精神的に疲れる？脳内の主要化学物質の蓄積を原因とする研究

精神的に疲れる？脳内の主要化学物質の蓄積を原因とする研究

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過剰なグルタミン酸の毒性が認知疲労の一因かもしれないが、懐疑的な専門家もいる。
11月 8月 202212:40 pmbyemily underwood
教室で疲れた生徒
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その気持ちはわかる。テストやプレゼンのために一日中詰め込んでいると、突然、朝食に何を食べたか、ベリーズがどこにあるのかなど、簡単なことが思い出せなくなる。今、ある研究が、何時間ものハードな精神労働の後、私たちがなぜそうなってしまうのかを示唆している。

認知疲労を説明しようとした研究はこの研究が初めてではないし、論争を巻き起こすに違いないと、この研究には参加していないプリンストン大学の神経科学者ジョナサン・コーエンは言う。かつては多くの科学者が、難しい精神的作業をすることは簡単な作業よりもエネルギーを消費し、運動が筋肉に与えるように脳を疲弊させると考えていた。砂糖入りのミルクセーキを飲んだ方が、人工甘味料入りのミルクセーキよりも頭が冴えるという意見さえあったという。しかし、コーエンをはじめとする多くの研究者たちは、このような単純な説明には懐疑的である。「すべて否定されています」と彼は言う。

今回の研究では、グルタミン酸のレベルが、精神的に疲れているときによく見られる行動に関係しているかどうかを調べた。例えば、安易で即効性のある満足感を求めたり、衝動的に行動したりすることである。グルタミン酸は通常ニューロンを興奮させ、学習や記憶において重要な役割を果たすが、多すぎると脳機能に大打撃を与え、細胞死から発作に至るまで様々な問題を引き起こす可能性がある。

科学者たちは、電波と強力な磁石の組み合わせによってグルタミン酸を検出できる、磁気共鳴分光法と呼ばれる非侵襲的技術を使用した。彼らは、私たちが集中力を維持し、計画を立てるのを助ける外側前頭前皮質と呼ばれる脳領域に焦点を当てることにした。人は精神的に疲れると、この部位の活動が低下する。

研究者たちは、39人の有給研究参加者を2つのグループに分け、一方を精神的疲労を誘発するようにデザインされた一連の難しい認知課題に割り当てた。ひとつは、コンピューター画面上で点滅する文字や数字を、緑か赤か、大文字か小文字か、その他のバリエーションで判断するというもの。また別の実験では、3文字前に見た数字と一致するかどうかを記憶しなければならなかった。実験時間は約6時間で、10分間の休憩を2回はさみ、昼食はサンドイッチと果物というシンプルなものであった。2番目のグループでは、同じ課題をもっと簡単なものにした。

一日が長引くにつれ、研究者たちは参加者たちに、自制心を必要とする選択、たとえば、すぐに手に入る現金を見送って、後でより多くの金額を稼ぐことを決めるような選択を繰り返し求め、認知疲労を測定した。より困難な課題を割り当てられたグループは、より簡単な課題を割り当てられたグループに比べて、約10％衝動的な選択をしたことが観察された。同時に、彼らのグルタミン酸レベルは前頭前野の外側で約8％上昇した。

「この研究の筆頭著者であるアントニウス・ヴァイラーは、パリ精神・神経科学大学の計算精神医学者である。しかし、もしそうだとすれば、代謝の老廃物を洗い流して脳を "浄化 "する睡眠のよく知られた回復力を強調することになる。研究チームは、前頭前野のグルタミン酸レベルを利用して、重度の疲労を検出し、うつ病や癌などの症状からの回復をモニターすることができるかもしれない、と示唆している。

グルタミン酸シグナルの異常は、多くの脳障害で見られる。グルタミン酸の神経細胞受容体を標的にする薬剤はすでにあり、うつ病の治療に使われる麻酔薬ケタミンの一種であるエスケタミンや、アルツハイマー病の症状治療に使われるメマンチンなどがある。研究者たちはまた、統合失調症やてんかんのような他の多くの疾患に対するグルタミン酸ベースの治療法を模索している。

ブリガム・アンド・ウィメンズ病院の臨床分光学者であるアレクサンダー・リンは、この研究の重要な限界のひとつは、使用したスキャナーがグルタミン酸と密接に関連したもうひとつの分子であるグルタミンを区別するのに十分な性能を持っていないことである、と指摘する。しかし、今回の発見は、グルタミン酸が薬物や神経刺激などの装置によってどのように調節される可能性があるかを検討するための基礎となります」と彼は言う。

ブラウン大学の神経科学者であるセバスチャン・マスリック氏は、代謝性廃棄物が認知疲労の主な原因であることが判明することに疑問を持っている。その代わりに、脳が疲れるとグルタミン酸が増加するのは、何か目的があるのではないかと考えている。体内の器官は常に脳と連絡を取り合っており、食事、睡眠、水分補給、トイレのタイミングを知らせている。もしかしたら、前頭前野のグルタミン酸は、脳の内部監視システムに同じようなステータス・アップデートを送っているのかもしれない、とマスリック氏は示唆する。

コーエンにとって、老廃物が認知疲労に重要な役割を果たすという考えに懐疑的である最も説得力のある理由は、認知疲労をしばしば押し通したり、顔認識のようなコンピュータがメガワットのエネルギーを必要とする計算タスクを難なくこなしたりする人間の能力を説明できないことである。これほど多くのタスクをこなすには、脳は単純な代謝副産物の蓄積や枯渇よりも高度な計算システムを持っていなければならない、と彼は言う。「そんなに簡単なことではありません」。

doi: 10.1126/science.ade3733
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エミリーはサイエンスの寄稿記者で、神経科学を担当。

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