充满需要脑力任务的工作日会让你感到精疲力竭。在长时间的脑力劳动，一个想法接着一个想法之后，你可能更愿意选择轻松的晚上观看流媒体电视节目，而不是处理待办事项清单上的棘手任务或抽出时间进行创造性的追求。一项新的研究为这种熟悉的现象提供了一种生物学解释：用脑过度会导致化学物质的积累，这可能会扰乱大脑的功能。
一段时间以来，科学家们一直在努力寻找解释我们精神资源为何会枯竭的原因。研究人员推测，长时间的费力脑力劳动会导致葡萄糖和其他为能量消耗型大脑提供能量的关键资源的消耗。2000年代早期的实验支持了这一观点——报告称，人们在完成认知要求高的任务后血糖水平降低，而饮用含糖饮料可以提高表现。但随后的工作未能重现这些发现。“如果你把所有研究放在一起看，平均而言，没有效果，”法国皮提耶-萨尔佩特里厄医院的认知神经科学家安东尼乌斯·维勒说。
在2016年发表的先前研究中，维勒在皮提耶-萨尔佩特里厄医院的同事马蒂亚斯·佩西格利奥内和他的团队证明，长时间的费力脑力任务使人们更有可能选择即时满足，而不是等待以后更大的奖励（例如，现在40美元对两周后50美元）。这种行为改变伴随着外侧前额叶皮层（LPFC）大脑活动的减少，该区域参与决策等认知过程。结果给团队留下了一个问题，是什么导致了这种大脑活动的变化。
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为了在新研究中进一步探究这个问题，佩西格利奥内、维勒及其同事招募了40名志愿者来跟进早期的工作，该研究发表在8月11日的《当代生物学》杂志上。参与者必须在实验室花费大约六个半小时——大致相当于一个完整的工作日——执行重复但具有脑力挑战性的任务。其中包括“N-back”任务，该任务要求个人回忆在屏幕上“N”次试验之前出现的字母。受试者分为两组：一组被分配了这些任务的困难版本，而另一组被分配了更简单的版本。尽管两组人都报告说在为期一天的实验后感到相似程度的疲惫，但只有那些被分配了更困难任务的人更倾向于选择立即获得奖励，而不是等待以后获得更大的现金奖励。
为了确定发生了什么，该团队使用了磁共振波谱法，这是一种磁共振成像形式，使研究人员能够检测大脑中某些化学物质的水平。研究人员发现，与那些执行较容易任务的人相比，执行较困难任务的人在前额叶皮层中神经递质谷氨酸的浓度更高。他们还发现困难组的谷氨酸扩散水平增加，表明分子移动得更快——维勒认为，这表明化学物质正在细胞外积聚，其运动受到的限制较少。
当研究人员观察初级视觉皮层中的谷氨酸时——由于其在视觉中的作用，这也是实验期间激活的另一个大脑区域——他们没有发现这种变化。“许多现有的工作都假设疲劳的发生是因为你耗尽了某种资源，”英国伯明翰大学的认知神经科学家马修·阿普斯说，他没有参与这项工作。“我认为真正令人兴奋的是，可能存在一种不同的模型，即大脑中物质的积累可能会阻止其正常运作——这实际上可能是导致疲劳对你的行为产生后果的原因。”
阿普斯指出，这些发现可以在许多领域证明是有用的。其中之一是在工作场所。对于从事需要持续高度集中注意力工作的人来说，倦怠可能会导致不利的后果——尤其是在外科手术等领域。未来，旨在逆转谷氨酸积累的疗法可能有助于提高这些人长时间保持注意力的能力。另一个感兴趣的领域将是研究以疲劳为症状的临床疾病，例如慢性疲劳综合征。谷氨酸作为生物标志物的存在可能有助于阐明患者为何会感到疲惫。
然而，阿普斯补充说，定义什么是疲劳仍然是该领域面临的挑战。“关于我们如何衡量疲劳以及我们实际触及的内容，存在不同的思想流派，”他说。例如，身体和精神活动都会让我们感到疲惫——但不同类型疲劳背后是否具有相似的大脑机制仍然是一个悬而未决的问题。阿普斯团队的研究表明，可能至少有一些重叠：在去年发表的一项研究中，科学家们发现，在体力消耗任务后，似乎涉及相同的大脑区域来积累疲劳。“很明显，你的肌肉会发生身体疲劳，但我们真的不知道一旦你达到[大脑]中的某个水平，它在哪里以及是否真正分离，”阿普斯说。
维勒及其同事的新研究表明，疲劳的主观感受与更客观的精神疲惫衡量标准之间可能存在区别，例如研究小组观察到的谷氨酸浓度变化。安娜·库普斯瓦米是伦敦大学学院的神经科学家，她没有参与这项工作，她对维勒的团队发现疲劳的主观和客观衡量标准之间存在差异感到好奇。她说，这一发现支持了她和其他人在患有中风或多发性硬化症相关疲劳的患者身上看到的现象，即自我报告的疲劳程度并不总是与疾病的严重程度相符。健康个体感知到的疲劳与大脑中实际积累的变化之间的明显分离，再次证实了疲劳领域的许多人已经意识到的：没有“单一的身体因素可以解释疲劳的感知”，库普斯瓦米说。
对于维勒来说，还有几个悬而未决的问题。他说，新研究的一个局限性是关注大脑的两个特定区域，因此认知费力任务如何影响其他区域还有待观察。此外，目前尚不清楚为什么前额叶皮层中谷氨酸的积累是一个问题，或者如何在休息后恢复谷氨酸的平衡。维勒说，一种可能性是，睡眠期间毒素被从大脑中冲走。“还有大量的研究要做，”他补充道。