知乎日報:思考之後覺得好累是不是消耗了很多能量?

  結論:思考時腦部耗能作為整體不會有顯著增加,各腦區耗能分配會有幅度微小 (根據血氧信號判斷,<5%*) 的變化。

知乎日報:思考之後覺得好累是不是消耗了很多能量?

  大腦的能量來源是血糖。補充血糖對執行任務的作用未有共識(取決於任務設計有不同效果),但吃糖並非總能增強腦力任務表現。

  很多人通過“考試等腦力活動後感覺累”來論證思考消耗能量,這一論證有兩個問題:

  感覺累不總等價於能量消耗多。作為反例,很多人晨練(耗能)後反而神清氣爽(感覺不累)。

  集中精神時,特別是在應激條件下(即有壓力時,例如考試)身體代謝速率加快,增加耗能。即使大腦耗能不變,身體代謝增加的耗能也可以使人感到疲倦 / 飢餓。

  另一常見觀點是一個三段論:

  神經元放電活動比靜息態消耗更多能量(儘管沒有多很多);

  思考時想必有更多的放電活動;

  因此,思考時消耗更多能量。

  問題就出現在這個想必上:並沒有理由認為思考時比其他情況下神經活動的絕對數量更多(靜息時仍有大量神經元活動,構成 @中科院之聲 提到的默認模式網絡)。事實上,一定有某些區域在思考時活動程度降低了。例如,聚精會神思考抽象問題時,處理感官信息的區域活動程度會降低(與注意力機制有關:注意力集中的局部感官刺激對應更高的局部神經活動)。如果説在你做一道數學題時前額葉皮層的活動會增加,那麼在看電影時視覺皮層的活動增加只會更多。然而, 看電影並不令人感到疲倦,除非是超級爛片。

  我很喜歡的一個比喻是大腦是一座城市,我們往往在試圖通過衞星圖片來研究城市內部的運行。耗能就像每週五的車流量一樣,每週基本上都是個定量。假如這周舉辦運動會,車流量會不會增加呢?體育場附近的流量肯定會增加;但其他區域(比如電影院)的減少了 **。

  直覺上這個問題挺有意思的,在科學上不是很重要,因此定量的研究很少。即使在不同任務狀態下整體耗能有所浮動(比如打遊戲的腦部耗能比看電影的要多一些),這一浮動也是很小的。通常測試得到的局部血氧濃度變化不超過 5% [1]。

  最後,問題補充中問到的

  具體消耗哪些能量,補充這些能量是否有利於思考?

  大腦的能量來源正常狀態下是血糖。補充糖分對執行腦力任務的效果取決於任務設計,並不總有提升[2]。

  重複要點:大腦基礎耗能很高,在不同任務狀態下耗能變化幅度很小。

  * 血氧濃度反應局部血管舒張的程度,是局部供氧變化幅度的間接指標。

  ** 注意,這是一個定性的比喻,運動會和車流量的實際關係與思考和耗能的實際關係之間沒有任何關係。

  參考了:

  [1] Fox, Michael D., and Marcus E. Raichle. "Spontaneous fluctuations in brain activity observed with functional magnetic resonance imaging." Nature Reviews Neuroscience 8.9 (2007): 700-711.

  [2] Scholey, Andrew B., Susan Harper, and David O. Kennedy. "Cognitive demand and blood glucose." Physiology & behavior 73.4 (2001): 585-592.

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