我們是否曾注意到，長時間專注思考后，我們常常會感到疲憊無比。這種現(xiàn)象在需要頻繁腦力勞動的人群中尤為普遍，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，純粹是在思考問題，卻總是覺得筋疲力盡。

正如劇烈運動后我們的身體會感到疲憊，同樣，持續(xù)的思考也會導(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？

圖片來源：圖蟲創(chuàng)意

(資料圖)

首先，讓我們來看看大腦的能耗是多少。大腦，這個僅占人體重量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，我們的大腦掌握了20%的“能量預(yù)算”，用于支持我們的思考、行動和感知。這種高能耗的特性，在我們從事各類思考和活動時都不會改變。

讓我們假設(shè)你一整天什么都不做，只是躺在床上。這時，你的身體會消耗多少能量呢？這就涉及到人體的基礎(chǔ)代謝率（Basal Metabolic Rate，BMR），即我們在休息狀態(tài)下維持生命所需的最低能量。一般來說，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，這只是一個大概范圍，具體數(shù)值會因人而異。

假設(shè)你的BMR是1300千卡，那么每小時你的身體大約會消耗54.16千卡的能量，每秒則消耗15.04卡。將這個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數(shù)值的20%，也就是12.6瓦。

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

這些能量都用在哪了呢？研究人員利用先進的正電子發(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)不同功能過程在神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞之間的能量分配關(guān)系。通過測量大腦的代謝和血液循環(huán)活動，研究人員發(fā)現(xiàn)，大腦能量的大部分被用于支持神經(jīng)元之間的突觸活動以及維持細胞間的穩(wěn)態(tài)。

努力思考會消耗大腦中更多的能量嗎？

大腦中的神經(jīng)元在持續(xù)進行新陳代謝，以支持它們的活動。為此，大腦中的能量主要來自于葡萄糖代謝產(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為耗盡了大腦中某種資源。可能是大腦在長時間使用后，消耗了更多的葡萄糖。這種觀點最初在2000年得到一些支持，研究人員發(fā)現(xiàn)，測試者在完成有難度的腦力活動后，他們的血糖會下降，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。

事實上，大腦的能耗是一個相對穩(wěn)定的值，不會因為我們的精神和運動活動的強度而變化。

長時間思考后的認知疲勞是怎么來的？

我們在長時間思考后感到的疲勞又是從何而來的呢？所謂的認知疲勞，是一個復(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，或者進行其他需要大量認知資源的活動。

多年來，對于認知疲勞的理解有許多不同的解釋，其中一個流行的理論認為，大腦可能會產(chǎn)生一種信號，來提示我們進行成本效益分析。也就是說，當(dāng)我們在做一項認知任務(wù)時，大腦會評估這項任務(wù)的難度和回報，如果這項任務(wù)過于費力而回報又很低，那么我們就可能會感到認知疲勞，從而決定停止當(dāng)前的任務(wù)，轉(zhuǎn)向其他看起來更有價值的事情。

然而，這只是一個理論，并沒有明確的證據(jù)來支持。這就是為什么這種解釋將認知疲勞視為一種“錯覺”。

最近的一些研究發(fā)現(xiàn)，認知疲勞可能與一種生物學(xué)機制有關(guān)。也就是說，在我們做認知任務(wù)時，可能會發(fā)生一些生物過程，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知疲勞提供了新的線索。

長時間思考后后會選擇立即獎勵還是延遲滿足？

在長時間的思考之后選擇立即獎勵還是延遲滿足呢？科學(xué)家們針對此問題進行了一項研究，該實驗的結(jié)果已在《當(dāng)前生物學(xué)》雜志上發(fā)表。他們邀請了40位志愿者參與實驗，并將他們分為兩組，一組進行較為困難的記憶任務(wù)，另一組進行相對簡單的記憶任務(wù)。這些任務(wù)的難度取決于字母之間的時間間隔和序列中的變化次數(shù)。在長達六個小時的測試后，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)歷了更多的認知疲勞，并且更傾向于快速得到回報，以及用較少的努力就能得到回報。例如，他們選擇立即接收較小的金額獎勵，而不是等待一段時間以接收較大的金額獎勵。

為了解釋這一現(xiàn)象，研究人員采用了一種可以檢測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知的區(qū)域，它允許我們抑制沖動。比如，當(dāng)你被蚊子咬了，你會想要撓，而要抑制這種沖動，就需要依賴認知控制。此外，我們在選擇誘人的短期獎勵（如不健康的零食）而不是長期收益時，也會依賴這一系統(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，可以將信息從一個神經(jīng)細胞傳遞到另一個神經(jīng)細胞，起著傳遞信號的作用。

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%，并且谷氨酸的擴散速度也更快。然而，這項研究也有局限性：40名志愿者的樣本量相對較小，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)機制。”研究作者、巴黎腦研究所的研究員Antonius Wiehler博士如此解釋。換句話說，當(dāng)你感到疲倦時，這可能是你的大腦在告訴你，需要暫時停下來休息，以防止你的谷氨酸水平進一步上升。

長時間思考后因該如何恢復(fù)

我們要知道過多的谷氨酸會對大腦功能產(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)來直接降低其含量。

我們可以通過合理的休息、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)。充足的休息對于緩解由長時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。進行一些輕松的活動，如散步、聊天或聽音樂等，也可以幫助緩解思考過程中的疲勞。這些活動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，一些補充劑，如L-酪氨酸和輔酶Q10等，被認為可以提高大腦的能量代謝，進而降低疲勞感。

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)良好的動機和設(shè)定合理的預(yù)期也是降低疲勞感的關(guān)鍵因素。

我們的大腦是一個非常復(fù)雜且精細的系統(tǒng)，需要妥善的護理和維護。當(dāng)我們面臨認知疲勞時，應(yīng)當(dāng)注意采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀Ｗo我們的大腦。無論是短暫的休息，還是適當(dāng)?shù)娘嬍澈湾憻?，或是學(xué)會管理壓力，這些都是我們可以做的事情。畢竟，一個健康的大腦，才能更好地支持我們的日常生活和工作。

參考文獻：

Oto, Brandon. "When thinking is hard: Managing decision fatigue." EMSWorld (2012).

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-星空計劃（創(chuàng)作培育）出品，轉(zhuǎn)載請注明來源。

作者：Denovo 科普作者

審核：北京中科普心理心理健康促進中心 副主任 唐義誠

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