睡眠与昼夜节律之间的关系，Liege大学和Surrey大学的研究人员招募了33名志愿者。他们让志愿者连续两晚不睡，在睡眠剥夺和随后的恢复性睡眠中扫描他们的大脑。这项研究最近发表在Science杂志上，揭示了大脑应答睡眠缺失的复杂机制。

研究人员对每个志愿者进行13次大脑扫描，其中12次在睡眠剥夺阶段，1次在恢复性睡眠阶段。随后，他们将扫描数据与褪黑素节律进行对比。褪黑素是人脑昼夜节律的一种激素指标。

研究显示，一些大脑区域（尤其是亚皮层区域）的活性遵循24小时节律。另一些大脑区域（尤其frontal brain）的活性随着清醒时间的延长而降低，不过会在恢复性睡眠之后回到睡眠剥夺前的水平。还有一些大脑区域的活性表现为上述两种模式的结合。此外，扫描大脑的时间对扫描结果有很大的影响。

从人类行为上看，大脑功能同时受到清醒时间和昼夜节律的影响。在睡眠剥夺阶段，大脑性能恶化与清醒时间并不是线性关系。大脑性能一般在白天保持稳定，在晚上快速恶化，到第二天又稍有改善。

研究人员通过检测大脑活性的功能性磁共振成像（fMRI）观察到了这一现象。他们的研究指出，在大脑应答的水平上检测到了这一现象。而且研究显示，清醒时间和昼夜节律对大脑功能有显著影响，不过这两个因素对各个大脑区域的影响并不相同。