Почему после долгой умственной работы мозг начинает экономить усилия

Шесть часов сложных задач изменили метаболизм префронтальной коры и повлияли на последующие решения

После нескольких часов сложных решений возникает знакомое состояние: задача вроде бы остаётся посильной, но заставить себя ещё раз сосредоточиться становится непропорционально трудно.

Обычно это объясняют скукой, потерей мотивации или желанием закончить рабочий день. Однако исследование французских нейробиологов показало: за когнитивной усталостью могут стоять измеримые изменения обмена веществ в мозге.

И особенно интересно то, что меняется не только ощущение усталости. Меняется то, какие решения человек предпочитает принимать.

Шесть часов, в течение которых мозгу не давали перейти на автоматизм

Исследователи из Paris Brain Institute и Sorbonne Université изучали 40 здоровых участников. Одни выполняли сравнительно простые когнитивные задания, другие — значительно более сложные версии тех же задач.

Эксперимент продолжался 6,25 часа — фактически почти полноценный рабочий день.

Задания были специально устроены так, чтобы требовать постоянного когнитивного контроля.

Например, в одном тесте человеку показывали последовательность букв и просили определить, совпадает ли текущая буква с той, которую он видел несколько позиций назад. В простой версии достаточно было помнить предыдущую букву. В сложной — удерживать в рабочей памяти более длинную последовательность.

В другой задаче правило ответа постоянно переключалось: участнику приходилось следить за контекстом и каждый раз заново определять, по какому признаку оценивать букву.

Такая работа отличается от хорошо освоенной привычной деятельности. Когда действие автоматизировано, мозгу не приходится постоянно вмешиваться и перенастраивать поведение. Здесь же именно этого от участников и требовали снова и снова.

Исследователи смотрели не только на ошибки

Обычный способ измерять умственную усталость кажется очевидным: человек должен начать ошибаться или работать медленнее.

Но с этим есть проблема.

Люди могут компенсировать усталость дополнительным усилием. Они могут понимать, что находятся в эксперименте, стараться сильнее и какое-то время сохранять достаточно высокую производительность.

Именно это произошло и здесь.

Точность выполнения заданий оставалась высокой — более 80%. Исследователи не обнаружили характерного для сложной группы резкого падения результатов по мере прохождения эксперимента.

Поэтому параллельно они использовали другой индикатор: предлагали участникам экономические выборы между вариантами, различавшимися по величине награды, ожиданию и необходимому физическому или умственному усилию.

И здесь появилась разница.

После продолжительной сложной работы люди всё чаще склонялись к вариантам с меньшей «стоимостью»: требующим меньше усилий или обещающим более быструю награду.

Глутамат здесь не враг — он один из главных рабочих инструментов мозга

Одновременно исследователи измеряли метаболиты мозга при помощи магнитно-резонансной спектроскопии.

Это родственник обычной МРТ, но вместо изображения структуры ткани метод позволяет оценивать содержание определённых химических веществ в выбранном участке мозга.

Особое внимание привлёк глутамат.

Глутамат — основной возбуждающий нейромедиатор центральной нервной системы. Нейроны используют его для передачи сигналов, поэтому само присутствие глутамата абсолютно нормально и необходимо.

Проблема возникает не по принципу «глутамат плохой», а по принципу баланса.

Интенсивно работающие нейронные сети постоянно высвобождают, поглощают и перерабатывают глутамат. Его концентрация должна оставаться в определённых пределах, поскольку чрезмерное внеклеточное накопление способно нарушать нормальную передачу сигналов.

После дня сложных когнитивных заданий исследователи обнаружили более высокую концентрацию глутамата в латеральной префронтальной коре по сравнению с группой, выполнявшей лёгкую версию заданий.

Изменилась и диффузия глутамата и глутамина.

При этом аналогичной картины не было в контрольной области — первичной зрительной коре.

Это важная деталь: речь шла не просто об общем изменении химического состава мозга за несколько часов, а об эффекте, связанном с областью, которую интенсивно использовали для когнитивного контроля.

Вот где привычная идея об «умственной батарейке» перестаёт работать

Можно было бы предположить, что мозг устает так же, как мышца: израсходовал какой-то энергетический ресурс — и больше не способен работать.

Исследование предлагает другую модель.

Проблемой может быть не столько нехватка «топлива», сколько необходимость удерживать последствия интенсивной работы в безопасных пределах.

Представьте не батарею, которая постепенно разряжается, а производственную линию. Пока производство идёт интенсивно, одновременно приходится перерабатывать возникающие побочные продукты. Чем выше нагрузка, тем дороже становится дальнейшее продолжение работы.

Авторы предполагают, что накопление глутамата или связанные с ним процессы увеличивают метаболическую стоимость дальнейшей активации латеральной префронтальной коры.

И тогда мозг начинает экономить именно на когнитивном контроле.

Это может объяснить странное состояние конца тяжёлого рабочего дня: человек ещё способен решить задачу, но всё чаще выбирает то, что требует меньше размышлений, меньше ожидания и меньше волевого контроля.

Самое неожиданное: сами участники не обязательно чувствовали эту разницу

Есть ещё один результат, который делает эксперимент особенно интересным.

Уровень субъективной усталости рос в течение дня в обеих группах — и у тех, кто выполнял сложные задания, и у тех, кому досталась лёгкая версия.

Иными словами, простого вопроса «насколько вы устали?» оказалось недостаточно, чтобы увидеть различие.

Зато оно проявилось в поведении.

У участников сложной группы постепенно уменьшалась реакция зрачка во время принятия экономических решений — показатель, который исследователи использовали как один из индикаторов вкладываемого когнитивного усилия.

Одновременно решения смещались в сторону менее затратных вариантов.

Получается любопытная ситуация: человек может ещё не считать себя намного более уставшим, чем обычно, но система принятия решений уже начинает вести себя иначе.

Именно поэтому когнитивная усталость потенциально важна не только для ощущения комфорта.

Она может иметь значение там, где в конце длинного рабочего периода приходится продолжать принимать решения.

Но исследование не доказало, что глутамат непосредственно «вызывает» усталость

Здесь проходит важная граница между данными и гипотезой.

Магнитно-резонансная спектроскопия показала изменение концентрации и диффузии метаболитов. Но этот метод не позволяет непосредственно наблюдать отдельные молекулы глутамата в синапсах и проследить, как именно они заставляют человека изменить решение.

Поэтому цепочка

«сложная работа → накопление глутамата → защитное ограничение работы префронтальной коры → изменение поведения»

остаётся нейрометаболической моделью, хорошо согласующейся с результатами, а не полностью доказанным причинным механизмом.

Есть и другие ограничения.

Исследование включало всего 40 здоровых людей и продолжалось один день. Лабораторные задания требовали интенсивного контроля, но они не воспроизводят полностью работу врача, программиста, руководителя или студента.

Нельзя также переносить эти результаты напрямую на хроническую усталость, выгорание, депрессию или заболевания, сопровождающиеся утомляемостью.

И наконец, эксперимент не проверял, какие именно перерывы, режим работы или другие вмешательства способны предотвратить обнаруженные метаболические изменения.

Что эта работа действительно меняет

Сильная сторона исследования не в утверждении, что «думать вредно».

И не в том, что учёные наконец нашли единственную молекулу усталости.

Работа показывает более тонкую вещь: продолжительный когнитивный контроль имеет биологическую цену, которую можно обнаружить не только по субъективным жалобам человека.

Мозг не является компьютером, который способен бесконечно выполнять одинаково сложные вычисления с неизменной стоимостью.

После нескольких часов интенсивной нагрузки условия работы его управляющих систем меняются.

И вместе с ними может меняться наша готовность ждать, прикладывать усилия и контролировать собственные решения.

Именно поэтому фраза «у меня к вечеру уже не работает голова» может быть гораздо менее метафорической, чем кажется.