آیا تاکنون به این فکر کرده‌اید که اگر یک شبانه‌روز تمام بیدار باشید، کل روز بعد را هم بیدار باشید و در نهایت در شب دوم بخوابید، چه اتفاق‌هایی در داخل مغز شما رخ می‌دهد؟ یک گروه پژوهشی متشکل از دانشمندان دانشگاه لیج (University of Liege) و دانشگاه ساوری (University of Surrey) با یکدیگر همکاری کرده و نتایج تحقیقاتشان را در ژورنال علم منتشر کرده‌اند. آن‌ها اسکن مغزی 33 فرد داوطلب را که به مدت دو شبانه‌روز از خواب محروم بوده‌اند مطالعه کردند. فعالیت بخش‌های مختلف مغز به گونه‌ای بود که از ساعت شبانه‌روز کره‌ی زمین تبعیت می‌کردند و در طول 24 ساعت که رفتار مغز به طور ریتمیک است، قشرهای خاصی از مغز تغییرات شگفت‌انگیزی را نشان می‌دادند. 

سایر نواحی مغز، به ویژه مناطق خاص پیشانی،  همزمان با بیداری پس از بازگشت به سطوح پیش‌محرومیت از خواب، بعد از یک خواب جبرانی کاهش فعالیت را نشان می‌دادند. برخی از مناطق مغز الگویی را نشان می‌دادند که ترکیبی از الگوی ریتمیک شبانه‌روزی و الگوی کاهش فعالیت در طول زمان بیداری بود. 

یکی از یافته‌های شگفت‌آور این است که آثار کم‌خوابی بر مغز زمانی که افراد کارهای یدی و عملی انجام می‌دادند، بسیار بیشتر از زمانی بروز داشت که از آن‌ها خواسته می‌شد با حافظه‌ی خود چیزهای پیچیده‌ای را به یاد بیاورند. در واقع محققان دریافتند که کم‌خوابی بر کیفیت اجرای کارها بسیار بیشتر از بکارگیری حافظه تأثیر می‌گذارد. 

در این مطالعه از هر داوطلب 13 اسکن مغزی گرفته شد که 12 اسکن در زمان خواب افراد تهیه شد و یکی در هنگام بیدارشدن. داده‌های به دست آمده با ریتم ترشح ملاتونین در مغز تطبیق داده شدند. ملاتونین یک هورمون است که ساعت بیولوژیک بدن را تنظیم می‌کند. در واقع ملاتونین نشان‌گر زمانی مغز است که به آن زمان فعالیت و استراحت را اعلام می‌کند.

اختلافاتی که در پاسخ مغز وجود داشت و برجستگی‌های موجود در ریتم شبانه‌روزی فعالیت مغزی نشان می‌دادند که مغز تا چه حد می‌تواند تحت تأثیر کمبود خواب قرار بگیرد. در حقیقت مغز در مواجهه با کمبود خواب مکانیسم‌های پیچیده‌ای را نشان می‌داد. از طرفی محققان دریافتند که زمان دریافت اسکن مغزی در افرادی که دچار کمبود خواب بوده‌اند بسیار مهم است. اسکن در ساعات مختلف روز، نتایج متفاوتی را به دست محققان می‌داد. 

مدت زیادی است که مشاهدات رفتاری نشان می‌دهند عملکرد مغز تحت تأثیر مدت زمان بیداری و ساعت بیولوژیکی شبانه‌روز فعالیت می‌کند. یافته‌ها به ما می‌گویند که فعالیت‌های مغزی در زمان بیداری پس از یک دوره محرومیت از خواب به حالت عادی باز نمی‌گردند و عملکرد نواحی مختلف مغز نسبت به جبران کمبود خواب خطی نیست، بلکه در طول شب بیولوژیکی مغز در حالتی آشفته به سر می‌برد و با آغاز روز بیولوژیکی بعدی، به تدریج به بهبودی و شرایط طبیعی می‌رسد. 

یافته‌های اخیر نشان می‌دهند که این دو فرآیند و این دوره‌ی زمانی را می‌توان با استفاده از تصویربرداری مغناطیسی کاربردی رزونانس (fmRI) با جزئیات مشاهده کرد. این نوع تصویربرداری فعالیت‌های مغزی را نشان می‌دهد و همچنین سهم نسبی کمبود خواب را در الگوی فعالیت‌های مغزی در ساعات مختلف شبانه‌روز روشن می‌کند. 

پروفسور درک‌ژان دایک (Derk-Jan Dijk) از دانشگاه ساوری می‌گوید: «تماشای تصویر (fmRI) بسیار لذت‌بخش است. ما می‌توانیم فعالیت‌های مغز را به خوبی ببینیم و درک کنیم که کمبود خواب و ریتم شبانه‌روزی ساعت بیولوژیکی بدن در ترکیب با هم چه تأثیرات جالبی روی مغز دارند. اطلاعات ما در نهایت به ما کمک می‌کند بفهمیم که چگونه بهترین عملکرد مغز را در طول روز حفظ کنیم و چرا بسیاری از نشانه‌های مرتبط با روان و سیستم عصبی در ما افزایش و یا کاهش می‌یابند. همچنین درمی‌یابیم که چرا در ابتدای صبح پس از یک شب محروم از خواب، برای حفظ هوشیاری خود باید به شدت تلاش و تمرکز کنیم، اما در عصر همان روز دیگر مشکلی با عملکرد مغزمان نداریم و همه چیز عادی جلوه می‌کند.»

همچنین وینچنزو میوتو (Vincenzo Muto) از دانشگاه لیج می‌گوید: «اطلاعاتی که ما به دست آوردیم تعامل بسیار پیچیده میان ساعت بیولوژیکی بدن ما و مدت زمانی که بیدار سپری کردیم و مغز مجبور به فعالیت است را نمایان می‌کند. این پدیده بسیار جذاب است.» پیر ماکوت (Pierre Maquet) از دانشگاه لیج اضافه می‌کند: «این نتایج فرضیه‌ای را مطرح می‌کنند که می‌گوید مغز به طور مداوم تحت تأثیر دو پدیده‌ است: فشار خواب و ساعت شبانه‌روزی کره‌ی زمین که هردوی آن‌ها در سطحی فردی یا محلی قابل تغییر و تنظیم هستند.»