身体：我想动！大脑：不，你不想！——关于“脑累”的那些事儿

原文作者：Lynne Peeples

更好地衡量认知疲劳或为长新冠等衰退性疾病带来疗法。

插图：Patrycja Podkościelny

1996年，在俄罗斯国际象棋大师Garry Kasparov与IBM“深蓝”（Deep Blue）计算机的第一轮对战中，比赛快结束时，他对一个不公平的劣势发出感叹：“我真的很累。这些比赛耗费了我太多能量。但如果是和正常人类下棋，我的对手也会感到精疲力竭。”

机器智能只要有电源就能永远工作下去，但人脑会疲劳——你不需要成为国际象棋大师才能体会这种感受。任何人在工作了一整天后都会被榨干，无论是上学读书还是日常做出大量决定。这种精神疲劳会破坏动力、关注力、判断力，增加粗心犯错的概率。如果再加上睡眠不足或昼夜节律紊乱，认知疲劳还会导致致命的医疗错误和交通事故。

Kasparov关于累的感概，促使巴黎脑研究所研究主任、认知神经学家Mathias Pessiglione开始研究疲劳大脑。他想知道的是：“这个认知系统为何这么容易疲劳？”

研究人员和临床医生一直困于如何定义、衡量和治疗认知疲劳——这些主要依赖人们自述他们感受到的疲劳程度。而如今，不同领域的科学家正在运用创新性实验方法和生物标志物，探究认知疲劳的代谢根源和后果。

这些研究之所以能获得更多关注和资助，很大一部分原因是长新冠（long COVID），长新冠折磨着6%的新冠病毒（SARS-CoV-2）感染者，约翰斯·霍普金斯大学的生物医学工程师Vikram Chib说，“长新冠的首要症状是疲劳，”Chib说，“这是很多人没有想到的。”

Chib等人希望，对认知疲劳的基本认识能帮助偶尔有此症状的几十亿人以及拥有重度和长期症状的数亿人。除了在长新冠中很常见，衰弱性疲劳也是慢性疲劳综合征（ME/CFS）、创伤后应激障碍（PTSD）、多发性硬化、抑郁和帕金森病的症状。癌症治疗、头部外伤、卒中或接触特定毒素后也会出现极度精神疲劳。

“疲劳确实是一个大问题，”Chib说，“我们必须把它弄明白——如何研究它以及如何干预。”

什么是认知疲劳？

国际象棋比赛一开始，专业棋手可能会使用反复训练过的开局步骤。“第一个五六七步可以不加思考地走，”Pessiglione说，但如果出现了不熟悉的局面，棋手就没有常规下法了。他们会“被迫思考”。就和突然上了新路的司机一样。在他开了无数次的道路上，“精神自动驾驶”会开启。但如果开一条新路，Pessiglione说，对脑力的需求就会增强。

科学家将这种花力气指导和操控思维的做法称为“认知控制”。一种主流理论认为，久而久之，维持控制让大脑感到消耗，疲劳便开始出现。科学家还无法解释个中原因。有些人认为，这与细胞在能供不足时的应对方式有关；其他人认为是神经活动导致的毒素积累[1]。不过，研究人员普遍认同，对疲劳的感知具有保护作用——警告我们大脑已逼近生理极限，需要休息。

1996年和1997年的国际象棋比赛期间，与对手IBM“深蓝”计算机不同，俄罗斯大师Garry Kasparov逐渐感到疲劳。来源：Stan Honda/AFP via Getty

不同脑区的分子物质可能也参与其中，科学家说。研究人员发现，认知疲劳与血糖和乳酸等代谢物、谷氨酸和腺苷等神经化学信使，以及脑源性神经营养因子这个参与学习与记忆的蛋白质的水平变化有关[2]。即使是与阿尔茨海默病有关的蛋白质碎片β淀粉样蛋白，也会通过破坏突触，影响谷氨酸清除或增加神经炎症而起作用[3]。但还并不清楚哪个是标志物，哪个是原因。

比利时根特大学的认知神经科学家Clay Holroyd支持认知疲劳的毒素堆积理论。这一理论在过去五年左右渐获认可，但我们还不明白废弃代谢物究竟是什么。他将疲劳感比作疼痛感：两者都能防止身体积累损伤。

但即使人们一开始忽略了这种感受，他说，多数情况下也不会有什么代谢损伤风险。“我们体内有一套自动的防故障装置，”他说，“你可以连续拼命工作一段时间，但你最终肯定要睡觉的。”尽管工作中休息一下能带来暂时的缓解，但睡眠还有更强的修复作用。睡眠，尤其是慢波的深睡眠，相当于对大脑的夜间修护。睡眠能清除代谢残渣，重新校准大脑环路和细胞，让它们更好地利用能源储备。

寻找更好的方法

传统上，量化认知疲劳的方式为个人自述疲劳水平，或衡量他们在工作记忆测试等任务中的表现差异。研究人员表示，这些不是完美的测量指标。表现变差会被动力、厌烦和挫败等因素遮盖。表现也能通过训练抵消，比如国际象棋手能自动走出好几步棋。

同时，自述也很主观、很不可靠。“人们对自己疲劳的判断很不准确，”研究评估认知疲劳新方式的密西根大学计算医学研究员Daniel Forger说。

为了进一步理解疲劳，Pessiglione、Chib等人想把对其生物化学机制的认识与它如何影响动力联系起来[4]。当前的假说认为，负责认知控制的部分脑区的代谢变化导致了认知疲劳。而这些变化，无论是因为能量储备耗尽还是因为废物积累，都会改变大脑回路如何计算发挥脑力的费效比——让人做出更容易获得立即奖赏的选择[1]。

在2022年的一项研究[5]中，Pessiglione及其团队模拟了一个工作日，让原本健康的受试者在数小时里解决相同认知任务的简易版或难度版。在其中一项任务中，受试者看着屏幕上出现一个个字母，必须决定每个新出现的字母是否和之前出现过的字母相同。比如，回忆屏幕上的字母是否与三个之前的那个字母一样，比记住它和第一个字母是否一样要难多了。

在这次模拟工作日后，受试者需要在小的立即奖赏与大的延迟奖赏之间抉择。完成了难度版任务的人更容易选择立即奖赏。这种偏好也与外侧额叶中积累了更多谷氨酸一致——谷氨酸被认为是会随认知用力而堆积的代谢物之一。外侧额叶参与了执行功能，如工作记忆和决策，其活性在一日高强度工作模拟后会降低[6]。

多巴胺与腺苷、谷氨酸等大脑代谢物互动密切，英国伯明翰大学认知神经科学家Matthew Apps表示，多巴胺的动力学或有助于解释神经代谢压力与出现疲劳之间的联系。由于多巴胺会增强对奖赏的感知价值，所以它一般会增强努力的动力。他认为持续的努力或导致多巴胺水平下降，让人们不愿意对同样的奖赏付出努力。

以上以及类似研究已开始揭示这些分子水平以及脑活动指标与疲劳的一致性。

Chib说，最重要的是，你的大脑化学组成发生了变化，这会影响你对是否应该付出认知努力的判断。他说，基线的化学组成因人而异：“你我大脑里的神经递质浓度是不同的，这种固有差异会让我感到非常累，而你却能坚持下去。”

以上或类似的化学组成差异，或能解释慢性疲劳和其他极度疲劳。对于长新冠或慢性疲劳综合征患者而言，小小的脑力任务就和做脑手术一样令人恐惧。

对于患有慢性疲劳综合征的迈阿密画家和健康教练Ana Lia Tamariz来说，简单的听音乐或看书就很费力。“有时候，我多一个字都读不下去，”她说，“想象你术后从无力的麻醉中苏醒。想象你永远摆脱不了这种状态。”

对她而言，认知和身体疲劳有时很难区分。任何对认知需求大的工作会让她体力不支，她说。任何对体力要求高的工作也会让她精神不济。Tamariz表示，她内心总是在盘算：“这件事值得我耗费能量吗？”

研究支持一种观点：一些共同机制可能会同时导致身体和认知疲劳，而且两者会相互作用[7]。“如果你去跑马拉松，确实，你的身体会很累，”Apps说，“但这种累和对维持表现的专注也会让你感受到各种认知疲劳。”

反过来也一样。在去年的一篇预印本论文中，Chib的团队发现，本来健康的受试者在脑力繁重任务后更不愿意从事体力劳动[8]。

其他人也在研究压力、睡眠、昼夜节律和炎症对认知疲劳的作用，以及相应后果。如果大脑无法得到修复性睡眠，小的神经元簇就会暂时“离线”。这些类似睡眠的局部事件，会导致注意力片刻暂停以及其他表现下降。

Forger 参与了美国国防部资助的一个项目，研究认知疲劳如何在睡眠不足和节律紊乱的情况下积累，并用个性化模型和移动传感器来预报其出现。“这可以用于判断什么时候需要让人停下工作，或什么时候他们需要AI的辅助。”Forger说。

如果科学家能解码疲劳的复杂机制，并发明量化疲劳的工具，Chib说，“我们就能更好地诊断和追踪这种症状，并找到干预方法。”

如何治疗

对于一般的认知疲劳，最好的解决办法可能也是最本能的：“我会去睡一会，”Chib说，“我说这话很容易，因为我办公室里就有个沙发。”

在工作日里，咖啡可能是更被大众接受的选择。咖啡因会短暂地阻断腺苷受体，腺苷是促进睡意并抑制多巴胺的分子。这种情况下，咖啡能在下次修复大脑的睡眠前争取时间——但如果喝的太晚又会影响睡眠。

在户外的阳光下走走，能帮助清醒并抑制残余的褪黑激素，褪黑激素也能助眠。如果休息的短期代价太大，如轮班的手术医生或长途飞行员，那么短期应对策略就很重要了。

Forger和同事开发了一个个体化手机app，能追踪昼夜节律，并提供量身定制的习惯建议——如“睡一会”或“晒强光”。这些建议或能让人立即清醒，但昼夜节律与睡眠更规律可以减少长期疲劳。一项研究发现，该app能适度缓解癌症相关疲劳[9]。不过，管理慢性疲劳和其他重度疲劳可能需要进一步干预。

Tamariz还记得，曾有不止一位医生对她的慢性疲劳综合征症状不屑一顾。“他们说，‘你上周太忙了，太累了。休息下就好了。’”但她睡过了还是无精打采。即使能确认她感受的医生也没什么好方法。她说：“因为对这类疾病的研究太少了，医生只能尝试。”

澳大利亚莫纳什大学的临床神经学家和认知神经科学家Trevor Chong也感慨他没有什么能给病人的管理方法。虽然最好的做法是解决疲劳背后的病理问题，他说，但这还要等到科学家先揭示其原因。目前对于有慢性和其他极度疲劳的人来说，更有希望的方法是支持大脑的能量系统，降低他们努力的障碍。

证据显示，认知行为疗法能帮人“重构”任务，增强他们执行任务的动力。其他多个干预方式已有效果，从光疗法到针灸再到非侵入性脑刺激。美国诺瓦东南大学神经免疫医学研究所主任、临床免疫学家Nancy Klimas鼓励她的慢性疲劳患者在饮食中添加电解质、维生素B12和抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸，来增加能量输送，减少细胞受损，支持神经递质有益健康的功能。

与此同时，研究人员正在探索潜在的药物疗法。基于早期的积极结果，Klimas等人测试了低剂量的纳曲酮，这种药物主要用于酒精和阿片类上瘾，能缓解神经炎症——而神经炎症可能是毒素积累的一个因和果。正在测试的其他药物被认为能影响多巴胺的功能。

Chong表示，对于衰弱性疲劳患者来说，虽然不同症状的通路有所重叠，但可能没有什么通用方法。他说：“对帕金森病有用的药可能不适用于精神分裂症或慢性疲劳综合征或癌症相关疲劳。”任何一种方法还会受到大量混杂因素的影响，包括疼痛、压力、睡眠剥夺、营养不良，以及微生物组和昼夜节律被破坏。

如果不对机制有更全面的理解，压抑疲劳可能会因为把自己逼过头而适得其反，导致日后的崩溃。Pessiglione认为，这可能会出现在双相障碍患者的身上，使他们从躁狂发作转向抑郁。

虽然对认知疲劳的理解已有进展，但还有一个很大的问题，Apps说，我们中很多人想知道，“我们什么时候需要重视我们的疲劳，什么时候可以忽略它？”对其他人来说，在无法忽视的时候又能做些什么？

参考文献：

1. Pessiglione, M., Blain, B., Wiehler, A. & Naik, S. Trends Cogn. Sci. 29, 730–749 (2025).

2. ElGrawani, W. et al. Cell Rep. 43, 114500 (2024).

3. Aschenbrenner, A. J. et al. Psychol. Aging 38, 428–442 (2023).

4. Steward, G., Looi, V. & Chib, V. S. J. Neurosci. 45, e1612242025 (2025).

5. Wiehler, A., Branzoli, F., Adanyeguh, I., Mochel, F. & Pessiglione, M. Curr. Biol. 32, 3564–3575 (2022).

6. Blain, B., Hollard, G. & Pessiglione, M. Proc. Natl Acad. Sci. USA 113, 6967–6972 (2016).

7. Hogan, P. S., Chen, S. X., Teh, W. W. & Chib, V. S. Nature Commun. 11, 4026 (2020).

8. Dryzer, M. & Chib, V. S. Preprint at bioRxiv https://doi.org/10.1101/2024.12.06.627274 (2024).

9. Mayer, C. et al. Cell Rep. Med. 6, 102001 (2025).

原文以Is your brain tired? Researchers are discovering the roots of mental fatigue标题发表在2025年12月10日《自然》的新闻特写版块上

©nature

Doi：10.1038/d41586-025-03974-w

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