Почему мы устаем: тайны мозга

Вопреки всеобщему убеждению, умственные нагрузки не требуют большого количества энергии. Так что физическая усталость после занятий интеллектуальным трудом – это самовнушение, свидетельствуют данные последних исследований.

Ежедневно, с сентября по июнь они вываливаются из аудиторий и школьных классов, их глаза приспосабливаются к солнечному свету, а пальцы шарят в поисках смартфонов. Одни подносят руку ко лбу, как будто пытаясь смахнуть головную боль, другие со стеклянными глазами маячат во дворе, не понимая, что делать, третьи толпятся в столовой. Они измождены, но не из-за того, что весь день пинали мяч или таскали тяжести. Скорее всего, эти ребята - жертвы интенсивной подготовки к экзаменам.

Временное психическое истощение – совершенно реальная история. Важно отметить, что это не то же самое, что хроническая усталость, обычно связанная с недосыпанием и некоторыми физическими недугами. Мышление и повышенная концентрация внимания требуют больше энергии, чем обычные психические процессы. Как интенсивные занятия спортом выматывают физически, так и интеллектуальный труд истощает мозг – что может быть проще? Однако последние исследования показали, что это не совсем так.

Дело в том, что наш прожорливый мозг постоянно потребляет колоссальное количество энергии, вне зависимости от того, решаем ли мы интегралы или смотрим топ самых классных котиков в Сети. Хотя тяжелая умственная нагрузка требует дополнительного притока крови, глюкозы и кислорода, рост потребляемой энергии по сравнению с ежечасными потребностями мозга при этом минимальный. В большинстве случаев короткие периоды умственного напряжения требуют небольшого количества энергии – не более того. Но почему-то мы выматываемся, когда усиленно думаем. Может быть, это просто самовнушение?

Хотя мозг взрослого человека весит в среднем около полутора килограммов, что составляет 2% от массы тела, он требует 20% энергии, необходимой для поддержания жизненно важных функций организма. Даже когда мы ничего не делаем, в нашем организме кипит работа: сердце качает кровь, легкие дышат, желудок переваривает пищу, а мозг контролирует эти процессы – и мы сжигаем калории. Уровень обмена веществ, или метаболизма (RMR), зависит от возраста, пола, массы и состояния здоровья человека.

Мощность мозга

Давайте немного позанимаемся математикой. Если взять средний уровень метаболизма в 1300 ккал в день, на мозг приходится 260 ккал – только для того, чтобы все контролировать. Это 10,8 ккал в час или 0,18 ккал в минуту. Если перевести все это в мощность, выходит, что мозг потребляет чуть больше 12 ватт – одну пятую обычной лампочки. По сравнению с другими органами, мозг ненасытен; по сравнению с электроприборами – крайне неприхотлив.

Энергия поступает в мозг через кровеносные сосуды в виде глюкозы, которая преобразуется в АТФ – основной источник энергии внутри клеток. Опыты над животными и эксперименты с участием людей показали: когда нейроны в определенном участке мозга активизируются, местные капилляры расширяются, чтобы доставить туда чуть больше крови с дополнительной глюкозой и кислородом. Исследования также подтвердили, что клетки мозга потребляют дополнительную глюкозу.

Исходя из этого, ученые предложили следующее: если повышенная активность нейронов требует дополнительной глюкозы, то сложные умственные задачи должны снизить уровень глюкозы в крови. Соответственно, употребление продуктов, богатых сахарами, улучшает производительность мозга. И хотя некоторые исследования подтвердили эту точку зрения, доказательства сумбурны. Учитывались любые изменения уровня глюкозы в крови – от колоссальных до незначительных.

В исследовании университета Нортумбрии, например, у добровольцев, решивших серию вербальных и числовых задач, уровень глюкозы в крови упал по сравнению с теми участниками, которые просто нажали на клавишу несколько раз. В том же исследовании сладкий напиток повышал производительность – но лишь на одной из задач.

В университете Джона Мура в Ливерпуле добровольцы занимались умственной гимнастикой: они определяли цвет напечатанного слова, стараясь не читать само слово. Одной фокус-группе облегчили задачу: слово СИНИЙ было напечатано синими чернилами. Другой фокус-группе пришлось потрудиться, так как слово СИНИЙ для них писали зеленой или красной краской. У тех, кто выполнял более сложные задачи, уровень глюкозы в крови упал.

Некоторые исследования показали: когда у человека не получается решить конкретную задачу, он прикладывает больше умственных усилий и использует больше глюкозы. И наоборот: чем его мозг «натренированнее», тем меньше ему нужно глюкозы. Есть и противоположная точка зрения: «квалифицированный» мозг очень прожорлив.

Непростые сахара

Клод Мессье из Университета Оттавы видел множество таких исследований, и идея о том, что любая познавательная активность заметно изменяет уровень глюкозы в головном мозге или крови, его по-прежнему не убеждает:

«В теории, действительно, чем сложнее задача, тем больше она требует энергии, потому что активность нейронов выше», говорит Мессье, «но когда люди выполняют одну и ту же умственную работу, вы не увидите увеличения потребления глюкозы, точнее, оно не займет значительную долю от общего уровня. Даже в медленной фазе сна, в которой мозговая активность снижена, базовый уровень потребления глюкозы довольно высок».

Большинству органов не требуется так много энергии. Но мозг контролирует весь организм – и из-за этого непрерывного обслуживания, ему постоянно нужна дополнительная энергия.

Роберт Курцбан из университета Пенсильвании приводит работы, которые показывают, что небольшие физические нагрузки улучшают концентрацию внимания. В одном из исследований утверждается, что дети, которые ходили 20 минут по беговой дорожке, справились с контрольной работой лучше, чем те, кто тихо читал в уголке. Если бы умственные усилия были связаны с потреблением глюкозы, то «бегуны» завалили бы тест, так как они потратили больше энергии, чем их спокойные сверстники.

Ли Гибсон из университета Рогэмптон считает, что влияние трудности задания на энергозатраты – миф. Все зависит от индивидуальных особенностей человека: степени участия, приложенных усилий, возраста и даже от регуляции сахара в крови. Кола и шоколад помогут решить трудную задачу лишь тому, кто не ел три дня. У большинства же людей организм и сам прекрасно справляется с поставкой энергии.

Ум и тело

Если мыслительный процесс потребляет мало энергии, то почему мы так устаем, когда готовимся к экзаменам и другим интеллектуальным марафонам? Есть мнение, что длительная непрерывная концентрация на задаче действительно сжигает энергию, но предыдущие исследователи были слишком мягки к своим подопечным – поэтому эксперименты ничего не доказали. Обычно участники эксперимента выполняют одну задачу умеренной сложности – час или два, не более. «Может быть, если мы заставим людей выполнять более длительные и сложные задания – особенно те, которые у них плохо получаются – мы увидим более четкие результаты,» – предлагает Мессье.

Чувство усталости у нас вызывает умственная нагрузка, которую нам навязали – вряд ли кто-то готовился к экзаменам по нудным предметам с удовольствием. Особенно нас изнуряет мысль о том, что испытание будет сложным – и чем чаще мы об этом думаем, тем тяжелее оно нам кажется. Большая доля физической усталости на самом деле сидит у нас в голове. В небольшом эксперименте люди, которые занимались на велотренажере после полуторачасового теста на устойчивость внимания, бросали педали раньше, чем те, кто расслабленно смотрел фильм перед испытанием. Тест на внимание не требует больше энергии, чем фильм, но участники теста жаловались, что тест отнял все их силы. И мысли об этом оказалось достаточно, чтобы снизить работоспособность.

В случае с экзаменами, большую роль играет стресс, который испытывает организм. В конце концов, мозг работает не в вакууме. Другие органы тоже сжигают энергию. Школьники осознают, что от этого экзамена зависит, где они проведут следующие четыре года своей жизни. Поэтому они волнуются, а вместе с ними волнуется и их организм. Гормоны стресса впрыскиваются в кровь, сердцебиение ускоряется, повышается потоотделение, поведение становится суетливым, движения – резкими. В итоге экзамены изматывают не только психически, но и физически.

Небольшое, но любопытное исследование показывает, что даже легкие вызовы интеллекту изменяют наше эмоциональное состояние. Четырнадцать канадских студенток либо пересказывали небольшой текст, либо решали 45-минутный тест. Затем все шли в столовую. В итоге девушки, которые решали тест, съели на 200 калорий больше, чем те, которые делали пересказ. Уровни глюкозы в крови колебались, но незакономерно. Зато уровень кортизола, гормона стресса, у умственно перегруженных зашкаливал – равно как и сердечный ритм, кровяное давление и тревожность. Выходит, студентки ели больше не потому, что мозг высосал всю их энергию – они заедали стресс.

Не менее важно отношение к делу. После интересного двухчасового фильма со сложным повествованием мы не вываливаемся из кинотеатра, жалуясь на усталость. Кто-то из нас взахлеб читает толстенные романы, кто-то решает сложные кроссворды – и это не мешает нам сосредотачиваться на остальных задачах в течение дня, а, напротив, придает нам сил. Иногда мы сознательно используем интеллектуальную деятельность, чтобы взбодриться.

У Мессье есть свое объяснение усталости. «Моя гипотеза: мозг – это ленивый дурак, который не хочет работать долго и усердно. Ему сложно сосредоточиться на чем-то одном. Вполне возможно, что поддержание концентрации что-то меняет в мозге, и он начинает отлынивать. Может быть, у нас в голове таймер, который напоминает, что с нас хватит,» – заявил Мессье.