创新背景

每个人的体力是有限的，超过一定程度的体力劳动会让人感到筋疲力尽，不得不休息一下恢复体力。
同样的，脑力劳动也会让人感到疲劳，一场几小时的考试往往让人筋疲力尽。过度思考，或者说在努力控制认知的任务上表现出色通常不能持续太久。就像职业围棋选手，他们的认知控制极限时间是4至5个小时。如果没有得到良好的休息，认知疲劳会使他们进入犯错高峰时段。
这些似乎看起来都是常识，但导致其背后的生物学原因科学家们仍知之甚少。

创新过程

巴黎 Pitié-Salpêtrière 医院、巴黎大脑研究所的研究人员揭示了认知疲劳与大脑代谢的影响。这项研究成果于2022年8月11日发表在Cell 子刊 Current Biology 上，文章题目为：A neuro-metabolic account of why daylong cognitive work alters the control of economic decisions 。

这项研究表明，认知疲劳可能是由于大脑的代谢变化。当高强度认知工作持续数小时后，会导致潜在的有毒副产物在大脑前额叶皮层积聚，从而改变对决策的控制。因此，当认知疲劳开始时，人会转向不需要努力或等待的低成本行为。

涉及大量思考的工作需要大脑反复抵制来自对立面的诱惑，这会让人感到精神疲劳。但精神疲劳到底是什么？研究人员猜测，可能是大脑需要回收来自神经活动的潜在有毒物质。

为了寻找证据，在这项新研究中，研究人员招募了40名参与者，并将他们分为两组：困难组和简单组。在6.25个小时内，所有参与者被要求执行诱导认知疲劳的两个认知控制任务。实验期间只有两次10分钟的休息时间。两组任务中，参与者或根据字母的颜色区分元音与辅音或大小写字母；或完成经济决策任务，例如是否现在收到41.20欧元，还是在一个月后收到50欧元。

在完成任务过程中的三个阶段，研究人员使用磁共振波谱（MRS）来量化神经组织中的代谢物。

他们发现，随着时间的推移，困难组的参与者在他们大脑的前额叶皮层积累了更高水平的谷氨酸。在经济决策上，困难组也开始选择需要较少思考和计算的答案。

众所周知，谷氨酸是大脑中主要的兴奋性神经递质，为了正常的皮层功能，它必须与抑制性神经传递保持紧密平衡。谷氨酸以高浓度存在于细胞中，参与氨的解毒，同时它也是蛋白质合成的前体。因此，限制谷氨酸释放很重要。因为它在细胞内室是一种有用的资源，而在细胞外室则是一种潜在的有毒副产物。

研究人员还测量了两组的瞳孔，随着时间推移，困难组的参与者瞳孔扩张减少，这是一种疲劳和认知努力的衡量标准，意味着他们更疲劳。

除了客观表现外，参与者还被要求在评分量表上对他们的疲劳程度进行主观的评分。有意思的是，随着时间的推移，两组的得分相似。

研究人员认为，这意味着，人们可能不太擅长倾听自己的身体，这种现象在日常生活中很常见。

结合之前研究的 fMRI 数据，这些结果支持了一种神经代谢模型，其中谷氨酸的积累触发了一种调节机制，使外侧前额叶皮层的激活成本更高。这也解释了为什么绝大部分人在下班过后更不愿意动脑子。

研究人员表示，想要缓解人们努力思考能力的限制，除了休息和睡眠，恐怕没有其他好方法了。因为有充分的证据表明，睡眠时谷氨酸会从突触中消失。另外，监测前额叶皮层的代谢物可以帮助检测严重的精神疲劳。这种方法可以帮助调整工作日程，以避免精疲力竭。

研究团队表示，进一步的工作将阐明过量的谷氨酸与精神疲劳之间的因果关系，而不仅仅是两者之间存在联系。

创新价值

研究团队经过两组对比实验分析发现持续的高强度工作不仅会导致瞳孔扩张的减少，还会造成更高水平的谷氨酸积累。这项研究的结果否定了以往认为疲劳是大脑制造的幻觉的理论，表明了认知工作会导致真正的大脑功能的改变，即有害物质的积累。因此，疲劳确实会是一种让人停止工作的信号，但目的不同：它是为了保持大脑功能的完整性。