我们是否曾注意到，长时间专注思考后，我们常常会感到疲惫无比。这种现象在需要频繁脑力劳动的人群中尤为普遍，比如学生、研究员和各类专业人士。他们明明整天都未怎么活动，纯粹是在思考问题，却总是觉得筋疲力尽。

正如剧烈运动后我们的身体会感到疲惫，同样，持续的思考也会导致大脑疲劳。今天，我们将从生理学和心理学的角度，一起探讨这种现象背后的科学道理。大脑的能耗有多高？

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首先，让我们来看看大脑的能耗是多少。大脑，这个仅占人体重量2％的神奇器官，却惊人地消耗着我们20％的氧气和能量。也就是说，我们的大脑掌握了20%的“能量预算”，用于支持我们的思考、行动和感知。这种高能耗的特性，在我们从事各类思考和活动时都不会改变。

让我们假设你一整天什么都不做，只是躺在床上。这时，你的身体会消耗多少能量呢？这就涉及到人体的基础代谢率（Basal Metabolic Rate，BMR），即我们在休息状态下维持生命所需的最低能量。一般来说，成年男性的BMR在1600-1800千卡/天，而成年女性的BMR则在1300-1500千卡/天。当然，这只是一个大概范围，具体数值会因人而异。

假设你的BMR是1300千卡，那么每小时你的身体大约会消耗54.16千卡的能量，每秒则消耗15.04卡。将这个能量消耗换算成功率，大约是63瓦。而大脑消耗的功率则是这个数值的20%，也就是12.6瓦。

也就是说，一个成年人的大脑运行所需的功率大约是12.6瓦，相当于一部手机充电的功率，当然，这是普通的充电器，还没达到快充的水平。

这些能量都用在哪了呢？研究人员利用先进的正电子发射断层扫描(PET)和功能性磁共振成像(fMRI)技术，揭示了大脑内不同功能过程在神经元和胶质细胞之间的能量分配关系。通过测量大脑的代谢和血液循环活动，研究人员发现，大脑能量的大部分被用于支持神经元之间的突触活动以及维持细胞间的稳态。

努力思考会消耗大脑中更多的能量吗？

大脑中的神经元在持续进行新陈代谢，以支持它们的活动。为此，大脑中的能量主要来自于葡萄糖代谢产生的三磷酸腺苷(ATP)，用于支持神经元的兴奋和信号传导。

科学家曾提出这样一种假设——人们感到疲劳可能是因为耗尽了大脑中某种资源。可能是大脑在长时间使用后，消耗了更多的葡萄糖。这种观点最初在2000年得到一些支持，研究人员发现，测试者在完成有难度的脑力活动后，他们的血糖会下降，而摄入含糖饮料后，可以提升他们的表现。然而，在后续的研究中，并未能重复到这些结果。

事实上，大脑的能耗是一个相对稳定的值，不会因为我们的精神和运动活动的强度而变化。

长时间思考后的认知疲劳是怎么来的？

我们在长时间思考后感到的疲劳又是从何而来的呢？所谓的认知疲劳，是一个复杂的现象，它常在我们完成大量需要精神集中和努力的任务之后出现，例如学习新的信息，做复杂的决策，或者进行其他需要大量认知资源的活动。

多年来，对于认知疲劳的理解有许多不同的解释，其中一个流行的理论认为，大脑可能会产生一种信号，来提示我们进行成本效益分析。也就是说，当我们在做一项认知任务时，大脑会评估这项任务的难度和回报，如果这项任务过于费力而回报又很低，那么我们就可能会感到认知疲劳，从而决定停止当前的任务，转向其他看起来更有价值的事情。

然而，这只是一个理论，并没有明确的证据来支持。这就是为什么这种解释将认知疲劳视为一种“错觉”。

最近的一些研究发现，认知疲劳可能与一种生物学机制有关。也就是说，在我们做认知任务时，可能会发生一些生物过程，导致我们的大脑和身体感到疲劳。这些新的研究为我们理解认知疲劳提供了新的线索。

长时间思考后后会选择立即奖励还是延迟满足？

在长时间的思考之后选择立即奖励还是延迟满足呢？科学家们针对此问题进行了一项研究，该实验的结果已在《当前生物学》杂志上发表。他们邀请了40位志愿者参与实验，并将他们分为两组，一组进行较为困难的记忆任务，另一组进行相对简单的记忆任务。这些任务的难度取决于字母之间的时间间隔和序列中的变化次数。在长达六个小时的测试后，结果显示，执行较困难任务的组别的参与者在记忆中显得更加专注，因此这些志愿者经历了更多的认知疲劳，并且更倾向于快速得到回报，以及用较少的努力就能得到回报。例如，他们选择立即接收较小的金额奖励，而不是等待一段时间以接收较大的金额奖励。

为了解释这一现象，研究人员采用了一种可以检测大脑前额叶皮层中谷氨酸水平的方法 —— 磁共振波谱法。他们选择研究前额叶皮层和谷氨酸的原因是，前额叶皮层是大脑中控制认知的区域，它允许我们抑制冲动。比如，当你被蚊子咬了，你会想要挠，而要抑制这种冲动，就需要依赖认知控制。此外，我们在选择诱人的短期奖励（如不健康的零食）而不是长期收益时，也会依赖这一系统。而谷氨酸是一种人体非必需氨基酸，它是人体中含量最丰富的氨基酸，广泛存在于大脑和肌肉中。在哺乳动物的中枢神经系统中，谷氨酸扮演了重要的兴奋性神经递质的角色，可以将信息从一个神经细胞传递到另一个神经细胞，起着传递信号的作用。

磁共振波谱结果显示，执行较困难任务的志愿者大脑前额叶皮层中的谷氨酸浓度比执行较简单任务的志愿者的谷氨酸浓度高，增加了8%，并且谷氨酸的扩散速度也更快。然而，这项研究也有局限性：40名志愿者的样本量相对较小，磁共振波谱法的灵敏度不足，不能区分谷氨酸及其前体谷氨酰胺等相关分子。

“疲劳可能是减少谷氨酸积累的一种自然适应机制。”研究作者、巴黎脑研究所的研究员Antonius Wiehler博士如此解释。换句话说，当你感到疲倦时，这可能是你的大脑在告诉你，需要暂时停下来休息，以防止你的谷氨酸水平进一步上升。

长时间思考后因该如何恢复

我们要知道过多的谷氨酸会对大脑功能产生破坏性影响，而适当的休息可以帮助大脑恢复对谷氨酸的适当调节。遗憾的是，由于谷氨酸是大脑中最丰富的神经递质，我们不能将其作为药物的靶标来直接降低其含量。

我们可以通过合理的休息、饮食和锻炼等方式，有效地缓解神经疲劳，提升认知能力，从而提高生活质量。这些方式包括：

休息与恢复。充足的休息对于缓解由长时间思考引起的疲劳至关重要。研究显示，短暂的休息可以有效地恢复大脑神经递质的水平，提高神经传导效率，从而减轻疲劳感。

轻松的活动。进行一些轻松的活动，如散步、聊天或听音乐等，也可以帮助缓解思考过程中的疲劳。这些活动可以帮助大脑从高度集中的状态转换为更为放松的状态，有助于神经系统的恢复。

饮食与补充剂。合理的饮食可以为大脑提供必要的能量，延缓疲劳的产生。食物中富含的脂肪酸、蛋白质和矿物质等营养成分，有助于维持大脑的正常功能和缓解疲劳。此外，一些补充剂，如L-酪氨酸和辅酶Q10等，被认为可以提高大脑的能量代谢，进而降低疲劳感。

管理心理压力。有效地管理心理压力有助于降低疲劳感。学会调整自己的情绪，保持积极的心态，可以提高大脑的神经递质水平，改善神经传导效率，从而缓解疲劳。此外，培养良好的动机和设定合理的预期也是降低疲劳感的关键因素。

我们的大脑是一个非常复杂且精细的系统，需要妥善的护理和维护。当我们面临认知疲劳时，应当注意采取适当的措施来保护我们的大脑。无论是短暂的休息，还是适当的饮食和锻炼，或是学会管理压力，这些都是我们可以做的事情。毕竟，一个健康的大脑，才能更好地支持我们的日常生活和工作。

参考文献：

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.

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作者：Denovo 科普作者

审核：北京中科普心理心理健康促进中心 副主任 唐义诚

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