尽管睡眠剥夺影响认知表现并导致大脑功能紊乱已被广泛认识,但对睡眠剥夺如何影响认知的神经机制仍莫衷一是,缺乏一个总体的解释框架。在研究一,我们结合行为和影像的系列元分析,试图系统地综述睡眠剥夺对于大脑在执行不同难度任务时的影响。从认知行为的角度,睡眠剥夺对多数认知功能都产生了负性影响,尤其是对简单认知任务的影响最为明显,例如注意和警觉功能。从神经活动角度,睡眠剥夺的影响具有区域特异性:主要影响前额叶和脑岛等执行控制网络的活动。基于研究一的结果和启发,我们在研究二中利用任务规则置换范式,研究睡眠剥夺对于简单和高级认知任务的不同影响,并探究该影响是否独立于警觉和执行控制功能。我们发现(1)睡眠剥夺仅仅减少了简单认知任务的加工速度,但并未损害简单任务的关键认知表现—正确率。(2)影像结果显示睡眠剥夺并未改变大脑在简单认知任务中的激活和连接模式,表明简单认知任务的练习有助于对抗睡眠剥夺的负性效应;(3)睡眠剥夺降低了高级认知任务的反应时和正确率,并且改变了大脑的激活和连接模式;(4)回归掉警觉和执行控制功能的影响后,仍然发现睡眠剥夺对高级认知任务表现的正确率有抑制作用。这些结果表明睡眠剥夺影响高级认知任务的方式并不仅仅通过降低基础认知成分,而且通过改变大脑加工策略(由快速学习转换为提取改良)的方式,从而降低了个体高级认知加工的表现。这两个研究提示我们睡眠剥夺对认知的影响是多维度的,需从更加整体的角度研究和解释睡眠剥夺,从而帮助我们开发和实施更有针对性的措施。