Мозок має проблеми з ланцюгом постачання, і нейрони задовольняються тим, що отримують
Кров переносить кисень і життєво важливі поживні речовини до мозку. Пан Суфачай Прасердумронгчай/iStock через Getty Images

Нейробіологи давно припускали що нейрони є жадібними, голодними одиницями, які вимагають більше енергії, коли стають більш активними, і система кровообігу відповідає, забезпечуючи стільки крові, скільки їм потрібно для живлення їх діяльності. Дійсно, коли активність нейронів збільшується у відповідь на завдання, приплив крові до цієї частини мозку збільшується навіть більше, ніж швидкість споживання енергії, що призводить до надлишку. Це підвищення є основою заг технологія функціонального зображення який створює кольорові карти активності мозку.

Раніше вчені інтерпретували цю очевидну невідповідність кровотоку та потреби в енергії як доказ того, що нестачі крові в мозку немає. Ідея необмеженої пропозиції була заснована на спостереженні, що лише близько 40% кисню використовується до кожної частини мозку – і цей відсоток фактично падає, оскільки частини мозку стають більш активними. Здавалося, це мало еволюційний сенс: мозок міг розвинути це збільшення кровотоку швидше, ніж потрібно, як функцію безпеки, яка гарантує достатню доставку кисню в будь-який час.

Функціональна магнітно-резонансна томографія є одним із кількох способів вимірювання мозку.

Але чи насправді розподіл крові в мозку підтримує систему, засновану на попиті? Я як нейробіологРаніше я досліджував низку інших припущень щодо основних фактів про мозок і виявив, що вони не відповідають дійсності. Назву кілька: людський мозок не мають 100 мільярдів нейронів, хоча вони роблять мають найбільшу кількість кортикальних нейронів будь-якого виду; в ступінь складчастості кори головного мозку не вказує на кількість присутніх нейронів; і не більші тварини живуть довше, а ті, у корі яких більше нейронів.

Я вважаю, що з’ясування того, що визначає кровопостачання мозку, має важливе значення для розуміння того, як мозок працює під час здоров’я та хвороби. Це схоже на те, як містам потрібно з’ясувати, чи вистачить нинішньої електричної мережі для підтримки майбутнього зростання населення. Мозок, як і міста, працює лише тоді, коли він має достатньо енергії.


Innersele підписатися графіка


Ресурси як шосе або річки

Але як я можу перевірити, чи справді кровотік до мозку залежить від попиту? Мої морозильні камери були заповнені консервованими мертвими мізками. Як ви вивчаєте використання енергії в мозку, який більше не споживає енергію?

На щастя, мозок залишає після себе докази використання енергії через структуру судин, які розподіляють кров у ньому. Я подумав, що можу подивитися на щільність капілярів – тонкі судини шириною в одну клітину, які переносять гази, глюкозу та метаболіти між мозком і кров’ю. Ці капілярні мережі збереглися б у мізках у моїх морозильниках.

Мозок, заснований на попиті, повинен бути порівнянним з дорожньою системою. Якщо артерії та вени є основними магістралями, які переносять товари до певних частин мозку, капіляри схожі на сусідні вулиці, які насправді доставляють товари своїм кінцевим користувачам: окремим нейронам і клітинам, які з ними працюють. Вулиці та автомагістралі будуються на вимогу, а дорожня карта показує, як виглядає система, заснована на вимогах: дороги часто зосереджені в тих частинах країни, де більше людей – енергопоглинаючих одиниць суспільства.

Навпаки, мозок з обмеженою пропозицією має виглядати як русла річок країни, якій абсолютно байдуже, де живуть люди. Вода тече туди, куди може, і містам просто потрібно пристосуватися до того, що вони можуть отримати. Є ймовірність, що міста будуть формуватися поблизу головних артерій, але за відсутності масштабної цілеспрямованої реконструкції їх зростання та діяльність обмежені кількістю доступної води.

Чи виявив би я, що капіляри зосереджені в частинах мозку з більшою кількістю нейронів і нібито потребують більше енергії, як вулиці та шосе, побудовані відповідно до попиту? Або я зрозумів би, що вони більше схожі на струмки та струмки, які пронизують землю, де можуть, не звертаючи уваги на те, де є більшість людей, керуючись пропозицією?

Те, що я знайшов, було явним доказом останнього. для обох мишей і щурівщільність капілярів становить лише 2-4% об’єму мозку, незалежно від кількості нейронів або синапсів. Кров тече в мозку, як вода ріками: де може, а не туди, де треба.

Якщо кров тече незалежно від потреби, це означає, що мозок фактично використовує кров у міру її надходження. Ми виявили, що крихітні варіації щільності капілярів у різних частинах мозку мертвих щурів ідеально збігаються зі швидкістю кровотоку та використання енергії в тих самих частинах мозку інших живих щурів, які дослідники вимірювали 15 років тому.

Вирішення кровотоку та потреби в енергії

Чи може специфічна щільність капілярів у кожній частині мозку бути настільки обмеженою, що визначає, скільки енергії ця частина використовує? І чи це стосується мозку в цілому?

Я співпрацював зі своїм колегою Дуг Ротман щоб відповісти на ці запитання. Разом ми виявили, що не тільки мозок людини і щура робить те, що може, з кров’ю, яку вони отримують, і зазвичай працює приблизно з 85% потужності, але й загальна активність мозку справді обумовлений щільністю капілярів, за інших рівних умов.

Причина, чому насправді використовується лише 40% кисню, який надходить у мозок, полягає в тому, що це максимальна кількість кисню, яка може обмінюватися під час течії крові – як робітники, які намагаються зібрати речі на конвеєрі, який рухається надто швидко. Місцеві артерії можуть доставити більше крові до нейронів, якщо вони почнуть використовувати трохи більше кисню, але це відбувається за рахунок відведення крові від інших частин мозку. Оскільки газообмін вже був майже повним, здається, частка вилучення кисню навіть зменшується з невеликим збільшенням доставки.

Здалеку може здатися, що використання енергії в мозку залежить від попиту, але насправді воно обмежене.

Кровопостачання впливає на діяльність мозку

Чому це має значення?

Наші висновки пропонують можливе пояснення того, чому мозок не може справді виконувати багато завдань – лише швидко чергувати фокуси. Оскільки приплив крові до всього мозку суворо регулюється і залишається практично постійним протягом дня, коли ви змінюєте види діяльності, наше дослідження показує, що будь-яка частина мозку, яка відчуває збільшення активності – якщо ви починаєте займатися математикою або граєте пісню, Наприклад, можна отримати лише трохи більше кровотоку за рахунок відведення крові від інших частин мозку. Таким чином, нездатність робити дві справи одночасно може походити від того, що приплив крові до мозку обмежений пропозицією, а не попитом.

численні сканування мозку
Краще розуміння того, як працює мозок, може запропонувати розуміння людської поведінки та хвороб.
Пітер Дазілі / The Image Bank через Getty Images

Наші висновки також дозволяють зрозуміти процес старіння. Якщо нейрони повинні задовольнятися тією енергією, яку вони можуть отримати від переважно постійного кровопостачання, то частини мозку з найбільшою щільністю нейронів будуть першими постраждати від нестачі – так само, як відчувають найбільші міста. біль посухи перед меншими.

У корі відділи з в найвища щільність нейронів це гіпокамп і енторинальна кора. Ці області беруть участь у короткочасній пам’яті та першими страждають у старінні. Необхідні додаткові дослідження, щоб перевірити, чи є частини мозку, найбільш вразливі до старіння та хвороб, з найбільшою кількістю нейронів, зібраних разом і конкуруючих за обмежене кровопостачання.

Якщо це правда, що капіляри, як нейрони, тривати все життя у людей, як і в лабораторних мишей, вони можуть відігравати більшу роль у здоров’ї мозку, ніж очікувалося. Щоб переконатися, що нейрони вашого мозку залишаються здоровими в старості, варто подбати про капіляри, які забезпечують їх кровопостачання. Доброю новиною є те, що є два перевірених способи зробити це: a здорове харчування та здійснювати, які ніколи не пізно почати.

Бесіда

Про автора

Сюзана Геркулано-Гузель, Доцент кафедри психології, Університету Вандербільта

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

Схожі книги:

Тіло веде рахунок: мозок, розум і тіло в лікуванні травми

Бесселя ван дер Колка

Ця книга досліджує зв’язки між травмою та фізичним і психічним здоров’ям, пропонуючи ідеї та стратегії зцілення та відновлення.

Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити

Дихання: нова наука втраченого мистецтва

Джеймс Нестор

Ця книга досліджує науку та практику дихання, пропонуючи ідеї та методи покращення фізичного та психічного здоров’я.

Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити

Парадокс рослин: приховані небезпеки в «здорових» продуктах, які викликають хвороби та збільшення ваги

Стівен Р. Гандрі

Ця книга досліджує зв’язки між дієтою, здоров’ям і хворобою, пропонуючи ідеї та стратегії для покращення загального здоров’я та самопочуття.

Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити

Кодекс імунітету: нова парадигма справжнього здоров’я та радикальної боротьби зі старінням

Джоел Грін

Ця книга пропонує новий погляд на здоров’я та імунітет, спираючись на принципи епігенетики та пропонуючи ідеї та стратегії для оптимізації здоров’я та старіння.

Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити

Повний посібник із голодування: зцілюйте своє тіло за допомогою періодичного, іншого дня та тривалого голодування

доктора Джейсона Фунга та Джиммі Мура

Ця книга досліджує науку та практику голодування, пропонуючи ідеї та стратегії для покращення загального здоров’я та благополуччя.

Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити