工作太久就会头疼？可能是大脑里堆了太多“毒物”

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简单的问题才会难死科学家。比如用脑多了为何会劳累？

撰文 | 孙滔

审校 | 二七、clefable

激烈的运动会消耗大量碳水化合物，所以我们会感到疲劳，那么坐着不动的脑力劳动所产生的疲惫来自何处呢？

答案或许并不是碳水化合物的消耗。

碳水无罪

科学常常颠覆我们的想当然。比如疲劳并非我们的进化缺陷，恰恰相反，它是人体的一种自我保护机制，是一种脑衍生的调节运动行为的感知。当我们大量使用肌肉时，其中存储的糖原大量转化成乳酸，让肌肉感到酸痛，而酸痛感增强会促使人停下来，进而避免肌肉过度使用和能量过度消耗带来的伤害。

起初，科学家也认为碳水化合物大量消耗和脑疲劳有关，然而这一猜测并不总是站得住。我们经常看到世界杯赛场上足球运动员做出一个行为：他们拿起一瓶饮料灌一大口，却不会吞咽下去而只是漱口吐出来，随后就活力十足再次上场了。研究表明，这种用碳水饮料漱口 5 到 10 秒，然后吐出，就可以在持续约 1 小时的高强度活动中提高运动表现。有推测是，碳水化合物漱口没有提高血糖水平，但口腔中的碳水化合物受体激活了大脑的某些区域，从而 " 欺骗 " 了大脑，让人忘记疲惫，这样还可以避免激烈运动中大量摄入饮料带来的胃肠道不适。当然，这种只入口而不入腹的做法不适用于马拉松。

科学家还发现，含有碳水化合物的漱口水会激活纹状体中的多巴胺能通路，即大脑中与奖励反应相关的区域，这让大脑会误以为奖励出现了（另一种望梅止渴）。并且，与饮入相比，只入口而不入腹的漱口对运动表现的影响更大。这些研究表明，即使碳水化合物不直接为人体提供能量，也能影响运动持久性和表现。

用脑带来的疲劳问题则更加微妙。1915 年，意大利生理学家安吉洛 · 莫索（Angelo Mosso）就认为，大脑是独一无二的，是唯一不因饥饿（而萎缩）的器官。他提出，" 如果大脑是物质代谢最活跃的器官，那么当身体其他部分消瘦时，如何解释大脑重量并没有减少这一事实呢？"（现在的研究已经证实大脑也会受到饥饿的影响，当体内的能量不足时，大脑会促使人进食，而无法得到能量时，大脑执行功能的精细程度会降低。）

美国西北大学丹尼尔 · 摩尔登（Daniel Molden）等人设计了精确的实验室测量研究，发现用脑并不会影响血糖水平，也就是不会增加碳水化合物的代谢速率。

不过科学家也猜测，正常情况下，碳水化合物并不会影响持续用脑，但也不排除在某些情况下可能提高大脑功能表现，同样，用碳水化合物持续漱口也可能随着时间的推移而减弱 " 欺骗 " 大脑的效果。

但是，如果没有物质代谢层面的原因，就无法解释大脑疲劳的生物学意义，因为那样的话我们完全可以无休止地进行脑力工作。

于是科学家假设，用脑会产生一些废物，而这些废物是有毒的，或者用脑会消耗一些用于认知的关键代谢产物，而这些代谢产物需要时间重新产生，才能支持后续的大脑活动。这时，谷氨酸就进入了科学家的视野。

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量化疲劳

将谷氨酸作为怀疑对象是有理由的。此前科学家已经认识到，大脑中过多的谷氨酸会成为一种毒素，导致神经细胞过度兴奋，以至于脑细胞损伤与死亡，帕金森病、慢性疲劳综合征以及焦虑症、精神分裂症等等均与此有关。

谷氨酸是大脑中最丰富的神经递质，也就是在神经元之间传递信息信号分子，在学习和记忆中扮演了重要角色。谷氨酸由神经细胞制造，储存在轴突末端的囊泡中，神经胶质细胞将 " 使用过的 " 谷氨酸转化为谷氨酰胺，当被输送回神经细胞的末端区域时，谷氨酰胺又被转化回谷氨酸。要想让大脑正常运作，就必须让它在合适的时间保持恰当的浓度才行。

2022 年 8 月，法国科学家发表的一项研究把这个怀疑推进了一大步。他们发现，当人们在参加测试任务超过 6 小时后，大脑中谷氨酸含量就会增加。疲惫与神经系统代谢物竟有如此显著的关系，这项发表在《当代生物学》（Current Biology）的研究注定引来关注。

巴黎大脑研究所安东尼乌斯 · 维勒（Antonius Wiehler）等人把与复杂智力有关的大脑外侧前额叶皮层（LPFC）作为研究重点，因为当人们精神疲惫时，该区域就会变得不那么活跃。他们利用磁共振波谱（MRS）技术测量了人体大脑中 8 种化学物质的浓度水平，其中就包括谷氨酸。

共有 40 人参与了这项持续超过 6 个小时的实验，分为困难组和简单组。其中 26 名参与者参与困难任务，另外 14 人参与更简单的任务。困难组枯燥的测试足够折磨人，他们需要紧盯电子屏幕上快速闪现的字母，或者需要辨别颜色、大小写以及元音和辅音，还可能需要指出当前字母是否与前 N 次中出现过的字母相同。

实验中 26 名参与者参与困难任务组，14 人参与简单任务组。困难组需要紧盯电子屏幕上快速闪现的字母，或者需要辨别颜色、大小写以及元音和辅音，还可能需要指出当前字母是否与前 N 次中出现过的字母相同。（图片来源：Current Biology）

原来疲劳是可以量化的：结果发现，与简单测试的参与者相比，困难组参与者大脑中谷氨酸含量较高（上升了约 8%），而其他 7 种测试的化学物质浓度没有增加。同时研究发现，困难组参与者在试验完毕后决策能力下降，比如他们在测试后选择了当下较少数额现金奖励，而放弃了一段时间后更大的奖励。

但该研究也引发了争议，其中一个争议是，这项研究只展现了相关性，也就是说脑过度与大脑氨基酸积聚同时出现，但并不能证明这两件事之间存在因果关系。

维勒也承认，论文距离证实用脑过度导致谷氨酸积聚的结论还很远。作者还表示，他们的测量技术还不够灵敏。例如，研究没有锁定大脑与疲劳有关的精确位置，且由于数据采集需要 10 分钟左右，那么就没办法得到实时数据，无法知道哪些特定任务对谷氨酸积聚影响更大。另外，实验设备无法区分谷氨酸和其转化物谷氨酰胺。

此外，对于为什么认知控制区域会比视觉皮层等其他区域更多地积累谷氨酸，这仍然缺乏解释。普林斯顿大学神经科学教授乔纳森 · 科恩（Jonathan Cohen）在接受《科学》杂志采访时表示，为了处理面部识别这类艰巨的任务，大脑必须有一个更复杂的计算系统来分配精力，可能不只是积累或消耗代谢物这么简单。

好消息是，研究发现睡眠期间大脑谷氨酸浓度会降低，这可能是睡眠期间大脑消除了潜在有毒物质。

用脑为何会劳累，这实锤答案没那么容易到手。是还是不是（To be, or not to be），问题仍在。