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精神疲劳的化学基础:谷氨酸兴奋毒性 精选

已有 2763 次阅读 2022-8-13 19:17 |系统分类:海外观察

心理疲劳(mental fatigue)一译“精神疲劳”。 是指由脑力劳动繁重、神经系统紧张程度过高或长时间从事单调、厌烦的工作而引起的精神疲怠现象。 表现为心绪不安,动机丧失,注意不易集中,思维迟钝,情绪低落,工作效率下降,反应时延长,工作正确率降低等。精神疲劳到底是如何形成的,其实并没有研究清楚。最近一项研究提示,可能是大脑内谷氨酸导致的兴奋毒性。

谷氨酸是大脑内最主要的兴奋性神经递质,但如果过多释放,可以导致神经兴奋过度甚至神经细胞的死亡。上个世纪末,科学家研究这种神经递质发现,这种兴奋神经递质释放导致兴奋毒性是脑外伤脑缺血等经典神经系统损伤和疾病中的重要病理基础。

一定知道精神疲劳感觉。你为了考试或演讲死记硬背了一整天,突然间你想不起一些简单的事情,比如你早餐吃了什么,或者伯利兹到底在哪里。现在,一项研究暗示了为什么我们在数小时的脑力劳动后会如此疲惫:大脑中最丰富的化学信号——谷氨酸的有毒积聚

这项研究并不是第一个试图解释认知疲劳的研究,而且它一定会引起争议,普林斯顿大学的神经学家乔纳森·科恩说,他并没有参与这项研究。许多科学家曾经认为,做困难的脑力工作比简单的工作消耗更多的能量,就像运动对肌肉造成的疲劳一样。他说,一些人甚至建议喝含糖奶昔比人工加糖奶昔更能让你的思维更敏锐。但科恩和该领域的许多其他人对这种简单化的解释持怀疑态度。“这一切都被揭穿了,”他说。

在这项新研究中,研究人员研究了谷氨酸水平是否与我们在精神疲惫时经常表现出来的行为有关。冲动的寻求容易的、即时的满足的,例如,或行为冲动的谷氨酸通常会刺激神经元,在学习和记忆中发挥关键作用,但过多的谷氨酸会严重破坏大脑功能,导致从细胞死亡到癫痫发作等各种问题。

科学家们使用了一种称为磁共振波谱的非侵入性技术,这种技术可以通过无线电波和强力磁铁的结合来检测谷氨酸。他们选择将注意力集中在一个叫做外侧前额叶皮层的大脑区域,这个区域帮助我们保持专注并制定计划。当一个人精神疲惫时,这个区域就会变得不那么活跃。

研究人员将39名有偿参与研究的参与者分成两组,其中一组接受一系列旨在诱导精神疲惫的认知任务。在一项实验中,参与者必须决定在电脑屏幕上快速连续闪烁的字母和数字是绿色的还是红色的,是大写的还是小写的,以及其他变化。在另一个实验中,志愿者们必须记住一个数字是否与他们之前看到的三个字符相匹配。实验持续了大约6个小时,其间有两次10分钟的休息时间和一个三明治和一片水果的简单午餐。在第二组,人们做同样任务的简单得多的版本。

随着时间的推移,研究人员通过要求参与者做出需要自我控制的选择来反复测量他们的认知疲劳程度——例如,决定放弃可以立即获得的现金,这样他们以后就可以赚到更多的钱。研究人员观察到,被分配到更困难任务的一组比任务更简单的一组多做出了10%左右的冲动选择。与此同时,他们的外侧前额叶皮层的谷氨酸水平上升了约8%——这一模式在另一组中没有出现,科学家今天在《当代生物学》上报告说。

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该研究的第一作者安东尼乌斯·威勒(Antonius Weihler)是巴黎大学精神病学和神经科学学院的计算精神病学家,他说:“我们距离说精神上的努力会导致大脑中有毒的谷氨酸累积这一点还很远。”但如果确实如此,它强调了众所周知的睡眠恢复能力,它通过冲刷代谢废物来“清理”大脑。研究小组建议,可以利用前额叶皮层中的谷氨酸水平来检测严重的疲劳,并监测从抑郁或癌症等疾病中恢复的情况。

在许多脑疾病中都存在谷氨酸异常信号。目前已经有针对谷氨酸的神经元受体的药物,包括艾氯胺酮,一种用于治疗抑郁症的麻醉剂氯胺酮,以及用于治疗阿尔茨海默病症状的美金刚胺。研究人员还在探索以谷氨酸为基础的治疗其他一些疾病的方法,如精神分裂症和癫痫。

布里格姆妇女医院的临床光谱学家亚历山大·林(Alexander Lin)指出,这项研究的一个重要局限性是,所使用的扫描仪不够强大,无法区分谷氨酸和另一种密切相关的分子谷氨酰胺。但他说,这些发现“为研究谷氨酸可能如何通过药物或神经刺激等设备调节提供了基础”。

布朗大学的神经学家塞巴斯蒂安·马斯里克(Sebastian Musslick)怀疑,代谢废物最终会成为认知疲劳的关键因素。相反,他怀疑大脑疲劳时谷氨酸的增加是有目的的。我们体内的器官与大脑保持着持续的沟通,让我们知道什么时候需要吃饭、睡觉、喝水和上厕所。马斯里克认为,也许前额叶皮层的谷氨酸正在向大脑内部监测系统发送类似的状态更新。

对于科恩来说,对废品在认知疲劳中扮演重要角色这一观点持怀疑态度的最令人信服的理由是,它无法解释人类经常克服认知疲劳的能力,或毫不费力地执行人脸识别等要求很高的计算任务,这些任务需要计算机耗费兆瓦特的能量才能完成。他说,为了应付这么多高要求的任务,大脑必须有一个更复杂的计算系统来分配精力,而不是简单地积累或消耗代谢副产品。“事情没那么简单。”

Mentally exhausted? Study blames buildup of key chemical in brain | Science | AAAS



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