簡單的問題才會難死科學家。比如用腦多了為何會勞累？激烈的運動會消耗大量碳水化合物，所以我們會感到疲勞，那么坐著不動的腦力勞動所產生的疲憊來自何處呢？科學常常顛覆我們的想當然。比如疲勞并非我們的進化缺陷，恰恰相反，它是人體的一種自我保護機制，是一種腦衍生的調節(jié)運動行為的感知。當我們大量使用肌肉時，其中存儲的糖原大量轉化成乳酸，讓肌肉感到酸痛，而酸痛感增強會促使人停下來，進而避免肌肉過度使用和能量過度消耗帶來的傷害。
起初，科學家也認為碳水化合物大量消耗和腦疲勞有關，然而這一猜測并不總是站得住。我們經?？吹绞澜绫悎錾献闱蜻\動員做出一個行為：他們拿起一瓶飲料灌一大口，卻不會吞咽下去而只是漱口吐出來，隨后就活力十足再次上場了。研究表明，這種用碳水飲料漱口5到10秒，然后吐出，就可以在持續(xù)約 1 小時的高強度活動中提高運動表現。有推測是，碳水化合物漱口沒有提高血糖水平，但口腔中的碳水化合物受體激活了大腦的某些區(qū)域，從而“欺騙”了大腦，讓人忘記疲憊，這樣還可以避免激烈運動中大量攝入飲料帶來的胃腸道不適。當然，這種只入口而不入腹的做法不適用于馬拉松。科學家還發(fā)現，含有碳水化合物的漱口水會激活紋狀體中的多巴胺能通路，即大腦中與獎勵反應相關的區(qū)域，這讓大腦會誤以為獎勵出現了（另一種望梅止渴）。并且，與飲入相比，只入口而不入腹的漱口對運動表現的影響更大。這些研究表明，即使碳水化合物不直接為人體提供能量，也能影響運動持久性和表現。用腦帶來的疲勞問題則更加微妙。1915年，意大利生理學家安吉洛·莫索（Angelo Mosso）就認為，大腦是獨一無二的，是唯一不因饑餓（而萎縮）的器官。他提出，“如果大腦是物質代謝最活躍的器官，那么當身體其他部分消瘦時，如何解釋大腦重量并沒有減少這一事實呢？”（現在的研究已經證實大腦也會受到饑餓的影響，當體內的能量不足時，大腦會促使人進食，而無法得到能量時，大腦執(zhí)行功能的精細程度會降低。）美國西北大學丹尼爾·摩爾登（Daniel Molden）等人設計了精確的實驗室測量研究，發(fā)現用腦并不會影響血糖水平，也就是不會增加碳水化合物的代謝速率。不過科學家也猜測，正常情況下，碳水化合物并不會影響持續(xù)用腦，但也不排除在某些情況下可能提高大腦功能表現，同樣，用碳水化合物持續(xù)漱口也可能隨著時間的推移而減弱“欺騙”大腦的效果。但是，如果沒有物質代謝層面的原因，就無法解釋大腦疲勞的生物學意義，因為那樣的話我們完全可以無休止地進行腦力工作。于是科學家假設，用腦會產生一些廢物，而這些廢物是有毒的，或者用腦會消耗一些用于認知的關鍵代謝產物，而這些代謝產物需要時間重新產生，才能支持后續(xù)的大腦活動。這時，谷氨酸就進入了科學家的視野。
將谷氨酸作為懷疑對象是有理由的。此前科學家已經認識到，大腦中過多的谷氨酸會成為一種毒素，導致神經細胞過度興奮，以至于腦細胞損傷與死亡，帕金森病、慢性疲勞綜合征以及焦慮癥、精神分裂癥等等均與此有關。
谷氨酸是大腦中最豐富的神經遞質，也就是在神經元之間傳遞信息信號分子，在學習和記憶中扮演了重要角色。谷氨酸由神經細胞制造，儲存在軸突末端的囊泡中，神經膠質細胞將“使用過的”谷氨酸轉化為谷氨酰胺，當被輸送回神經細胞的末端區(qū)域時，谷氨酰胺又被轉化回谷氨酸。要想讓大腦正常運作，就必須讓它在合適的時間保持恰當的濃度才行。2022年8月，法國科學家發(fā)表的一項研究把這個懷疑推進了一大步。他們發(fā)現，當人們在參加測試任務超過6小時后，大腦中谷氨酸含量就會增加。疲憊與神經系統代謝物竟有如此顯著的關系，這項發(fā)表在《當代生物學》（Current Biology）的研究注定引來關注。巴黎大腦研究所安東尼烏斯·維勒（Antonius Wiehler）等人把與復雜智力有關的大腦外側前額葉皮層（LPFC）作為研究重點，因為當人們精神疲憊時，該區(qū)域就會變得不那么活躍。他們利用磁共振波譜（MRS）技術測量了人體大腦中8種化學物質的濃度水平，其中就包括谷氨酸。共有40人參與了這項持續(xù)超過6個小時的實驗，分為困難組和簡單組。其中26名參與者參與困難任務，另外14人參與更簡單的任務。困難組枯燥的測試足夠折磨人，他們需要緊盯電子屏幕上快速閃現的字母，或者需要辨別顏色、大小寫以及元音和輔音，還可能需要指出當前字母是否與前N次中出現過的字母相同。實驗中26名參與者參與困難任務組，14人參與簡單任務組。困難組需要緊盯電子屏幕上快速閃現的字母，或者需要辨別顏色、大小寫以及元音和輔音，還可能需要指出當前字母是否與前N次中出現過的字母相同。（圖片來源：Current Biology）原來疲勞是可以量化的：結果發(fā)現，與簡單測試的參與者相比，困難組參與者大腦中谷氨酸含量較高（上升了約 8%），而其他7種測試的化學物質濃度沒有增加。同時研究發(fā)現，困難組參與者在試驗完畢后決策能力下降，比如他們在測試后選擇了當下較少數額現金獎勵，而放棄了一段時間后更大的獎勵。但該研究也引發(fā)了爭議，其中一個爭議是，這項研究只展現了相關性，也就是說腦過度與大腦氨基酸積聚同時出現，但并不能證明這兩件事之間存在因果關系。維勒也承認，論文距離證實用腦過度導致谷氨酸積聚的結論還很遠。作者還表示，他們的測量技術還不夠靈敏。例如，研究沒有鎖定大腦與疲勞有關的精確位置，且由于數據采集需要10分鐘左右，那么就沒辦法得到實時數據，無法知道哪些特定任務對谷氨酸積聚影響更大。另外，實驗設備無法區(qū)分谷氨酸和其轉化物谷氨酰胺。此外，對于為什么認知控制區(qū)域會比視覺皮層等其他區(qū)域更多地積累谷氨酸，這仍然缺乏解釋。普林斯頓大學神經科學教授喬納森·科恩（Jonathan Cohen）在接受《科學》雜志采訪時表示，為了處理面部識別這類艱巨的任務，大腦必須有一個更復雜的計算系統來分配精力，可能不只是積累或消耗代謝物這么簡單。好消息是，研究發(fā)現睡眠期間大腦谷氨酸濃度會降低，這可能是睡眠期間大腦消除了潛在有毒物質。用腦為何會勞累，這實錘答案沒那么容易到手。是還是不是（To be, or not to be），問題仍在。論文：
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)01111-3#%20參考：
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3323922/
https://www.nytimes.com/2018/07/11/sports/world-cup/harry-kane-england.html
https://my.clevelandclinic.org/health/articles/22839-glutamate#:~:text=Glutamate%20is%20the%20most%20abundant,places%20at%20the%20right%20time
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3847097/#:~:text=Fatigue%20is%20a%20self%2Dprotective,the%20energy%20stores%20are%20depleted
https://www.science.org/content/article/mentally-exhausted-study-blames-buildup-key-chemical-brain
https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0956797612439069IEEE Spectrum
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