《细胞》子刊:下班后不想动脑?那就对了!科学家发现6.5小时高强度脑力工作后,大脑内“毒物”积累,导致思维迟钝、身体疲惫

今天也是兢兢业业工作的一天呢!打工总是让人身心俱疲,又无可奈何。工作一段时间后,这个脑瓜子啊就是转不动了,还会不自觉地拿出手机看看八卦买买东西,总之一切需要动脑的事情,退!退!退!

但是这样放松一下真的非常管用!马上就能元气满满继续打工。所以,奇点糕举手提问:有没有一种可能,上班摸鱼、下班买买买是为了更好地工作?

近期,巴黎大脑研究所Mathias Pessiglione团队从神经代谢的角度提供了一种可能的解释,并在《当代生物学》上发表了重要研究成果,他们发现,认知疲劳产生的机制可能与大脑代谢改变有关[1]。

对此,Mathias Pessiglione团队深入研究后发现,用脑过程中产生的“代谢废物”谷氨酸会堆积在大脑中负责认知控制的区域,外侧前额叶皮层(lPFC),导致激活lPFC所需的“成本”增加,从而引发认知疲劳

大脑“累了”难道会硬撑吗?NO!其实你那机智的脑瓜子早就在琢磨怎么给自己减压了,比如引诱你进行一些无需努力或等待的“低成本”快乐行为

《细胞》子刊:下班后不想动脑?那就对了!科学家发现6.5小时高强度脑力工作后,大脑内“毒物”积累,导致思维迟钝、身体疲惫

为了阐明认知疲劳的功能与生物学机制,研究人员招募了40名参与者,根据参与认知任务的困难程度,将其分为简单组(n=16)和困难组(n=24)。

为诱发认知疲劳,所有参与者需要在6.25 小时内执行两个认知控制任务(N-switch与N-back)。N-switch任务要求参与者根据字母颜色,完成元音和辅音或大写和小写的区分,这个任务的难度取决于字母颜色变化的速度;N-back任务要求参与者陈述屏幕上的字母是否与之前试验中出现的字母相同,这项任务的难度取决于两次测试之间的时间间隔。

接着,研究人员要求两组参与者做出4个经济决策,每个选择都设计为小奖励/低成本(LC)或大奖励/高成本(HC)模式。例如,LC模式代表参与者可以立即获得41.20欧元,而HC模式则代表参与者一个月后会获得50欧元。两组参与者的认知任务与经济决策交替进行5个周期。 

《细胞》子刊:下班后不想动脑?那就对了!科学家发现6.5小时高强度脑力工作后,大脑内“毒物”积累,导致思维迟钝、身体疲惫 实验设计模式图

随后,研究人员对参与者的客观表现和主观评分进行了分析,以评估两组参与者的认知疲劳程度。结果显示,随着时间推移,两组参与者得分相似。由此推测,
人们通常无法主观报告与任务难度相关的疲劳,也就是认知控制的负荷程度

《细胞》子刊:下班后不想动脑?那就对了!科学家发现6.5小时高强度脑力工作后,大脑内“毒物”积累,导致思维迟钝、身体疲惫 两组参与者在认知任务中的平均正确率与主观疲劳评分(0表示状态很好,100表示精疲力尽)

尽管如此,但通过分析两组参与者的经济决策行为,研究人员发现
困难组的参与者在经济决策中更偏向于LC模式,由此推测,
认知疲劳可能会导致人们倾向于选择认知控制成本低的选项

然而,由于缺乏磁共振扫描数据,目前无法验证这种选择偏倚是否与选择过程中lPFC活动减少相关。

没有困难的研究工作,只有勇敢的科研人!研究人员查阅文献后发现,瞳孔扩张与认知控制所需投入的精力水平相关,可作为经济决策中衡量认知控制成本的指标[2-3]。

于是他们迅速转变研究思路,测量了两组参与者的瞳孔扩张变化,结果显示,随着时间推移,困难组参与者的瞳孔扩张明显减少,提示参与者处于认知疲劳状态时,在决策考量中投入的精力较少

《细胞》子刊:下班后不想动脑?那就对了!科学家发现6.5小时高强度脑力工作后,大脑内“毒物”积累,导致思维迟钝、身体疲惫 两组参与者在认知疲劳时的瞳孔扩张变化

费了这么老大劲,总算弄清楚了认知疲劳影响决策的来龙去脉。
高难度的认知任务会导致认知控制的成本增加,引发认知疲劳,此时我们聪明的脑瓜子非常容易进入“摸鱼”状态,所以在决策行为中更倾向于一些有短期回报的选择。

说到这儿,本糕恍然大悟!原来辛苦打工一整天就容易乱花钱是有科学依据的!毕竟,作为总指挥官,大脑“累了”一整天,怎么可能还会委屈自己硬抗呢?当然是及时行乐!

言归正传,为啥认知控制的成本会随着认知任务的难度增加而增加嘞?为探索这背后的生物学机制,研究人员将焦点转向了大脑代谢,他们利用磁共振波谱(MRS)对两组参与者大脑中lPFC与初级视觉皮层(V1)的代谢物浓度进行了检测。

结果显示,谷氨酸是唯一显示出三方交互作用(认知任务组、大脑区域、执行任务时长)的代谢物。而且,相对于简单认知任务组和V1区,困难认知任务组参与者的大脑lPFC区中,谷氨酸浓度以及谷氨酸和谷氨酰胺总量(Glx)的表观扩散系数水平更高

《细胞》子刊:下班后不想动脑?那就对了!科学家发现6.5小时高强度脑力工作后,大脑内“毒物”积累,导致思维迟钝、身体疲惫 上:两组参与者大脑lPFC区与V1区中,与总肌酸归一化后的谷氨酸浓度

下:两组参与者大脑lPFC区与V1区中,Glx谷氨酸和谷氨酰胺总量的表观扩散系数

最后,研究人员评估了经济决策行为与认知疲劳状态下大脑代谢之间的相关性。结果显示,认知疲劳时决策倾向于LC的程度与谷氨酸浓度和Glx扩散增加均存在正相关性,但仅有Glx扩散增加具有显著的统计学差异,这表明参与者在认知疲劳状态下独宠LC选项与Glx扩散水平有关,也就是与谷氨酸的积累有关。

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