来源：丁香学术
有时候，在长时间从事一项需要大脑高效运转的工作后，认知就存在一定的阻碍。针对这一现象，2022 年 8 月 11 日来自巴黎 Pitié-Salpêtrière 医院、巴黎大脑研究所的 Mathias Pessiglione 研究团队进行了分析，在Current Biology（IF 8.1）上发表题为 A neuro-metabolic account of why daylong cognitive work alters the control of economic decisions 的研究论文，发现认知疲劳在悄悄影响大脑的决策，其中谷氨酸的调节可能是导致认知控制难度增加的关键因素。
图 1：相关研究（图源：Current Biology）
1、高时长工作致谷氨酸在脑中积累，更易做出冲动决策
在这项研究中，研究者通过让参与者进行 6.25 小时的高强度或低强度认知控制任务，并在任务间隙穿插进行经济决策选择，并使用用了磁共振波谱（MRS）技术，对比高需求和低需求认知任务组的参与者在一天工作前后的大脑代谢物变化，特别是前额叶皮层的谷氨酸浓度和扩散情况，结合经济决策任务中的选择偏好和瞳孔扩张等行为指标，来研究长时间认知工作对经济决策控制的影响及其神经代谢机制。
谷氨酸是大脑中主要的兴奋性神经递质，正常情况下参与神经信号传递。然而，当其在细胞外积累过多时，会干扰突触传递的平衡，导致神经元过度兴奋，甚至可能引发神经毒性。这种过度兴奋不仅会扰乱神经网络的正常功能，还可能在极端情况下导致神经元损伤或死亡，因此高浓度的谷氨酸被视为潜在「毒素」。
据结果表明长时间高强度的认知工作会导致前额叶皮层中谷氨酸的积累，这种积累增加了认知控制的成本，使得个体在决策时更倾向于选择低努力、短期奖励的选项。这也解释了为什么人们在长时间认知工作后更容易表现出冲动性决策行为。
图 2：谷氨酸是唯一表现出预期三向相互作用的代谢物
既然谷氨酸的累积会导致冲动决策变多，那么我们日常生活里出现的强迫症与此是否相关呢？来自剑桥大学的研究团队对此给出了答案。
2、皮质谷氨酸和强迫症患者的强迫行为有关
2023 年 6 月 27 日，剑桥大学的 Trevor W. Robbins 团队在Nature Communications（IF 14.7）上发表题为 Cortical glutamate and GABA are related to compulsive behaviour in individuals with obsessive compulsive disorder and healthy controls 的文章，揭示了高水平的谷氨酸同强迫行为的严重程度以及习惯性控制的增强密切相关。
图 3：相关研究（图源：Nature Communications）
研究采用 7.0 T 质子磁共振波谱（1 H-MRS）技术，检测了健康志愿者和强迫症患者的前扣带回皮层（ACC）和辅助运动区（SMA）的谷氨酸（Glu）和 γ-氨基丁酸（GABA）水平，探讨了这些神经递质的平衡与强迫行为的神经机制之间的关系。
结果表明强迫症患者在 SMA 和 ACC 的 Glu 和 GABA 水平失衡，表现为 Glu 水平升高和 GABA 水平降低，这种失衡与强迫行为的严重程度以及习惯性控制的增强密切相关。具体而言，SMA 中的 Glu 水平与强迫症状相关，而 Glu 与 GABA 的比值在 SMA 和 OCD 患者的 ACC 中与习惯性行为的倾向相关。
图 4：SMA 患者的强迫行为与谷氨酸水平的关系
而谷氨酸这一「捣蛋鬼」使坏的地方还不仅仅在认知方面，来自上海交大的研究团队给出了他们的见解。
3、谷氨酸作用于酸敏感离子通道，加重缺血性脑损伤
2024 年 7 月 10 日，来自上海交通大学医学院附属第六人民医院的殷善开、时海波团队在Nature（IF 50.5）上发表了题为 Glutamate acts on acid-sensing ion channels to worsen ischaemic brain injury 的研究论文，揭示了谷氨酸通过直接作用于酸感应离子通道 ASIC1a 的特异性结合位点，增强其活性并加剧缺血性脑损伤，而靶向这一结合位点的小分子化合物 LK-2 能够有效减轻脑损伤。
图 5：相关研究（图源：Nature）
研究通过电生理记录、分子对接、基因敲除小鼠模型、药物筛选和行为学测试等方法，揭示了谷氨酸不仅激活 NMDA 受体，还会作为 ASICs 的正向别构调节剂，增强其对质子的亲和力和开放概率，从而加重缺血性神经毒性。通过计算药物筛选，研究团队发现小分子化合物 LK-2 能够特异性地阻断 ASICs 上的谷氨酸结合位点，而不影响 NMDA 受体，从而在体外和体内模型中显著减少缺血性损伤，并改善神经功能恢复，为开发新型缺血性脑卒中治疗药物提供了重要靶点和潜在的治疗策略。
图 6：谷氨酸及其结构类似物强烈增强 ASIC 电流
总之，谷氨酸在大脑中所扮演的角色越来越多，特别是在高强度用脑时，谷氨酸会不断累积，就会让我们感觉大脑宕机了。这个时候不妨让大脑放个假，做一些轻松又不需要费脑子的事情，帮大脑清理一下「谷氨酸垃圾」，让思维重新变得清晰，运转得更顺畅。
注：本文仅供文献解读，学术分享，不构成任何医疗建议！
参考资料（上下滑动查阅）：
Wiehler A, Branzoli F, Adanyeguh I, Mochel F, Pessiglione M. A neuro-metabolic account of why daylong cognitive work alters the control of economic decisions. Curr Biol. 2022 Aug 22;32(16):3564-3575.e5. doi: 10.1016/j.cub.2022.07.010. Epub 2022 Aug 11. PMID: 35961314.
Lai K, Pritišanac I, Liu ZQ, Liu HW, Gong LN, Li MX, Lu JF, Qi X, Xu TL, Forman-Kay J, Shi HB, Wang LY, Yin SK. Glutamate acts on acid-sensing ion channels to worsen ischaemic brain injury. Nature. 2024 Jul;631(8022):826-834. doi: 10.1038/s41586-024-07684-7. Epub 2024 Jul 10. PMID: 38987597; PMCID: PMC11269185.
Lai K, Pritišanac I, Liu ZQ, Liu HW, Gong LN, Li MX, Lu JF, Qi X, Xu TL, Forman-Kay J, Shi HB, Wang LY, Yin SK. Glutamate acts on acid-sensing ion channels to worsen ischaemic brain injury. Nature. 2024 Jul;631(8022):826-834. doi: 10.1038/s41586-024-07684-7. Epub 2024 Jul 10. PMID: 38987597; PMCID: PMC11269185.
通讯作者简介：
时海波，医学博士，主任医师，上海交通大学医学院教授、博导。上海市第六人民医院耳鼻咽喉头颈外科主任，教研室主任，医院工会副主席。现任中华医学会耳鼻咽喉头颈外科分会常务委员，中国医疗保健国际交流促进会人工听觉分会副主任委员、耳内科分会副主任委员，上海市医学会耳鼻咽喉头颈外科专科分会候任主任委员，国家自然科学基金委二审评委，上海市科技进步奖、上海市自然科学基金等评委。
殷善开，医学博士，主任医师，二级教授，上海交通大学医学院博导。上海市第六人民医院院长，上海交通大学耳鼻咽喉科研究所所长，上海市睡眠呼吸障碍疾病重点实验室主任。先后任中华医学会耳鼻咽喉头颈外科学分会副主任委员，上海市医学会耳鼻咽喉头颈外科学分会主任委员，上海市医院协会副会长，国际耳内科医师协会中国分会主席，《世界耳鼻咽喉头颈外科杂志》副总编，《中华耳鼻咽喉头颈外科杂志》顾问，《中华耳科学杂志》副总编。从事耳鼻咽喉头颈外科医疗、科研、教学工作近四十年。致力于阻塞性睡眠呼吸暂停、耳聋、耳源性眩晕的临床诊治及基础研究，创建了一系列临床诊断与治疗新范式与新体系，部分技术达到国际领先水平，推动了我国乃至世界范围内在该领域诊疗水平的进步。获上海市十佳医生，国家杰出青年，国家人社部 「 有突出贡献中青年专家 」 等荣誉称号。
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图片来源：图虫创意
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