1996年，俄罗斯国际象棋特级大师加里·卡斯帕罗夫在与IBM“深蓝”计算机的首轮对抗赛接近尾声时，曾对自己所面临的不公劣势发出感叹：“我真的太累了。这些比赛消耗了大量精力。但如果是和人类对手正常对弈，对方也会同样疲惫。”

机器智能只要有电源就能持续运转，人类大脑却会产生疲劳——这种感受无需成为国际象棋特级大师也能体会。无论是漫长的工作日、校园学习时光，还是应对日常生活中无数决策的奔波，任何人都可能最终感到精疲力竭。这种**认知疲劳**会削弱行动力、模糊专注力、损害判断力，还可能增加粗心犯错的概率。尤其当认知疲劳与睡眠不足或昼夜节律紊乱叠加时，还可能引发致命的医疗失误和道路交通事故。

巴黎脑科学研究所认知神经科学家兼研究主任马蒂亚斯·佩西格里奥内研究“疲劳大脑”的灵感，部分就来源于卡斯帕罗夫这番疲惫的言论。他想弄明白一个问题：“为何这套认知系统如此容易疲劳？”

长期以来，研究人员和临床医生始终难以对认知疲劳进行定义、测量和治疗——他们大多只能依赖“受试者自称疲劳程度”的自我报告。不过如今，来自不同学科的科学家正借助创新实验方法和生物标志物，深入探究认知疲劳的代谢根源与影响后果。

美国马里兰州巴尔的摩市约翰·霍普金斯大学生物医学工程师维克拉姆·奇布表示，这些研究之所以能获得更多关注与资金支持，很大程度上要归功于“长期新冠”（long COVID）——在感染新冠病毒（SARS-CoV-2）的人群中，约每100人就有6人受其困扰。“长期新冠的主要症状就是疲劳，”奇布指出，“我认为这一现象让很多人开始重视认知疲劳问题。” 

奇布等研究者希望，对认知疲劳的基础性认知，既能帮助数十亿“偶尔受其困扰”的普通人，也能为数千万“长期承受极端、慢性疲劳”的患者提供帮助。除长期新冠外，严重疲劳还是慢性疲劳综合征（又称肌痛性脑脊髓炎，ME/CFS）、创伤后应激障碍（PTSD）、多发性硬化症（multiple sclerosis）、抑郁症（depression）和帕金森病（Parkinson’s disease）的典型症状。癌症治疗、头部损伤、中风或接触特定毒素后，也可能出现极端精神疲劳。

“疲劳是个非常严重的问题，”奇布说，“我们必须弄清楚——该如何研究它，又该如何干预它。”

什么是认知疲劳？

在国际象棋比赛开局阶段，专业棋手可能会依赖熟练的定式走法。“前五六步甚至七步，不用思考就能下出来，”佩西格里奥内解释道。但当棋盘出现陌生局面时，棋手就再无固定套路可用，此时“必须主动思考”。这种情况与司机驶入陌生街道类似：在走过数百次的熟路上，大脑可以开启“自动驾驶”模式；但一旦选择未知路线，佩西格里奥内指出，“大脑承受的负担会显著加重”。

科学家将这种“需要主动付出努力的思维引导与调控过程”称为**认知控制**。主流理论认为，随着时间推移，大脑维持认知控制的“成本”会不断增加，疲劳感也随之产生。但科学家尚未完全弄清背后的原因：有人认为这与“细胞能量供应紧张时的应对机制”有关，也有人提出是“神经活动产生的毒素不断累积”所致¹。不过研究者普遍认同一点——疲劳感具有保护作用，它是在提醒大脑：“已接近生理极限，该休息了。”

（配图说明：1996年和1997年的国际象棋对抗赛中，俄罗斯特级大师加里·卡斯帕罗夫逐渐显露疲态，而他的对手IBM“深蓝”计算机却毫无倦意。）

**图片来源**：斯坦·本田/法新社/盖蒂图片社

科学家表示，认知疲劳的产生可能涉及多个脑区的分子机制。研究发现，认知疲劳与多种代谢物（如葡萄糖、乳酸）水平变化、神经化学递质（如谷氨酸、腺苷），以及一种参与学习记忆的蛋白质——脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）存在潜在关联²。甚至与阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease）相关的蛋白片段β-淀粉样蛋白（amyloid-β），也可能通过破坏突触、干扰谷氨酸清除或加剧神经炎症（neuroinflammation），间接导致认知疲劳³。但目前尚不确定这些物质中，哪些是“疲劳的标志物”，哪些是“疲劳的诱因”。

比利时根特大学认知神经科学家克莱·霍罗伊德是“认知疲劳毒素累积理论”的支持者之一。尽管尚未明确“代谢废物具体是什么”，但这一理论在过去五年左右已逐渐获得更多认可。霍罗伊德将疲劳感比作疼痛（pain）：二者都能保护身体免受“累积性损伤”。

不过他也指出，即便人们起初忽视疲劳感，多数情况下也几乎不会造成真正的代谢损伤。“我们的身体有自动保护机制，”他解释道，“你或许能在一段时间内高强度工作，但最终还是得睡觉休息。”虽然暂时停下工作能缓解疲劳，但睡眠（sleep）的“恢复作用”要显著得多——尤其是慢波深度睡眠，它就像大脑的“夜间维护系统”，能清除代谢废物、重新校准神经回路与细胞，让大脑以最佳状态利用能量储备。

寻求更精准的测量方法

传统上，认知疲劳的量化方式主要有两种：一是让受试者自我报告疲劳程度，二是通过“工作记忆测试或其他任务的表现变化”来判断。但科学家认为，这两种方法都存在明显缺陷：任务表现下降可能被“行动力、无聊感、挫败感”等因素掩盖；而像棋手通过训练“将一系列走法形成肌肉记忆”那样，训练也可能抵消疲劳对表现的影响。

与此同时，自我报告具有主观性和不可靠性。“人们对自身疲劳程度的判断往往很不准确，”美国密歇根大学安娜堡分校计算医学研究者丹尼尔·福杰尔指出，他目前正致力于探索评估认知疲劳的新方法。

为更深入理解疲劳，佩西格里奥内、奇布等研究者正试图将“疲劳的生化机制”与“疲劳对行动力（motivation）的影响”结合起来分析⁴。目前的假说认为：认知疲劳源于“负责认知控制的脑区”发生代谢变化；无论是能量储备耗尽还是废物累积，这些变化都会改变“大脑回路权衡‘付出脑力’的成本与收益”的方式——最终让决策倾向于“更轻松、即时回报更高的选择”¹。

在2022年的一项研究中⁵，佩西格里奥内团队模拟了一个“工作日场景”：让健康受试者花数小时完成同一认知任务的“简单版”或“困难版”。其中一项任务是：受试者观察屏幕上依次出现的字母，并判断每个新字母是否与“之前特定位置的字母”一致。例如，判断“当前字母是否与前三个字母相同”，要比判断“是否与前一个字母相同”难得多。

模拟工作结束后，研究者让受试者在“小额即时奖励”和“大额延迟奖励”之间做选择。结果显示，完成“困难版任务”的受试者更倾向于选择“即时满足”。这种偏好还与“外侧前额叶皮层中谷氨酸（一种被认为会随认知消耗累积的代谢物）浓度升高”呈现相关性。外侧前额叶皮层负责执行功能（如工作记忆、决策），研究发现，在完成“困难版模拟工作”后，该脑区的活动会减弱⁶。

英国伯明翰大学认知神经科学家马修·阿普斯提出，多巴胺（dopamine）的动态变化或许能解释“神经代谢压力与疲劳感受”之间的关联——多巴胺与大脑中的腺苷、谷氨酸及其他代谢物质存在密切相互作用。由于多巴胺能提升“奖励的感知价值”，通常会增强“为目标付出努力的行动力”。阿普斯认为，“持续付出努力”可能导致多巴胺水平下降，使得人们“不愿为相同回报继续投入”。

这些研究及类似方向的探索，正逐渐揭示“这些分子的水平、大脑活动的指标与疲劳感”之间的关联。

奇布表示，核心结论在于：“大脑化学物质的变化”会改变你对“是否该付出认知努力”的判断。他指出，不同人的“基础化学状态”存在差异：“你我的大脑中，神经递质浓度可能不同；这种固有差异可能让我感到非常疲惫，而你却能坚持下去。”

这种（或类似的）化学物质差异，或许能解释“慢性疲劳及其他极端疲劳”的成因。对于长期新冠或ME/CFS患者而言，一项简单的脑力任务可能会像“进行脑部手术”一样令人却步。

安娜·莉娅·塔玛里斯是美国佛罗里达州迈阿密市的一名艺术家兼健康教练，同时也是ME/CFS患者。对她来说，即便是听音乐或看书这类简单活动，往往也需要付出巨大努力。“有时我连一个字都读不下去，”她说，“就像刚从手术麻醉中醒来时那样昏沉——但这种状态永远不会结束。”

对塔玛里斯而言，认知疲劳与身体疲劳很难区分：“任何需要动脑的任务都会让我身体虚脱，而任何体力消耗大的活动也会让我精神耗尽。”她表示，自己总是在做这样的权衡：“这件事值得我消耗能量吗？”

研究证实，“身体疲劳与认知疲劳可能由部分共同机制驱动，且二者会相互影响”⁷。“比如你跑马拉松，身体肯定会产生疲劳，”阿普斯说，“但说实话，为维持状态所需的‘持续专注与压力’，也会让你感受到各种认知疲劳。”

反之亦然。在奇布团队去年发布的一篇预印本论文中⁸，他们发现：健康受试者在完成“高难度脑力任务”后，会更不愿意付出体力。

其他研究者则在探索“压力（stress）、睡眠、昼夜节律（circadian rhythms）、炎症（inflammation）”在认知疲劳中的作用及其影响后果。当大脑无法获得“恢复性睡眠”时，小群神经元可能会短暂“离线”。这种局部“类睡眠状态”可能导致注意力短暂分散，或出现其他行为失误。