我們是否曾注意到，長(zhǎng)時(shí)間專注思考后，我們常常會(huì)感到疲憊無(wú)比。這種現(xiàn)象在需要頻繁腦力勞動(dòng)的人群中尤為普遍，比如學(xué)生、研究員和各類專業(yè)人士。他們明明整天都未怎么活動(dòng)，純粹是在思考問(wèn)題，卻總是覺得筋疲力盡。

正如劇烈運(yùn)動(dòng)后我們的身體會(huì)感到疲憊，同樣，持續(xù)的思考也會(huì)導(dǎo)致大腦疲勞。今天，我們將從生理學(xué)和心理學(xué)的角度，一起探討這種現(xiàn)象背后的科學(xué)道理。大腦的能耗有多高？

圖片來(lái)源：圖蟲創(chuàng)意

(資料圖)

首先，讓我們來(lái)看看大腦的能耗是多少。大腦，這個(gè)僅占人體重量2％的神奇器官，卻驚人地消耗著我們20％的氧氣和能量。也就是說(shuō)，我們的大腦掌握了20%的“能量預(yù)算”，用于支持我們的思考、行動(dòng)和感知。這種高能耗的特性，在我們從事各類思考和活動(dòng)時(shí)都不會(huì)改變。

讓我們假設(shè)你一整天什么都不做，只是躺在床上。這時(shí)，你的身體會(huì)消耗多少能量呢？這就涉及到人體的基礎(chǔ)代謝率（Basal Metabolic Rate，BMR），即我們?cè)谛菹顟B(tài)下維持生命所需的最低能量。一般來(lái)說(shuō)，成年男性的BMR在1600-1800千卡/天，而成年女性的BMR則在1300-1500千卡/天。當(dāng)然，這只是一個(gè)大概范圍，具體數(shù)值會(huì)因人而異。

假設(shè)你的BMR是1300千卡，那么每小時(shí)你的身體大約會(huì)消耗54.16千卡的能量，每秒則消耗15.04卡。將這個(gè)能量消耗換算成功率，大約是63瓦。而大腦消耗的功率則是這個(gè)數(shù)值的20%，也就是12.6瓦。

也就是說(shuō)，一個(gè)成年人的大腦運(yùn)行所需的功率大約是12.6瓦，相當(dāng)于一部手機(jī)充電的功率，當(dāng)然，這是普通的充電器，還沒達(dá)到快充的水平。

這些能量都用在哪了呢？研究人員利用先進(jìn)的正電子發(fā)射斷層掃描(PET)和功能性磁共振成像(fMRI)技術(shù)，揭示了大腦內(nèi)不同功能過(guò)程在神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞之間的能量分配關(guān)系。通過(guò)測(cè)量大腦的代謝和血液循環(huán)活動(dòng)，研究人員發(fā)現(xiàn)，大腦能量的大部分被用于支持神經(jīng)元之間的突觸活動(dòng)以及維持細(xì)胞間的穩(wěn)態(tài)。

努力思考會(huì)消耗大腦中更多的能量嗎？

大腦中的神經(jīng)元在持續(xù)進(jìn)行新陳代謝，以支持它們的活動(dòng)。為此，大腦中的能量主要來(lái)自于葡萄糖代謝產(chǎn)生的三磷酸腺苷(ATP)，用于支持神經(jīng)元的興奮和信號(hào)傳導(dǎo)。

科學(xué)家曾提出這樣一種假設(shè)——人們感到疲勞可能是因?yàn)楹谋M了大腦中某種資源。可能是大腦在長(zhǎng)時(shí)間使用后，消耗了更多的葡萄糖。這種觀點(diǎn)最初在2000年得到一些支持，研究人員發(fā)現(xiàn)，測(cè)試者在完成有難度的腦力活動(dòng)后，他們的血糖會(huì)下降，而攝入含糖飲料后，可以提升他們的表現(xiàn)。然而，在后續(xù)的研究中，并未能重復(fù)到這些結(jié)果。

事實(shí)上，大腦的能耗是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，不會(huì)因?yàn)槲覀兊木窈瓦\(yùn)動(dòng)活動(dòng)的強(qiáng)度而變化。

長(zhǎng)時(shí)間思考后的認(rèn)知疲勞是怎么來(lái)的？

我們?cè)陂L(zhǎng)時(shí)間思考后感到的疲勞又是從何而來(lái)的呢？所謂的認(rèn)知疲勞，是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象，它常在我們完成大量需要精神集中和努力的任務(wù)之后出現(xiàn)，例如學(xué)習(xí)新的信息，做復(fù)雜的決策，或者進(jìn)行其他需要大量認(rèn)知資源的活動(dòng)。

多年來(lái)，對(duì)于認(rèn)知疲勞的理解有許多不同的解釋，其中一個(gè)流行的理論認(rèn)為，大腦可能會(huì)產(chǎn)生一種信號(hào)，來(lái)提示我們進(jìn)行成本效益分析。也就是說(shuō)，當(dāng)我們?cè)谧鲆豁?xiàng)認(rèn)知任務(wù)時(shí)，大腦會(huì)評(píng)估這項(xiàng)任務(wù)的難度和回報(bào)，如果這項(xiàng)任務(wù)過(guò)于費(fèi)力而回報(bào)又很低，那么我們就可能會(huì)感到認(rèn)知疲勞，從而決定停止當(dāng)前的任務(wù)，轉(zhuǎn)向其他看起來(lái)更有價(jià)值的事情。

然而，這只是一個(gè)理論，并沒有明確的證據(jù)來(lái)支持。這就是為什么這種解釋將認(rèn)知疲勞視為一種“錯(cuò)覺”。

最近的一些研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知疲勞可能與一種生物學(xué)機(jī)制有關(guān)。也就是說(shuō)，在我們做認(rèn)知任務(wù)時(shí)，可能會(huì)發(fā)生一些生物過(guò)程，導(dǎo)致我們的大腦和身體感到疲勞。這些新的研究為我們理解認(rèn)知疲勞提供了新的線索。

長(zhǎng)時(shí)間思考后后會(huì)選擇立即獎(jiǎng)勵(lì)還是延遲滿足？

在長(zhǎng)時(shí)間的思考之后選擇立即獎(jiǎng)勵(lì)還是延遲滿足呢？科學(xué)家們針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了一項(xiàng)研究，該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果已在《當(dāng)前生物學(xué)》雜志上發(fā)表。他們邀請(qǐng)了40位志愿者參與實(shí)驗(yàn)，并將他們分為兩組，一組進(jìn)行較為困難的記憶任務(wù)，另一組進(jìn)行相對(duì)簡(jiǎn)單的記憶任務(wù)。這些任務(wù)的難度取決于字母之間的時(shí)間間隔和序列中的變化次數(shù)。在長(zhǎng)達(dá)六個(gè)小時(shí)的測(cè)試后，結(jié)果顯示，執(zhí)行較困難任務(wù)的組別的參與者在記憶中顯得更加專注，因此這些志愿者經(jīng)歷了更多的認(rèn)知疲勞，并且更傾向于快速得到回報(bào)，以及用較少的努力就能得到回報(bào)。例如，他們選擇立即接收較小的金額獎(jiǎng)勵(lì)，而不是等待一段時(shí)間以接收較大的金額獎(jiǎng)勵(lì)。

為了解釋這一現(xiàn)象，研究人員采用了一種可以檢測(cè)大腦前額葉皮層中谷氨酸水平的方法 —— 磁共振波譜法。他們選擇研究前額葉皮層和谷氨酸的原因是，前額葉皮層是大腦中控制認(rèn)知的區(qū)域，它允許我們抑制沖動(dòng)。比如，當(dāng)你被蚊子咬了，你會(huì)想要撓，而要抑制這種沖動(dòng)，就需要依賴認(rèn)知控制。此外，我們?cè)谶x擇誘人的短期獎(jiǎng)勵(lì)（如不健康的零食）而不是長(zhǎng)期收益時(shí)，也會(huì)依賴這一系統(tǒng)。而谷氨酸是一種人體非必需氨基酸，它是人體中含量最豐富的氨基酸，廣泛存在于大腦和肌肉中。在哺乳動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，谷氨酸扮演了重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的角色，可以將信息從一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞傳遞到另一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，起著傳遞信號(hào)的作用。

磁共振波譜結(jié)果顯示，執(zhí)行較困難任務(wù)的志愿者大腦前額葉皮層中的谷氨酸濃度比執(zhí)行較簡(jiǎn)單任務(wù)的志愿者的谷氨酸濃度高，增加了8%，并且谷氨酸的擴(kuò)散速度也更快。然而，這項(xiàng)研究也有局限性：40名志愿者的樣本量相對(duì)較小，磁共振波譜法的靈敏度不足，不能區(qū)分谷氨酸及其前體谷氨酰胺等相關(guān)分子。

“疲勞可能是減少谷氨酸積累的一種自然適應(yīng)機(jī)制?！毖芯孔髡摺屠枘X研究所的研究員Antonius Wiehler博士如此解釋。換句話說(shuō)，當(dāng)你感到疲倦時(shí)，這可能是你的大腦在告訴你，需要暫時(shí)停下來(lái)休息，以防止你的谷氨酸水平進(jìn)一步上升。

長(zhǎng)時(shí)間思考后因該如何恢復(fù)

我們要知道過(guò)多的谷氨酸會(huì)對(duì)大腦功能產(chǎn)生破壞性影響，而適當(dāng)?shù)男菹⒖梢詭椭竽X恢復(fù)對(duì)谷氨酸的適當(dāng)調(diào)節(jié)。遺憾的是，由于谷氨酸是大腦中最豐富的神經(jīng)遞質(zhì)，我們不能將其作為藥物的靶標(biāo)來(lái)直接降低其含量。

我們可以通過(guò)合理的休息、飲食和鍛煉等方式，有效地緩解神經(jīng)疲勞，提升認(rèn)知能力，從而提高生活質(zhì)量。這些方式包括：

休息與恢復(fù)。充足的休息對(duì)于緩解由長(zhǎng)時(shí)間思考引起的疲勞至關(guān)重要。研究顯示，短暫的休息可以有效地恢復(fù)大腦神經(jīng)遞質(zhì)的水平，提高神經(jīng)傳導(dǎo)效率，從而減輕疲勞感。

輕松的活動(dòng)。進(jìn)行一些輕松的活動(dòng)，如散步、聊天或聽音樂(lè)等，也可以幫助緩解思考過(guò)程中的疲勞。這些活動(dòng)可以幫助大腦從高度集中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為更為放松的狀態(tài)，有助于神經(jīng)系統(tǒng)的恢復(fù)。

飲食與補(bǔ)充劑。合理的飲食可以為大腦提供必要的能量，延緩疲勞的產(chǎn)生。食物中富含的脂肪酸、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，有助于維持大腦的正常功能和緩解疲勞。此外，一些補(bǔ)充劑，如L-酪氨酸和輔酶Q10等，被認(rèn)為可以提高大腦的能量代謝，進(jìn)而降低疲勞感。

管理心理壓力。有效地管理心理壓力有助于降低疲勞感。學(xué)會(huì)調(diào)整自己的情緒，保持積極的心態(tài)，可以提高大腦的神經(jīng)遞質(zhì)水平，改善神經(jīng)傳導(dǎo)效率，從而緩解疲勞。此外，培養(yǎng)良好的動(dòng)機(jī)和設(shè)定合理的預(yù)期也是降低疲勞感的關(guān)鍵因素。

我們的大腦是一個(gè)非常復(fù)雜且精細(xì)的系統(tǒng)，需要妥善的護(hù)理和維護(hù)。當(dāng)我們面臨認(rèn)知疲勞時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)保護(hù)我們的大腦。無(wú)論是短暫的休息，還是適當(dāng)?shù)娘嬍澈湾憻挘蚴菍W(xué)會(huì)管理壓力，這些都是我們可以做的事情。畢竟，一個(gè)健康的大腦，才能更好地支持我們的日常生活和工作。

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Ledford, Heidi. "Why thinking hard makes us feel tired." Nature (2022).

Wiehler, Antonius, et al. "A neuro-metabolic account of why daylong cognitive work alters the control of economic decisions." Current Biology 32.16 (2022): 3564-3575.

文章由科普中國(guó)-星空計(jì)劃（創(chuàng)作培育）出品，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源。

作者：Denovo 科普作者

審核：北京中科普心理心理健康促進(jìn)中心 副主任 唐義誠(chéng)

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