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有疲勞嗎? 進一步研究確定了控制它的大腦區域

男人疲倦地坐在辦公桌前; 新研究確定了控制疲勞的大腦區域
  • 使用核磁共振掃描和電腦建模,可以識別導致疲勞的大腦區域。  

  • 在旨在分析疲勞程度的測試中,大腦運動皮質在疲勞勞累時被停用。 運動皮質負責用力和努力,導致發送到肌肉的訊號減少。 

  • 這項研究可以幫助確定導致憂鬱症、多發性硬化症和中風患者疲勞的神經機制。 

本文發表在約翰霍普金斯大學醫學新聞編輯室: 

約翰霍普金斯大學醫學院的科學家利用核磁共振掃描和電腦模型表示,他們已經進一步確定了人類大腦中調節應對疲勞的區域。

他們說,這些發現可以促進行為和其他策略的發展,從而提高健康人的身體表現,並闡明導致憂鬱症、多發性硬化症和中風患者疲勞的神經機制。

該研究結果於 8 月 12 日在線發表在《自然通訊》雜誌上。

「我們知道疲勞所涉及的生理過程,例如肌肉中乳酸的積累,但我們對大腦如何處理疲勞感以及我們的大腦如何決定要付出多少努力和何種努力了解甚少。克服疲勞,」約翰霍普金斯大學醫學院生物醫學工程助理教授兼甘迺迪克里格研究所研究科學家Vikram Chib 博士說。

奇布說,了解控制疲勞緩解努力選擇的大腦區域可以幫助科學家找到精確改變這些選擇的療法。 「對你的大腦來說,僅僅透過疲勞來提供動力可能並不理想,」奇布說。 “對於大腦來說,更有效地發送信號可能會更有益。”

在這項研究中,奇布首先開發了一種新穎的方法來客觀地量化人們「感覺」疲勞的方式,這是一項艱鉅的任務,因為評級系統因人而異。 醫生經常要求患者以 1 到 7 的等級對疲勞程度進行評分,但與疼痛等級一樣,這種評分是主觀的且多種多樣。

為了標準化疲勞指標,Chib 要求 20 名研究參與者就進行特定的體力活動做出基於風險的決定。 參與者的平均年齡為 24 歲,從 18 歲到 34 歲不等。20 人中有 9 人是女性。

在訓練 20 名參與者識別努力程度後,他們被要求抓住並擠壓感測器。 例如,零等於沒有努力,50 單位的努力等於參與者最大力量的一半。 參與者學會了將努力單位與擠壓量聯繫起來,這有助於標準化個人的努力程度。

參與者重複進行 17 個區塊的握力練習,每次進行 10 次試驗,直到他們感到疲勞,然後為每次努力提供兩種選擇之一。 一種是基於拋硬幣的隨機(「風險」)選擇,提供不付出努力或預定努力程度的機會。 另一個選擇是預先決定的設定努力程度。 透過引入不確定性,研究人員正在了解每個受試者如何評價他們的努力——實際上,這是一種揭示他們的大腦和思想如何決定付出多少努力的方式。

根據參與者是否選擇了有風險的選項與預定的選項,研究人員使用電腦程式來測量參與者對在疲勞時付出一定程度的努力的前景的感受。

「毫不奇怪,我們發現人們往往更厭惡風險——避免——努力,」奇布說。 大多數參與者(20 人中的 19 人)選擇了無風險選擇預定的努力程度。 這意味著,當疲勞時,參與者不太願意冒險付出大量努力。

奇布說:“參與者選擇拋硬幣選項的相對努力程度必須達到預定的金額相當高。”

在另一組由 10 個人組成的小組中,他們接受了抓取系統的訓練,但沒有進行大量的、令人疲勞的試驗,沒有明顯的傾向選擇危險的拋硬幣或確定的努力。

Chib 的研究小組還使用功能性磁振造影 (fMRI) 掃描評估了參與者在抓握練習中的大腦活動,該掃描可追蹤流經大腦的血流並顯示哪些神經元最常放電。

奇布的團隊證實了先前的發現,當參與者在兩個選項之間做出選擇時,所有參與者的大腦腦島區域的活動似乎都會增加。

他們還使用功能性磁振造影掃描,仔細觀察了參與者疲勞時的大腦運動皮質。 大腦的這個區域負責自身的努力。

研究人員發現,當參與者在兩種努力選擇之間「做出決定」時,運動皮質就被停用。 奇布說,這項發現與先前的研究是一致的,先前的研究表明,當人們進行重複的疲勞活動時,運動皮質活動會減少,這與發送到肌肉的信號減少有關。

運動皮質活動因疲勞努力而變化最小的參與者,是在努力選擇中最厭惡風險且最疲勞的人。 這表明疲勞可能是由於個人認為自己能夠實現的目標與運動皮質的實際活動之間的錯誤校準而引起的。

從本質上講,身體在疲勞時會與運動皮質協調,因為如果大腦不斷向肌肉發送更多信號以採取行動,生理約束就會開始接管,例如乳酸增加,導致更加疲勞。

奇布說,這些發現可能會推動對物理或化學療法的探索,這些療法針對健康人群和患有疲勞相關疾病的人的這一途徑,以提高表現。

這項研究發表於 自然通訊 2020 年 8 月。 



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