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在十月到六月之間，他們從禮堂、體育館和教室裡魚貫而出，眼睛適應著陽光，手指笨拙地喚醒著已經沉默了四個小時的手機。有些人抬起手撫摸額頭，好像想揉去頭痛。另一些人則在停車場前徘徊，不知道下一步該做什麼。他們筋疲力盡，但不是因為任何劇烈的體力活動。相反，這些高中生剛剛參加了SAT考試。“我一到家就睡著了，”伊克拉·艾哈邁德 告訴《本地》，這是《紐約時報》的一個部落格，當時她因關於“SAT宿醉”的故事接受了採訪。
暫時的精神疲憊是一種真實且常見的現象，需要注意的是，它與因長期睡眠不足和某些疾病引起的慢性精神疲勞不同。日常精神疲憊在直覺上是有道理的。當然，複雜的思考和高度的注意力需要比日常的心理過程更多的能量。正如劇烈的運動會使我們的身體疲憊一樣，腦力勞動也應該會耗盡大腦。然而，最新的科學研究表明，關於精神疲憊的普遍觀念過於簡單。大腦無論我們是在處理微積分還是點選瀏覽本週排名前 10 的 LOLcats，都會持續消耗大量能量，對於它的大小而言。儘管神經元放電會調集額外的血液、氧氣和葡萄糖，但與大腦貪婪的基線攝入量相比，任何區域性能量消耗的增加都是微乎其微的。因此，在大多數情況下，短時間的額外腦力勞動比平時需要多一點腦力，但不會多很多。然而，大多數實驗室實驗並沒有讓志願者進行幾個小時具有挑戰性的腦力活動。而且，即使精神疲勞的生理機制與身體疲勞不同，也必須有某種東西可以解釋精神疲勞的感覺。僅僅相信我們的大腦已經付出了很多努力就可能足以讓我們感到昏昏欲睡。
腦力
儘管成年人的大腦平均重量約為 1.4 公斤，僅佔總體重的 2%，但它消耗了我們 20% 的靜息代謝率 (RMR)——即我們的身體在非常懶惰的一天中不活動所消耗的總能量。根據年齡、性別、體型和健康狀況，RMR 因人而異。如果我們假設平均靜息代謝率為 1300 卡路里，那麼大腦僅為了保持正常運轉就消耗了 260 卡路里。這相當於每小時 10.8 卡路里或每分鐘 0.18 卡路里。（為了進行比較，請參見哈佛大學關於不同活動中燃燒的卡路里的表格）。透過簡單的數學計算，我們可以將該數字轉換為功率的度量單位
— 靜息代謝率：1300 千卡 (kcal)，即營養學中使用的那種
— 24 小時內 1300 千卡 = 每小時 54.16 千卡 = 每秒 15.04 克卡路里
— 15.04 克卡路里/秒 = 62.93 焦耳/秒 = 大約 63 瓦
— 63 瓦的 20% = 12.6 瓦
因此，典型成年人的人腦大約以 12 瓦的功率執行——僅為標準 60 瓦燈泡所需功率的五分之一。與大多數其他器官相比，大腦是貪婪的；與人造電子產品相比，它驚人的高效。擊敗危險邊緣！冠軍的超級計算機 IBM Watson 依賴於 90 臺 IBM Power 750 伺服器，每臺伺服器大約需要 1000 瓦。
能量以葡萄糖的形式透過血管輸送到大腦，葡萄糖穿過血腦屏障，用於產生三磷酸腺苷 (ATP)，ATP 是細胞內化學能量的主要貨幣。對動物和人類的實驗都證實，當特定大腦區域的神經元放電時，區域性毛細血管會擴張以輸送比平時更多的血液，以及額外的葡萄糖和氧氣。這種一致的反應使得神經影像研究成為可能：功能性磁共振成像 (fMRI) 依賴於流向和來自放電神經元的血液的獨特磁特性。研究還證實，一旦擴張的血管輸送了額外的葡萄糖，腦細胞就會吸收它。
根據這些發現的邏輯，一些科學家提出了以下觀點：如果神經元放電需要額外的葡萄糖，那麼特別具有挑戰性的腦力任務應該會降低血液中的葡萄糖水平，同樣，食用富含糖分的食物應該會提高此類任務的執行能力。儘管許多研究證實了這些預測，但總體證據好壞參半，葡萄糖水平的大部分變化範圍從微小到很小。例如，在諾森布里亞大學的一項研究中，完成一系列口頭和數字任務的志願者比僅重複按鍵的人的血糖下降幅度更大。在同一項研究中，含糖飲料提高了其中一項任務的執行能力，但沒有提高其他任務的執行能力。在利物浦約翰摩爾斯大學，志願者完成了兩個版本的 Stroop 任務，在任務中，他們必須識別單詞列印的墨水的顏色，而不是閱讀單詞本身：在一個版本中，單詞和顏色匹配——藍色以藍色墨水顯示；在困難的版本中，單詞藍色以綠色或紅色墨水顯示。完成更具挑戰性任務的志願者顯示血糖下降幅度更大，研究人員將其解釋為更大的腦力勞動產生的直接原因。一些研究發現，當人們不擅長某項特定任務時，他們會付出更多的腦力勞動並使用更多的葡萄糖，同樣，你越熟練，你的大腦就越高效，你需要的葡萄糖就越少。至少一項研究表明了相反的情況，即更熟練的大腦會調動更多能量。*
並非如此簡單的糖分
葡萄糖研究中令人不滿意的和矛盾的發現強調，大腦中的能量消耗並不是簡單的更大腦力勞動耗費更多身體可用能量的問題。渥太華大學的克勞德·梅西耶回顧了許多此類研究。他仍然不相信任何一項認知任務可以顯著改變大腦或血液中的葡萄糖水平。“從理論上講，是的，更困難的腦力任務需要更多能量，因為神經活動更多，”他說，“但是當人們完成一項腦力任務時，你不會看到葡萄糖消耗量的大幅增加，佔總體速率的顯著百分比。基礎水平的能量消耗相當多——即使在活動非常少的慢波睡眠中，仍然有很高的基礎葡萄糖消耗量。”大多數器官不需要那麼多能量進行基本維護。但是，大腦必須積極地維持數十億神經元膜上帶電粒子的適當濃度，即使這些細胞沒有放電。由於這種昂貴且持續的維護，大腦通常具有進行少量額外工作所需的能量。
其他評論論文的作者也得出了類似的結論。賓夕法尼亞大學的羅伯特·庫爾茲班指出，有研究表明，適度運動可以提高人們的注意力。例如，在一項研究中，在跑步機上行走 20 分鐘的兒童在學業成績測試中的表現優於考試前安靜閱讀的兒童。如果腦力勞動和能力僅僅是可用葡萄糖的問題，那麼運動後消耗了更多能量的兒童的表現應該比安靜的同齡人差。
羅漢普頓大學的利·吉布森在一篇關於碳水化合物和腦功能的評論中寫道，腦力任務的難度對能量消耗的影響“似乎很微妙，並且可能取決於個體在所需努力、參與度和可用資源方面的差異，這些差異可能與年齡、性格和葡萄糖調節等變數有關。”
吉布森和梅西耶都認為，當某人難以正確調節葡萄糖，或禁食很長時間時，含糖飲料或食物可以提高他們隨後在某些型別的記憶任務中的表現。但對於大多數人來說，身體可以輕鬆地提供大腦為額外腦力勞動所需的一點額外葡萄糖。
身體和思想
如果具有挑戰性的認知任務僅比平時消耗略多一點的燃料，那麼在參加 SAT 或類似的艱苦腦力馬拉松後，精神疲憊的感覺又如何解釋呢？一種解釋是，長時間保持專注或在具有挑戰性的知識領域中導航確實會燃燒足夠的能量，使人感到疲憊，但研究人員尚未證實這一點，因為他們對志願者的要求還不夠嚴格。在大多數實驗中，參與者會執行一項難度適中的單一任務，很少超過一兩個小時。“也許如果我們對他們施加更大的壓力，並讓人們去做他們不擅長的事情，我們會看到更清晰的結果，”梅西耶建議道。
與腦力勞動的持續時間同等重要的是人們對它的態度。觀看一部情節複雜的驚險傳記片，會讓大腦的許多不同區域興奮長達兩個小時，但人們通常不會在走出影院時抱怨精神疲勞。有些人經常會津津有味地閱讀其他人可能會沮喪地扔到一邊的晦澀難懂的小說。在週日上午完成一個複雜的填字遊戲或數獨謎題通常不會影響一個人在一天剩餘時間裡的注意力——事實上，有些人聲稱它能提高他們的精神狀態。簡而言之，人們經常在享受智力刺激的活動時不會感到精神疲憊。
這種疲勞似乎更容易發生在並非為了樂趣而進行的持續腦力勞動之後——例如強制性的 SAT 考試——尤其是在我們預期這種磨難會耗盡我們的大腦時。如果我們認為考試或謎題會很難，它通常就會很難。研究表明，當人們鍛鍊和進行體育運動時，也會發生類似的情況：很大一部分的身體疲勞是源於我們的頭腦。在相關研究中，志願者在完成 90 分鐘的持續注意力計算機測試後，騎健身腳踏車時，比那些在鍛鍊前觀看情緒中立的紀錄片的參與者更快地因疲勞而停止蹬車。即使注意力測試並沒有比看電影消耗更多的能量，志願者也報告說感覺精力不足。這種感覺強大到足以限制他們的身體表現。
就 SAT 而言，除了純粹的腦力勞動之外，還有其他因素可能會導致考後遲鈍：壓力。畢竟，大腦不是在真空中運作的。其他器官也會消耗能量。參加一場部分決定一個人未來四年將去哪裡的考試，足以讓人感到緊張，導致壓力荷爾蒙湧入血液，引起出汗、心率加快，並促使人們坐立不安和身體姿勢扭曲。SAT 和類似的考試不僅在精神上令人疲憊，而且在身體上也令人筋疲力盡。
一項小型但具有啟示性的研究表明，即使是輕微的壓力性智力挑戰也會改變我們的情緒狀態和行為，即使它們不會深刻地改變大腦的新陳代謝。14 名加拿大女大學生要麼只是坐著，要麼總結一段文字，要麼在享用自助午餐前完成一系列 45 分鐘的計算機注意力測試和記憶測試。那些動用大腦的學生比那些放鬆的學生多攝入了大約 200 卡路里的熱量。他們的血糖水平也比那些只是坐著的學生波動更大，但沒有任何一致性。然而，那些大腦忙碌的學生的壓力荷爾蒙皮質醇水平明顯較高，他們的心率、血壓和自我報告的焦慮也較高。很可能，這些學生之所以吃得更多，並不是因為他們疲憊的大腦迫切需要更多燃料；相反，他們是壓力性進食。
梅西耶對日常精神疲憊有相關的解釋：“我的一般假設是，大腦是個懶漢，”他說。“大腦很難長時間專注於一件事情。持續的注意力可能會在大腦中產生一些變化，從而促使人們避免這種狀態。這可能就像一個計時器，說‘好了，你現在可以結束了。’也許大腦只是不喜歡長時間如此努力地工作。”
*編者注：第七段的最後兩句話在發表後為清晰和準確性進行了編輯