Cell子刊为啥强行动脑筋会让我们疲惫不堪？

作者：丁叮当来源：微信公众号：Being科学（ID：gh_0b5bc293b393）即使是职业棋手，通常也会在比赛4-5小时后开始犯错，但当他们休息良好时，却不会失误。类似下棋这种活动会引起认知疲劳，想要赢得比赛则需要能够监控新的情境-行动映射，这种能力被称为认知或执行控制。然而，施加认知控制会使人筋疲力尽，其中的原因尚不清楚。一般来说，认知疲劳是由大脑产生的一种感觉，其目的是停止执行当前困难的任务，以获得更有益的活动。先前的共识是，能量储备的耗尽导致了脑力疲劳，但最近《Current Biology》上的一项研究却给出了新解释。研究人员发现，认知疲劳的产生与认知控制作用期间积累的潜在有毒物质有关。通过使用磁共振波谱（MRS），并结合以前的功能磁共振成像（fMRI）数据，他们揭示了艰苦的脑力劳动会造成大脑外侧前额叶皮层中谷氨酸的积累。研究人员还推断认知疲劳可能会影响经济选择，人们在认知疲劳状态下会更倾向于选择低努力行为和短期奖励。01认知疲劳的行为测量为了诱导认知疲劳，研究人员将参与者分为两组：在6。25小时内，执行困难且多变认知任务组，和执行简单且较少变化任务组。在寻找精神疲劳的行为特征时，研究人员从传统标准开始：绩效下降和自我报告。两组在前一天接受培训，并在整个测试当天保持高水平的表现。性能测量证实，低需求任务比高需求任务更容易，但没有证据来证明两组间存在不同的疲劳效应。除了客观表现外，参与者还被要求在评级量表上评估他们的主观疲劳程度，但主观报告无法捕捉到与任务难度具体相关的疲劳。为了评估可能影响选择的其他潜在心理状态，研究人员还要求参与者评估他们的饥饿和压力水平。饥饿评级在午餐前增加，但在10分钟休息后略微下降，而压力评级在一天中保持稳定。这些结果表明，自我报告的疲劳（如饥饿和压力）应与认知控制相关的实际疲劳区分开来。为了揭示与认知控制需求相关的认知疲劳，研究人员进行了经济决策观察实验。参与者在每24次认知任务试验后做出了四种选择，对应于四个可能的成本域：（1）奖励交付延迟（银行转账），（2）认知努力（实验后要执行的30分钟难度水平任务），（3）体力劳动（实验后在家进行30分钟自行车训练），（4）奖励交付的概率（在实验后玩的彩票中奖）。认知疲劳的计算特征表明，疲劳会改变做出选择的方式，有利于避免产生深思熟虑痛苦的方式。也就是脑力疲劳后，人们更倾向于做出简单、低成本、即时奖励的选择。02认知疲劳的代谢措施行为结果表明，疲劳引起的选择改变与做出决策投入的精力减少有关。为了解释为什么认知控制成本会因执行困难的认知任务而增加，研究人员关注了大脑代谢情况。研究模型假设认知控制区域要么耗尽了一些代谢资源，要么积累了一些有毒副产品。研究假设上述代谢改变（疲惫或积累）仅在执行困难的认知任务时发生，仅影响以前研究中确定与认知疲劳相关的区域（lPFC）而不是初级视觉皮层（V1），并且会逐渐发展直到平台期。实验结果表明，唯一显示出显著三元相互作用的代谢物是谷氨酸盐。从某种意义上说，执行困难认知任务的实验组在lPFC中显示出比对照组更多的谷氨酸，而在视觉皮层中没有观察到差异。03模拟神经活动与代谢指标的联系为了检查认知控制的下调导致lPFC活性降低，是否可以解释lPFC谷氨酸测量的模式，研究人员开发了一个模型，结果表明，当大脑疲劳程度较轻时，可以通过清除过程，将谷氨酸积累维持在可接受的水平。04讨论总得来说，该项研究扩展了先前发表的观察结果，确定了认知疲劳的一种潜在标志——谷氨酸积累，以便在运动员或患有肌痛性脑脊髓炎/慢性疲劳综合征（ME/CFS）等疾病的人群中进行更广泛的研究，从而开辟许多新的工作途径。此外，该研究还提出了几点注意事项：其一，两组参与者自我报告的疲劳程度相当，并且都在增加，反映出认知控制大脑系统的实际疲劳与有意识的疲劳感知之间并不统一。这在日常生活中很常见，例如，由于未能检测到自己的真正疲劳状态，人们持续工作或驾驶后会开始犯错误。其二，事实上，在认知控制任务中做出正确的反应需要客观的经济利益，疲劳状态下更难做出合理的经济决策。其三，在认知疲劳中，为什么认知控制成本会随着高需求任务的执行而增加？观察结果表示，更高要求的认知控制任务与更大的谷氨酸释放有关是一致的。但是当一天开始时，谷氨酸盐就维持在高水平，而谷氨酸的逐渐消除只在低需求任务条件下观察到。显然，研究结果只体现了相关性，还不能认为，认知控制的实现需要阻止谷氨酸积累。需要监管的目标物质可能不是谷氨酸本身，而是浓度与谷氨酸积累有关的任何物质。谷氨酸是众所周知的大脑中主要的兴奋性神经递质，以高浓度存在于细胞中，参与氨的解毒，并且还作为蛋白质合成的前体，既是细胞内区室中的有用资源，也是细胞外区室中潜在的有毒副产品。其四，认知疲劳的代谢解释可以与成本效益机制框架相结合，有几个方面仍然是推测性的。如何监测谷氨酸水平以估计认知控制的成本尚不清楚，大脑可能不监测谷氨酸本身，而是监测与谷氨酸积累有关的任何现象。此外，对于为什么认知控制区域会比视觉皮层等其他区域积累谷氨酸更多，仍然缺乏解释。另一方面，需要研究来探索休息或睡眠期间谷氨酸水平的恢复。最后，由于过度使用认知控制引起的认知疲劳与其他形式的疲劳的关系仍有待说明。参考文献：DOI: https://doi。/10。1016/j。cub。。07。010 本文旨在行业资讯和知识分享，无任何商业用途。文章仅代表作者观点，不代表本站立场。?作者简介：丁叮当，本文转载自微信公众号：Being科学（ID：gh_0b5bc293b393），科研动向，专业解读，尽在Being科学。

原作者名: