充滿需要腦力任務的工作日會讓你感到精疲力竭。在長時間的腦力勞動，一個想法接著一個想法之後，你可能更願意選擇輕鬆的晚上觀看流媒體電視節目，而不是處理待辦事項清單上的棘手任務或抽出時間進行創造性的追求。一項新的研究為這種熟悉的現象提供了一種生物學解釋：用腦過度會導致化學物質的積累，這可能會擾亂大腦的功能。
一段時間以來，科學家們一直在努力尋找解釋我們精神資源為何會枯竭的原因。研究人員推測，長時間的費力腦力勞動會導致葡萄糖和其他為能量消耗型大腦提供能量的關鍵資源的消耗。2000年代早期的實驗支援了這一觀點——報告稱，人們在完成認知要求高的任務後血糖水平降低，而飲用含糖飲料可以提高表現。但隨後的工作未能重現這些發現。“如果你把所有研究放在一起看，平均而言，沒有效果，”法國皮提耶-薩爾佩特里厄醫院的認知神經科學家安東尼烏斯·維勒說。
在2016年發表的先前研究中，維勒在皮提耶-薩爾佩特里厄醫院的同事馬蒂亞斯·佩西格利奧內和他的團隊證明，長時間的費力腦力任務使人們更有可能選擇即時滿足，而不是等待以後更大的獎勵（例如，現在40美元對兩週後50美元）。這種行為改變伴隨著外側前額葉皮層（LPFC）大腦活動的減少，該區域參與決策等認知過程。結果給團隊留下了一個問題，是什麼導致了這種大腦活動的變化。
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為了在新研究中進一步探究這個問題，佩西格利奧內、維勒及其同事招募了40名志願者來跟進早期的工作，該研究發表在8月11日的《當代生物學》雜誌上。參與者必須在實驗室花費大約六個半小時——大致相當於一個完整的工作日——執行重複但具有腦力挑戰性的任務。其中包括“N-back”任務，該任務要求個人回憶在螢幕上“N”次試驗之前出現的字母。受試者分為兩組：一組被分配了這些任務的困難版本，而另一組被分配了更簡單的版本。儘管兩組人都報告說在為期一天的實驗後感到相似程度的疲憊，但只有那些被分配了更困難任務的人更傾向於選擇立即獲得獎勵，而不是等待以後獲得更大的現金獎勵。
為了確定發生了什麼，該團隊使用了磁共振波譜法，這是一種磁共振成像形式，使研究人員能夠檢測大腦中某些化學物質的水平。研究人員發現，與那些執行較容易任務的人相比，執行較困難任務的人在前額葉皮層中神經遞質穀氨酸的濃度更高。他們還發現困難組的穀氨酸擴散水平增加，表明分子移動得更快——維勒認為，這表明化學物質正在細胞外積聚，其運動受到的限制較少。
當研究人員觀察初級視覺皮層中的穀氨酸時——由於其在視覺中的作用，這也是實驗期間啟用的另一個大腦區域——他們沒有發現這種變化。“許多現有的工作都假設疲勞的發生是因為你耗盡了某種資源，”英國伯明翰大學的認知神經科學家馬修·阿普斯說，他沒有參與這項工作。“我認為真正令人興奮的是，可能存在一種不同的模型，即大腦中物質的積累可能會阻止其正常運作——這實際上可能是導致疲勞對你的行為產生後果的原因。”
阿普斯指出，這些發現可以在許多領域證明是有用的。其中之一是在工作場所。對於從事需要持續高度集中注意力工作的人來說，倦怠可能會導致不利的後果——尤其是在外科手術等領域。未來，旨在逆轉穀氨酸積累的療法可能有助於提高這些人長時間保持注意力的能力。另一個感興趣的領域將是研究以疲勞為症狀的臨床疾病，例如慢性疲勞綜合徵。穀氨酸作為生物標誌物的存在可能有助於闡明患者為何會感到疲憊。
然而，阿普斯補充說，定義什麼是疲勞仍然是該領域面臨的挑戰。“關於我們如何衡量疲勞以及我們實際觸及的內容，存在不同的思想流派，”他說。例如，身體和精神活動都會讓我們感到疲憊——但不同型別疲勞背後是否具有相似的大腦機制仍然是一個懸而未決的問題。阿普斯團隊的研究表明，可能至少有一些重疊：在去年發表的一項研究中，科學家們發現，在體力消耗任務後，似乎涉及相同的大腦區域來積累疲勞。“很明顯，你的肌肉會發生身體疲勞，但我們真的不知道一旦你達到[大腦]中的某個水平，它在哪裡以及是否真正分離，”阿普斯說。
維勒及其同事的新研究表明，疲勞的主觀感受與更客觀的精神疲憊衡量標準之間可能存在區別，例如研究小組觀察到的穀氨酸濃度變化。安娜·庫普斯瓦米是倫敦大學學院的神經科學家，她沒有參與這項工作，她對維勒的團隊發現疲勞的主觀和客觀衡量標準之間存在差異感到好奇。她說，這一發現支援了她和其他人在患有中風或多發性硬化症相關疲勞的患者身上看到的現象，即自我報告的疲勞程度並不總是與疾病的嚴重程度相符。健康個體感知到的疲勞與大腦中實際積累的變化之間的明顯分離，再次證實了疲勞領域的許多人已經意識到的：沒有“單一的身體因素可以解釋疲勞的感知”，庫普斯瓦米說。
對於維勒來說，還有幾個懸而未決的問題。他說，新研究的一個侷限性是關注大腦的兩個特定區域，因此認知費力任務如何影響其他區域還有待觀察。此外，目前尚不清楚為什麼前額葉皮層中谷氨酸的積累是一個問題，或者如何在休息後恢復穀氨酸的平衡。維勒說，一種可能性是，睡眠期間毒素被從大腦中沖走。“還有大量的研究要做，”他補充道。