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你有过这种感觉吗？ 在辛苦劳累一天后 什么也不想做 只想舒舒服服躺着 或者和友人欢聚、吃顿好的 最近，由法国科学家完成的一项脑成像研究也许可为我们提供部分答案——困难的认知工作会导致谷氨酸（glutamate，一种重要的氨基酸和神经递质）在人脑外侧前额叶皮层累积，而调节谷氨酸的需要则会减少人们对决策的控制，最终让人们选择低努力、短回报的行动。该研究在2022年8月11日在线发表于生命科学领域的权威期刊“ 上面（Wiehler et al., in press）。 普林斯顿大学神经科学家Jonathan Cohen指出：“这并不是第一项试图解释认知疲劳的研究，但它必然会引发争议。”许多科学家曾经认为，做困难的脑力任务比简单的任务消耗更多的能量，就像锻炼对肌肉一样消耗大脑。甚至有些人还建议喝含糖奶昔比人工加糖的奶昔更能让你头脑清醒。而本研究则从神经代谢的角度提出了一种全新的解释。
谷氨酸通常会激发神经元，在学习和记忆中发挥关键作用，但过多会严重破坏大脑功能，导致从细胞死亡到癫痫发作等一系列问题。在这项新研究中，研究者研究了谷氨酸水平是否与人们精神疲惫时经常表现出来的行为有关。例如，寻求简单、即时的满足，或冲动行事。 科学家们使用了一种称为磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy，MRS）的非侵入性技术，该技术可以通过无线电波和强力磁铁的组合检测人脑中的谷氨酸水平。根据已有研究，研究者着重关注了外侧前额叶皮层（lateral prefrontal cortex, lPFC）中的谷氨酸水平变化，该脑区有助于人们保持专注并制定计划。当一个人变得精神疲惫时，这个区域就会变得不那么活跃。 研究者将39名被试分成两组，为其中一组分配旨在诱发认知疲惫的一系列困难的认知任务。一种是，被试必须决定计算机屏幕上快速连续闪烁的字母和数字是绿色还是红色、大写还是小写，以及其他变式。在另一种情况下，被试必须记住一个数字是否与他们之前看到的三个字符相匹配。实验持续了大约6个小时，有两次10分钟的休息时间和一顿简单的午餐，包括三明治和一块水果。在第二组中，被试完成了类似，但更简单的任务。
随着时间的推移，研究者通过要求被试做出需要自我控制的选择来反复测量他们的认知疲劳水平，例如，决定放弃立即可用的现金，以便他们以后可以赚到更多的钱。研究者观察到，被分配到更困难任务的小组比任务更轻松的小组做出的冲动选择要多出约10%。与此同时，他们在外侧前额叶皮层中的谷氨酸水平上升了约8%，这一模式在另一组中没有出现。总之，该研究从神经代谢的角度揭示出，谷氨酸的积累触发了一种调节机制，使lPFC的激活成本更高，这解释了为什么劳累的工作日后更难调动认知控制。
该研究的第一作者、巴黎大脑研究所的计算精神病学家Antonius Weihler说：“目前，离完全证实我们提出的神经代谢模型还有很大一段距离。但如果确实如此，也就意味着睡眠的恢复能力是通过排出代谢废物来'清洁’大脑。另外，鉴于谷氨酸信号异常发生在许多脑部疾病中。未来，有可能使用前额叶皮层中的谷氨酸水平来检测严重疲劳，并监测抑郁症或癌症等疾病的恢复情况。” 布莱根女子医院的临床光谱学家Alexander Lin指出，这项研究的一个重要局限是使用的扫描仪功能不足以区分谷氨酸和另一种密切相关的分子谷氨酰胺。但这些发现为研究谷氨酸如何潜在地受到药物或神经刺激等装置的调节提供了基础。 布朗大学的神经科学家Sebastian Musslick怀疑代谢物是否会成为导致认知疲劳的关键因素。他认为大脑疲劳时谷氨酸的增加也许是有目的的。我们体内的器官不断与我们的大脑交流，让我们知道什么时候需要吃饭、睡觉、喝水和上厕所。因此，也许前额叶皮层的谷氨酸正在向大脑的内部监测系统发送类似的状态更新。 此外，Cohen也指出，该研究无法解释为什么人类经常能够克服认知疲劳，或具有轻松执行要求苛刻的计算任务（如面部识别）的能力。如果这些任务要计算机来做则需要上兆瓦的能量。看起来大脑为了处理这么多艰巨的任务，必须有一个更复杂的计算系统来分配努力，而不是简单地积累或消耗代谢副产物。
参考文献 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. |
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