精神疲劳：“心累”时大脑会发生什么变化

在一天的学习结束后，你有没有感觉过疲倦？像这样完成需要大量注意力和专注力的任务后的疲倦感被称为精神疲劳。科学家在实验室中设计任务来研究这种感觉。他们发现，当我们精神疲劳时，我们的思维能力和运动能力都会变差。科学家目前还没有明确导致这种情况的原因，但能够确定的是精神疲劳会改变大脑的状态。当我们精神疲劳时，大脑前部有一个被称为前扣带皮层的区域会降低活跃度，让我们感觉不想付出努力去完成工作，这就是为什么精神疲劳时我们的表现会下降。好消息是，科学家找到了减轻精神疲劳的方法，关注当下，听音乐，进行体育锻炼，或者摄入咖啡因都能让人感觉更好。

什么是疲劳？

疲劳(Fatigue)这种感觉，想必大家都经历过并且非常熟悉。疲劳表现为某些能力的减退和疲惫感的增加。疲劳感在社会中十分普遍。例如，韩国最近的一项研究显示大约有31%的人受到疲劳的困扰。

一些疾病或损伤，比如创伤性脑损伤(traumatic brain injures)，会引起长时间的疲劳，这被称为慢性疲劳。但有时疲劳也会迅速出现，比如在剧烈的体育锻炼后。跑步、骑车或游泳等体育运动会使身体感到疲劳。但为什么即使你几乎没有过身体运动，在一整天的课程或工作后仍会感到疲倦呢？这种完成需要专注力和注意力的脑力任务引起的疲劳被称为精神疲劳(mental fatigue)。

让大脑疲劳

所有需要注意力和专注力的日常生活活动都会导致精神疲劳。然而，为了更好地理解精神疲劳是什么，研究人员还需要在实验室任务中复现出这种感觉。

这些实验室任务涉及长时间保持注意力的能力、从一项任务切换到另一项任务的能力以及忽略无关信息的能力。很久以前，研究人员使用数学问题使人们感到精神疲劳，但现在，其他有趣的游戏，如AX-连续执行任务（AX-CPT）或Stroop任务也可以使人们感到疲劳。在AX-CPT中，会给参与者呈现一系列卡片，他们必须根据特定规则做出反应。如果第一张卡片显示字母“A”，最后一张卡片是“X”，参与者必须说“是”； 而对于所有其他组合，参与者必须说“否”。这个游戏考验参与者保持注意力、记住规则并迅速做出反应的能力（图1A）。在Stroop任务中，参与者会看到用不同颜色书写的单词，但棘手的部分是墨水的颜色与单词的含义不匹配。例如，用红墨水写的“蓝色”这个词，参与者需要尽快说出墨水的颜色，而不是单词。这会很困难，因为参与者可能更容易说出单词而不是颜色（图1B）。

图1 - 当前用于引起精神疲劳的两个实验室任务。(A) 在AX-连续执行任务中，参与者只有在组合以字母“A”开头并以“X”结尾时才能说“是”。对于所有其他组合，参与者必须说“否”。(B) 在Stroop任务中，参与者必须说出墨水的颜色。绿色的勾表示正确反应，红色的叉表示错误反应。

由于这些任务不是我们日常生活中进行的任务，研究人员还研究了其他更现实的任务，如长时间驾驶或使用智能手机。最近的研究表明，长时间使用智能手机（≥30分钟），可能导致精神疲劳，这种情况在社交网络app上更加显著。

精神疲劳对大脑表现的影响

你是否有经历过上了一整天课后，注意力开始减弱，或更容易犯错误的情况？这些都是精神疲劳对认知表现产生的负面影响，认知表现(Cognitive Performance)指的是大脑在集中注意力、解决问题和做决策等活动中的表现。当人们感到精神疲劳时，它会影响我们在需要思维活动的任务中专注和集中注意力的能力。想象一下你正在解一个需要很长时间才能解决的数学问题——至少30分钟。随着解题时间的增加，解题的进展开始变慢，或者更容易犯错误。同样的情况也可能发生在一个人驾驶汽车很多个小时而没有停车休息的情况下——他们的反应时间变慢，这使驾驶变得更加危险，并增加发生事故的可能性。

然而，在认知任务中的表现下降并不总是发生。有时，即使人们感到精神疲劳，他们仍然能够做得很好。其中一个原因是动机。当一个人非常希望做出出色表现时，就能够付诸更多的努力和能量，所以即使精神疲劳时，我们仍然能够保持最佳表现[1]。

当大脑变得很疲劳时，我们做某些事情会变得更加困难。例如，如果你在放学后玩电脑游戏，你的表现可能不如在周六早上玩，因为你在周五的夜间有充足睡眠。这是因为精神疲劳的状态会影响我们的注意力，让我们难以在游戏中保持专注并迅速应对意外事件。精神疲劳还会让我们在做决策时更难忽视无关的干扰因素，更难在不同任务之间切换。这些都会使我们在日常活动中难以发挥最佳水平。

精神疲劳对运动表现的影响

正如前面提到的，精神疲劳可能对认知表现产生负面影响，它是否也会影响身体表现呢？例如，如果你在上了一天学后参加晚上的体育训练课，你的表现会不会变差？我们以足球为例回答这个问题。一个人在足球比赛中的表现取决于这几种能力：全速奔跑的能力、在长时间比赛中多次奔跑的能力，以及传球、运球和射门的准确性。

全速奔跑的能力取决于你的爆发力。为了研究精神疲劳对爆发力的影响，研究人员要求参与者在经过一项精神疲劳任务前后，尽可能用力地捏紧一个手柄或者在原地尽可能跳得高。结果发现，参与者在经历了一项需要大量思维努力的任务前后的爆发力量是相同的。因此，似乎精神疲劳并不影响身体的爆发力。

在长时间比赛中多次奔跑的能力取决于你的耐力(Endurance)。为了评估耐力，研究人员要求参与者尽可能快地跑步或骑自行车一定的距离。当参与者精神疲劳时，完成同样的距离需要更长的时间。这是因为精神疲劳会影响人们的耐力水平。研究人员注意到，当精神疲劳时，参与者会感觉任务更加艰巨，需要付出更多努力。科学家使用一个从6到20的标度来衡量需要付出努力的感觉。当一个人精神疲劳时，相同的锻炼（例如，以每小时12公里的速度跑步10分钟），会被认为需要更多努力，因此锻炼变得更困难（图2）。

图2 - 用于评估努力感知的主观标度示例，

以及精神疲劳对努力感知的影响的示例。

当人们精神疲劳时，他们感觉运动目标更加艰巨。一个从6到20的困难度量标度可用于评估人们完成身体任务（如以给定速度跑步10分钟）时感觉需要的努力量。

传球、运球、铲球和射门是在踢足球时使用的重要技术。然而，在完成一项困难或长时间的认知任务后变得精神疲劳时，你传球、运球和铲球的准确性会降低，射门力度会减弱。因此，精神疲劳会减弱运动技术动作的使用，使你在足球比赛中表现不佳。

总结一下，精神疲劳会影响运动表现的一些方面，并非全部[2]。它会降低耐力和技术动作的使用，但不会影响爆发力（图3）。尽管我们使用足球作为例子，但精神疲劳会改变所有涉及耐力和/或技术动作运用的运动表现，比如篮球、羽毛球和自行车等。

图3 - 精神疲劳影响认知和运动表现。

抑制是忽略不重要信息的能力。精神灵活性是从一个任务转换到另一个任务的能力。

为什么精神疲劳会改变表现？

科学家进行了大量关于大脑的研究，来了解精神疲劳如何影响我们。他们发现大脑中的几个部分共同作用，使我们感到疲劳。一个关键部分叫做前扣带回皮层(Anterior Cingulate Cortex)，它位于大脑前部[3]。这个区域在一些任务中发挥重要作用，比如决策、预期积极结果和控制情感。然而，当我们精神疲劳时，前扣带回皮层的工作效率会降低，使我们在任务中难以集中注意力、发挥出色。还有一个原因是多巴胺(Dopamine)的变化。它是一种化学物质，有助于神经细胞之间传递信息，在精神疲劳时，多巴胺的水平会减少。多巴胺水平的降低会影响前扣带回皮层的工作，使我们难以发挥出最佳水平。

我们能否克服精神疲劳？

现在你已经了解了为什么精神疲劳会降低认知和运动表现，你可能也想知道我们是否能够抵抗精神疲劳。好消息是有几种策略已经被证明是有效的。咖啡因目前是被研究最多的应对策略，它特别擅长对抗精神疲劳。然而，并非每个人都能摄入咖啡因（例如儿童不能摄入咖啡因），而且过量摄入咖啡因会引起失眠、头痛和焦虑等问题。同时，研究人员也发现其他策略，如正念(Mindfulness)、听音乐和进行体育活动，也能对抗精神疲劳[4]。

科学家认为这些抗疲劳策略生效的原因是它们促进了多巴胺的产生。例如，喝咖啡、练习正念、听音乐或参与体育活动都能刺激多巴胺在体内释放，这可以平衡前扣带回皮层激活带来的多巴胺的减少，有助于对抗由精神疲劳引起的表现下降，进而提高集中注意、做决策和执行复杂任务的能力。

结论

精神疲劳是指当大脑因为长时间进行大量思考和专注的活动时感到疲劳的情况，比如学习或参与有挑战性的游戏。它会让你感到精神能量的减少，并影响集中注意、做决策以及忽略那些无关事物的能力。有时，精神疲劳甚至会增加发生严重事故的可能性，比如驾驶疲劳。它还会使一些体力活动变得更加困难，比如跑步或进行体育锻炼。精神疲劳是由于一种叫做多巴胺的化学物质的减少导致大脑某些部位会变得不太活跃。但不要担心！你也可以采取一些措施来帮助大脑减弱疲劳感，比如喝含有咖啡因的饮料、听音乐或散步。所以，如果你感到精神疲劳，试试其中一种方法，让你的大脑焕然一新，准备好再次出发！

参考文献

[1] Boksem, M. A. S., Meijman, T. F., and Lorist, M. M. 2005. Mental fatigue, motivation and action monitoring. Biol. Psychol. (2006) 72:123–32. doi: 10.1016/j.biopsycho.2005.08.007

[2] Pageaux, B., and Lepers, R. 2018. The effects of mental fatigue on sport-related performance. Prog. Brain Res. 240:291–315. doi: 10.1016/bs.pbr.2018.10.004

[3] Lorist, M. M., Boksem, M. A. S., and Ridderinkhof, K. R. 2005. Impaired cognitive control and reduced cingulate activity during mental fatigue. Cogn. Brain Res. 24:199–205. doi: 10.1016/j.cogbrainres.2005.01.018

[4] Proost, M., Habay, J., De Wachter, J., De Pauw, K., Rattray, B., Meeusen, R., et al. 2022. How to tackle mental fatigue: a systematic review of potential countermeasures and their underlying mechanisms. Sports Med. 52:2129–58. doi: 10.1007/s40279-022-01678-z

原文Citation

Jacquet T and Lepers R (2023) Mental Fatigue: What Happens When Your Brain Is Tired?. Front. Young Minds. 11:1080802. doi: 10.3389/frym.2023.1080802

作者：Thomas Jacquet；Romuald Lepers

小小评阅人：Blake, 10岁；Lily, 15岁

编辑：Paul Glincher

科学顾问：Christina Driver；Aja McDonagh

翻译出品

脑与心智毕生发展研究中心

发展人口神经科学研究中心

中文翻译&编辑：朱言

审校：左西年 张蕾

来源：脑与心智毕生发展研究中心CLIMB

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