你有過(guò)這種感覺(jué)嗎？

在辛苦勞累一天后

什么也不想做

只想舒舒服服躺著

或者和友人歡聚、吃頓好的

最近，由法國(guó)科學(xué)家完成的一項(xiàng)腦成像研究也許可為我們提供部分答案——困難的認(rèn)知工作會(huì)導(dǎo)致谷氨酸（glutamate，一種重要的氨基酸和神經(jīng)遞質(zhì)）在人腦外側(cè)前額葉皮層累積，而調(diào)節(jié)谷氨酸的需要?jiǎng)t會(huì)減少人們對(duì)決策的控制，最終讓人們選擇低努力、短回報(bào)的行動(dòng)。該研究在2022年8月11日在線發(fā)表于生命科學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威期刊“

上面（Wiehler et al., in press）。

普林斯頓大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Jonathan Cohen指出：“這并不是第一項(xiàng)試圖解釋認(rèn)知疲勞的研究，但它必然會(huì)引發(fā)爭(zhēng)議?！痹S多科學(xué)家曾經(jīng)認(rèn)為，做困難的腦力任務(wù)比簡(jiǎn)單的任務(wù)消耗更多的能量，就像鍛煉對(duì)肌肉一樣消耗大腦。甚至有些人還建議喝含糖奶昔比人工加糖的奶昔更能讓你頭腦清醒。而本研究則從神經(jīng)代謝的角度提出了一種全新的解釋。

谷氨酸通常會(huì)激發(fā)神經(jīng)元，在學(xué)習(xí)和記憶中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但過(guò)多會(huì)嚴(yán)重破壞大腦功能，導(dǎo)致從細(xì)胞死亡到癲癇發(fā)作等一系列問(wèn)題。在這項(xiàng)新研究中，研究者研究了谷氨酸水平是否與人們精神疲憊時(shí)經(jīng)常表現(xiàn)出來(lái)的行為有關(guān)。例如，尋求簡(jiǎn)單、即時(shí)的滿足，或沖動(dòng)行事。

科學(xué)家們使用了一種稱為磁共振波譜（magnetic resonance spectroscopy，MRS）的非侵入性技術(shù)，該技術(shù)可以通過(guò)無(wú)線電波和強(qiáng)力磁鐵的組合檢測(cè)人腦中的谷氨酸水平。根據(jù)已有研究，研究者著重關(guān)注了外側(cè)前額葉皮層（lateral prefrontal cortex, lPFC）中的谷氨酸水平變化，該腦區(qū)有助于人們保持專注并制定計(jì)劃。當(dāng)一個(gè)人變得精神疲憊時(shí)，這個(gè)區(qū)域就會(huì)變得不那么活躍。

研究者將39名被試分成兩組，為其中一組分配旨在誘發(fā)認(rèn)知疲憊的一系列困難的認(rèn)知任務(wù)。一種是，被試必須決定計(jì)算機(jī)屏幕上快速連續(xù)閃爍的字母和數(shù)字是綠色還是紅色、大寫還是小寫，以及其他變式。在另一種情況下，被試必須記住一個(gè)數(shù)字是否與他們之前看到的三個(gè)字符相匹配。實(shí)驗(yàn)持續(xù)了大約6個(gè)小時(shí)，有兩次10分鐘的休息時(shí)間和一頓簡(jiǎn)單的午餐，包括三明治和一塊水果。在第二組中，被試完成了類似，但更簡(jiǎn)單的任務(wù)。

隨著時(shí)間的推移，研究者通過(guò)要求被試做出需要自我控制的選擇來(lái)反復(fù)測(cè)量他們的認(rèn)知疲勞水平，例如，決定放棄立即可用的現(xiàn)金，以便他們以后可以賺到更多的錢。研究者觀察到，被分配到更困難任務(wù)的小組比任務(wù)更輕松的小組做出的沖動(dòng)選擇要多出約10%。與此同時(shí)，他們?cè)谕鈧?cè)前額葉皮層中的谷氨酸水平上升了約8%，這一模式在另一組中沒(méi)有出現(xiàn)。總之，該研究從神經(jīng)代謝的角度揭示出，谷氨酸的積累觸發(fā)了一種調(diào)節(jié)機(jī)制，使lPFC的激活成本更高，這解釋了為什么勞累的工作日后更難調(diào)動(dòng)認(rèn)知控制。

該研究的第一作者、巴黎大腦研究所的計(jì)算精神病學(xué)家Antonius Weihler說(shuō)：“目前，離完全證實(shí)我們提出的神經(jīng)代謝模型還有很大一段距離。但如果確實(shí)如此，也就意味著睡眠的恢復(fù)能力是通過(guò)排出代謝廢物來(lái)'清潔’大腦。另外，鑒于谷氨酸信號(hào)異常發(fā)生在許多腦部疾病中。未來(lái)，有可能使用前額葉皮層中的谷氨酸水平來(lái)檢測(cè)嚴(yán)重疲勞，并監(jiān)測(cè)抑郁癥或癌癥等疾病的恢復(fù)情況。”

布萊根女子醫(yī)院的臨床光譜學(xué)家Alexander Lin指出，這項(xiàng)研究的一個(gè)重要局限是使用的掃描儀功能不足以區(qū)分谷氨酸和另一種密切相關(guān)的分子谷氨酰胺。但這些發(fā)現(xiàn)為研究谷氨酸如何潛在地受到藥物或神經(jīng)刺激等裝置的調(diào)節(jié)提供了基礎(chǔ)。

布朗大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家Sebastian Musslick懷疑代謝物是否會(huì)成為導(dǎo)致認(rèn)知疲勞的關(guān)鍵因素。他認(rèn)為大腦疲勞時(shí)谷氨酸的增加也許是有目的的。我們體內(nèi)的器官不斷與我們的大腦交流，讓我們知道什么時(shí)候需要吃飯、睡覺(jué)、喝水和上廁所。因此，也許前額葉皮層的谷氨酸正在向大腦的內(nèi)部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)送類似的狀態(tài)更新。

此外，Cohen也指出，該研究無(wú)法解釋為什么人類經(jīng)常能夠克服認(rèn)知疲勞，或具有輕松執(zhí)行要求苛刻的計(jì)算任務(wù)（如面部識(shí)別）的能力。如果這些任務(wù)要計(jì)算機(jī)來(lái)做則需要上兆瓦的能量。看起來(lái)大腦為了處理這么多艱巨的任務(wù)，必須有一個(gè)更復(fù)雜的計(jì)算系統(tǒng)來(lái)分配努力，而不是簡(jiǎn)單地積累或消耗代謝副產(chǎn)物。

參考文獻(xiàn)

Underwood E. (2022, August 11). Mentally exhausted? Study blames buildup of key chemical in brain. https://www./content/article/mentally-exhausted-study-blames-buildup-key-chemical-brain

Wiehler A., Branzoli, F., Adanyeguh, I., Mochel, F., & Pessiglione, M. (2022). A neuro-metabolic account of why daylong cognitive work alters the control of economic decisions. Current Biology. DOI: 10.1016/j.cub.2022.07.010.