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哌甲酯、安非他明等处方兴奋剂类药物是强效的去甲肾上腺素和多巴胺再摄取抑制剂，被认为能够促进觉醒和注意力，广泛应用于治疗注意力缺陷/多动障碍（ADHD）等。

早期研究发现，前额叶皮层中与注意力的自主分配相关区域，会通过额叶-纹状体环路受到兴奋剂的调节。基于兴奋剂主要作用于前额叶皮层的假设，以及它对注意力和工作记忆任务的积极作用，逐渐形成了一个普遍观点，即兴奋剂能够提升注意力，甚至可能增强整体认知能力。

基于任务的功能性磁共振成像（fMRI）研究显示，兴奋剂不仅影响前额叶皮层，还作用于一些功能难以统一解释的脑区，例如岛叶、辅助运动区和丘脑。尽管越来越多的研究利用fMRI探索兴奋剂的神经影响，但至今尚未形成一致的药物作用机制假说。

在上周的《细胞》杂志上，美国圣路易斯华盛顿大学的研究团队发表了最新研究成果。

他们发现，兴奋剂相关的功能连接差异主要出现在感觉运动区域，其模式与fMRI中的白天觉醒状态、夜间更长的睡眠时间以及去甲肾上腺素转运蛋白表达相一致。服用兴奋剂能够逆转睡眠不足对功能连接和学业成绩的负面影响。此外，兴奋剂还改变了突显网络和顶叶记忆网络的连接，它们与多巴胺介导的奖赏驱动学习密切相关，但并未影响大脑的注意力系统。

综合来看，兴奋剂的去甲肾上腺素与多巴胺双重作用可能使大脑趋向于一种更清醒、更具奖励感的状态，从而提升任务中的努力和坚持，而不是直接改善注意力网络。这也是科学家们首次发现兴奋剂主要作用于大脑的奖赏和觉醒中枢，而非注意力回路。

这项研究使用了青少年大脑认知发展（ABCD）研究参与者的静息态fMRI（rs-fMRI）数据，建模分析处方类兴奋剂在注意力、觉醒以及突显/记忆网络中的功能连接差异。

ABCD研究共纳入11875名8-11岁儿童，约7.8%的儿童有兴奋剂处方，其中6.2%在接受MRI扫描当天服用了药物。在较严格的诊断标准下，3.7%的儿童符合ADHD，其中42.7%有兴奋剂处方，34.9%在扫描当天服药。

兴奋剂相关的功能连接差异主要出现在感觉运动网络、听觉网络、突显网络和顶叶记忆网络，其中感觉运动网络与听觉网络内部的连接减少，感觉运动网络和突显网络/顶叶记忆网络之间的跨网络连接增加，感觉运动网络与唤起/觉醒有关，突显网络/顶叶记忆网络则是控制奖赏动机行为的关键脑区。然而，背侧和腹侧注意力网络、前额顶叶控制网络中没有显著差异。

这一结果在精密影像药物试验（PIDT）中得到了验证，5名无ADHD的健康成年人在服用40 mg哌甲酯后，采集165-210分钟（平均186分钟）的rs-fMRI数据，功能连接的变化与ABCD研究中的儿童相一致。

由于功能连接的最大差异出现在感觉运动网络中，研究人员比较了睡眠时长与服用兴奋剂的功能连接模式，发现睡眠更长的儿童的连接模式与服用兴奋剂高度相似，都表现为感觉运动网络内部连接减少，感觉运动网络与听觉网络/视觉网络的连接也减少。可以说，兴奋剂模拟了睡眠增加的效果。不过，相较之下，兴奋剂对突显网络/顶叶记忆网络的影响更显著。

为了进一步进行验证，研究人员还比较了睡眠相关的功能连接模式与独立的觉醒指标。他们发现，睡眠相关的功能连接与脑电图α波/δ波比值、呼吸速率变化和去甲肾上腺素转运蛋白密度PET图谱显著相关。类似的，兴奋剂也与这些独立的觉醒指标相关。

兴奋剂与充足的睡眠都被认为有利于注意力和工作记忆。在ABCD研究中，ADHD儿童在服药兴奋剂后，学业成绩和认知表现确实有所改善，而睡眠不足的儿童在服药兴奋剂后也表现出学业成绩改善，同时，非ADHD且睡眠充足的儿童服用兴奋剂后并无显著提升。

ABCD研究中只有48%的儿童在父母报告中满足每晚至少9小时的睡眠。针对睡眠、行为和功能连接关联的子分析显示，睡眠时间较短与感觉运动网络、听觉网络和视觉网络的功能连接变化相关。睡眠不足通常导致这些网络的连接模式偏离觉醒状态，进而影响认知和学习表现，服用兴奋剂后，功能连接模式恢复到类似睡眠充足时的状态。

睡眠不足的儿童在学业成绩上通常表现较差，但如果在MRI扫描当天服用了兴奋剂，他们的成绩会显著改善，说明药物在一定程度上补偿了睡眠不足的影响。

综上所述，这项研究的结果颠覆了传统观点，兴奋剂并不直接作用于注意力网络，而是改变感觉运动网络、突显网络、顶叶记忆网络，即通过 “更清醒+更有动力” 的组合来改善表现，而不是直接提升注意力。此外，兴奋剂的作用机制在某种程度上模仿了充足睡眠带来的觉醒恢复。这也意味着，它不是“认知增强药物”，对于睡眠正常的健康人来说可能没有益处。

研究人员也指出，尽管睡眠不足的人服药兴奋剂可以带来暂时的认知表现提升，但是可能会掩盖长期睡眠剥夺的风险，他们认为需要在未来的研究中了解兴奋剂对大脑功能的潜在长期影响。