Сколько энергии потребляет мозг
Перейти к содержимому

Сколько энергии потребляет мозг

  • автор:

Сколько энергии нужно мозгу для работы?

Как известно, каждый день человек должен получать из еды в среднем пару тысяч калорий для того, чтобы обеспечить необходимым количеством энергии свой организм. Безусловно, у каждого человека такой показатель является сугубо индивидуальным и достаточно непостоянным, ведь в силу различных условий и стиля жизни он должен как увеличиваться, так и снижаться. Однако насколько же ответственен мозг за масштабное поглощение энергии у людей с активной умственной деятельностью и правда ли, что высокая мозговая активность способствует легкому похудению?

Сколько энергии нужно мозгу для работы? Шахматный спортсмен может сжигать до 6000 калорий за один день, при этом не вставая со стула. Фото.

Шахматный спортсмен может сжигать до 6000 калорий за один день, при этом не вставая со стула

Сколько энергии нужно для работы мозга?

В 1984 году произошел необычный случай, связанный с отменой чемпионата мира по шахматам из-за чрезмерного истощения элитного русского игрока Анатолия Карпова. Организаторы конкурса были обеспокоены быстрой потерей веса своего чемпиона, так как за предыдущие пять месяцев Анатолий потерял 10 килограмм на фоне высокой мозговой активности и переживаний.

Как сообщает портал ESPN.сom, профессиональные спортсмены по шахматам способны сжигать до 6000 калорий сидя за своим рабочим местом, что говорит о высоком уровне потребления энергии головным мозгом. Так, тело, которое находится в состоянии покоя и не занимается какой-либо деятельностью, кроме дыхания, переваривания и поддержания терморегуляции, расходует около 20-25% всей энергии организма на мозговую деятельность.

Сколько энергии нужно для работы мозга? Мозг потребляет энергию преимущественно в виде глюкозы. Фото.

Мозг потребляет энергию преимущественно в виде глюкозы

Мозговая деятельность среднестатистических мужчины и женщины ежедневно использует около 450 и 350 ккал в день соответственно, при этом пик работы головного мозга приходится на 5-6-летний возраст, когда этот орган способен использовать до 60% от всей полученном телом энергии. Столь высокие требования делают мозг самым “дорогим” органом в организме, хотя он и занимает всего 2 % от веса всего тела в целом. Вместе с тем, биологи также отметили высокое использование энергии мозгом у млекопитающих, независимо от их размеров. Так, крошечный организм землеройки отдает столько же энергии от своего тела мозгу, сколько и человеческий организм.

Ученые считают, что большая часть энергии, поступающая в этот орган, нацелена на обеспечение нейронной связи посредством химических сигналов, которые передаются через клеточные структуры, называемые синапсами. Именно транспортировка ионов через мембраны является самым энергоемким процессом в мозге.

Кстати говоря, обсудить содержание данной статьи с единомышленниками вы можете в нашем Telegram-чате или на канале в Яндекс.Дзен.

Мозг никогда не спит

Наш мозг никогда не отдыхает. В то время, пока мы спим, мозг также нуждается в топливе для поддержания сигналов между клетками, которые, в свою очередь, поддерживают все функции нашего организма. Поскольку наш мозг настолько сильно нуждается в энергии, может ли это значить, что для большего задействования органа ему будет необходимо еще большее количество энергии? Ученые считают, что для когнитивно сложных задач все происходит именно так. То, что мы считаем умственно трудной задачей способно затратить значительно больше калорий, чем задача в условиях, к которым наш мозг давно привык.

Исходя из всего вышеперечисленного можно сделать вывод о том, что употребив в пищу пару конфет во время напряженного умственного труда, можно полностью покрыть энергетические потребности мозга хотя бы на какое-то время. Что же, в случае высокой физической активности ответ действительно может оказаться положительным, однако в случае с мозговой активностью такое убеждение является заблуждением. Объяснить подобное явление можно тем, что мозговая активность постоянно нуждается в определенном количестве энергии, причем во время повышения умственной деятельности количество потребляемой энергии отдельным участком мозга меняется незначительно по сравнению с общим потреблением энергии мозгом.

Мозг никогда не спит. Умственная деятельность не способна повлиять на снижение общего веса. Фото.

Умственная деятельность не способна повлиять на снижение общего веса

Если мозговая активность никак не влияет на общее состояние организма, то все же остается неясным тот факт, почему же шахматист Анатолий Карпов значительно снизил в весе, готовясь к чемпионату. Согласно экспертному мнению, в данном случае причиной быстрой потери веса послужил стресс, который оказывал свое влияние не только на работу головного мозга спортсмена, но и на все системы организма в целом. Иными словами, одна лишь умственная деятельность не может помочь человеку стать стройным, однако ее правильное использование совершенно точно поможет всему человечеству в целом в его общем развитии.

Чем занят мозг, когда он ничем не занят?

В материалах рубрики использованы сообщения следующих изданий: «New Scientist», «Economist» и «Fortean Times» (Англия), «Bild der Wissenschaft» и «Natur und Kosmos» (Германия), «Discover», «Psychology Today», «Skeptical Inquirer» и «Wired» (США), «Qa m’interesse», «Le Journal du CNRS», «La Recherche», «Science et Vie» и «Science et Vie Junior» (Франция), а также сообщения агентств печати и информация из Интернета.

Какой из наших органов потребляет больше всего энергии? Это не сердце, биение которого не прекращается ни днем, ни ночью. Это мозг — он берёт около 20% энергии, потребляемой организмом человека, хотя составляет только 2% от общего веса тела. Из потребляемого, как считают сейчас физиологи, 60—80% тратятся на обмен информацией между нейронами, а также между нейронами и астроцитами — звёздчатыми клетками, которые ещё недавно считались вспомогательными элементами, доставляющими нейронам пищу и опору. Их в десять раз больше, чем нейронов, и года два назад нейрофизиологам удалось доказать, что они участвуют в обработке и передаче информации.

Но появившиеся сравнительно недавно высокосовершенные приборы — позитронно-эмиссионные томографы и томографы на эффекте ядерно-магнитного резонанса позволили непосредственно видеть функционирование мозга на экране монитора. Собственно, томограф показывает, как распределяется и усиливается поток крови в разных частях мозга при работе его над различными задачами. Усиленная работа того или иного участка требует увеличенного поступления кислорода, и для этого растёт объём местного потока крови. Обычно увеличение составляет 5—10% от нормы. Бывает, что связанный с таким увеличением кровотока рост потребления энергии мозгом ограничивается всего одним процентом по сравнению с потреблением в покое. Так что на возникающий иногда вопрос: «Нуждается ли в усиленном питании ученик, решающий сложные математические задачи?» следует ответить: «Ну разве что лишнюю шоколадку можно выдать страдальцу».

Выходит, большую часть потребляемой энергии мозг тратит неизвестно на что. Может быть, он постоянно обрабатывает какую-то поступающую извне информацию, которая не осознаётся человеком? Или энергия идет на какие-то внутренние процессы, не зависящие от окружающего мира? Похоже, второй вариант ближе к истине. Так, в 1994 году американские физиологи показали, что лишь 10% связей между нейронами в зрительной коре обезьян (где, по идее, обрабатывается информация от глаз) задействованы для восприятия зрительных стимулов. Чем заняты остальные 90% — неизвестно. Причём у макак активность коры мозга остаётся даже под общей анестезией. А недавно бельгийские исследователи с помощью позитронно-эмиссионного томографа обнаружили, что активность зрительной коры у слепых от рождения не ниже, чем у зрячих.

По одной из гипотез, мозг постоянно находится в динамическом равновесии, балансируя между возбуждением и торможением. Вот на это и уходит львиная доля потребляемой энергии — на поддержание системы в рабочем состоянии, в постоянной готовности. По другой гипотезе, мозг всё время занят прогнозированием ближайшего будущего с учётом прошлого опыта, для чего перерабатывает большие массивы информации. Особенно интригует исследователей тот факт, что эта загадочная активность мозга неравномерна, в ней есть приливы и отливы, хотя внешне в поведении отдыхающего человека или животного ничего не меняется.

Итак, мы ещё не знаем, чем занят мозг, когда он вроде бы ничем не занят.

Нейробиологи выяснили, почему мозг потребляет много энергии даже в покое

Живой организм потребляет большое количество энергии и, как выяснили ученые, самая «прожорливая» его часть — мозг. Он продолжает работать даже в состоянии покоя, когда человек спит, и, по подсчетам, в этом состоянии потребляет в десять раз больше энергии, чем остальная часть тела.

Эта работа продолжается и в случае, если человек впал в кому: «мертвый», казалось бы, мозг потребляет всего в два-три раза меньше энергии, чем в «рабочем» состоянии.

Ученые попытались найти объяснение этому факту, и результаты их исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Большое количество энергии требует, как выяснилось, беспрерывная работа крошечных клеток — нейронов. Именно они передают друг другу сигналы, вот как это происходит: «клетка мозга передает сигнал другому нейрону, через синапс или небольшой промежуток между ними. Вначале пресинаптический нейрон посылает пучок пузырьков к концу своего хвоста, ближайшему к синапсу. Затем эти пузырьки всасывают нейротрансмиттеры из нейрона, действуя как «конверты», в которых хранятся сообщения, нуждающиеся в отправке по почте. Затем «конверты» транспортируются к самому краю нейрона, где они «состыковываются» и соединяются с мембраной, высвобождая свои нейротрансмиттеры в синаптическую щель. И прикрепляются к рецепторам на «постсинаптической» клетке, тем самым продолжая сообщение».

Этот сложнейший процесс передачи информации требует большого количества энергии, особенно при активной работе мозга. Ведь нейронов — миллиарды, и все они выполняют свою функцию. Когда же мозг «отдыхает» и нейронное возбуждение утихает, синаптические пузырьки продолжают всасывать нейротрансмиттеры, действуя по принципу насоса. Благодаря этого в мозге продолжаются метаболические процессы, необходимые для поддержания жизни.

Подобные исследования очень важны, ведь они проливают свет на механизм уязвимости нейронов к недостатку энергетической подкормки — когда испытывают нехватку кислорода или сахара. И ученые в дальнейшем найдут способы сохранения клеток мозга в экстремальных ситуациях.

Сколько энергии потребляет мозг

Человек — уникальная самопознающая «система», снабженная многофункциональными автоматическими комплексными структурами, которые обеспечивают и поддерживают ее жизнеспособность в пределах заданных параметров. За ее слаженную работу отвечает самый таинственный и сложный орган человека – мозг.

Человек привык пользоваться «услугами» своего мозга, не обращая внимания на сложность этого «объекта», до его первых сбоев.

Итак, мозг. Его рецепт предельно прост: это 78% воды, 15% жира, а остальное — белки, гидрат калия и соль. Однако в нашей Вселенной нет ничего более сложного из того, что мы знаем и что сопоставимо с мозгом вообще.

Мозг составляет всего 2% тела, но потребляет 17% энергии тела и 20% кислорода. Половина наших генов описывает комплексную структуру мозга, в то время, как вторая половина описывает организацию остальных 95% тела.

Количество энергии, которую потребляет мозг — всего 10 Ватт. Лучшие из умов во время активной мыслительной деятельности потребляют, к примеру, 30 Ватт, в то время как суперкомпьютеру нужны мегаватты. Суперкомпьютеры потребляют энергию, сравнимую с электрификацией небольшого города. За один день мозг человека генерирует больше электрических импульсов, чем все телефонные системы мира.

В 2014 году все компьютеры мира сравнялись по производительности с одним человеческим мозгом. А в 2015 году четвертый по мощности суперкомпьютер в мире в течение 40 минут сымитировал только одну секунду активности мозга человека.

Два полушария мозга функционируют одновременно. Левое полушарие отвечает за аналитические и математические способности, правая – за мыслительные, творческие, визуальные. Правое обеспечивает работу левой половины тела, левое – правой.

Память мозга может вместить число байт, выражающееся числом с 8432 нулями. По приблизительным оценкам ученых, это около 1000 терабайт. Для сравнения: Национальный британский архив, в котором хранится история последних девяти веков, занимает всего 70 терабайт.

В нашем мозгу 100.000 километров кровеносных сосудов. Мозг также состоит из 100 миллиардов нейронов — столько звезд в нашей галактике. Он включает в себя более 100 триллионов нейронных связей (синапсов).

Новые нейронные связи в мозгу формируются каждый раз, когда происходит процесс запоминания. То есть, когда человек познает что-то новое, структура мозга меняется.

Размер и масса мозга не влияют на интеллектуальные способности человека. Например, мозг Эйнштейна весил 1 кг 230 гр, что меньше, чем средний вес мозга человека — 1 кг 400 гр.

Мужской мозг на 10 процентов больше женского, однако, в женском головном мозге находятся больше нервных клеток и связей, что обеспечивает его большую эффективность и скорость. В среднем, женщины перерабатывают информацию более эмоционально, задействуя правое полушарие, а мужчины – левую «логическую» часть мозга.

При пробуждении мозг создает электрическое поле в 23 ватта, что является достаточным, чтобы зажечь лампочку.

Ночью мозг не прекращает свою работу во время сна, наоборот он с большей активностью обрабатывает всю поступившую за день информацию. Ученым пока не понятно, что происходит с ним во время сна. Согласно одной теории, во сне информация обрабатывается, согласно другой – обнуляется.

Еще один интересный факт — мозг не чувствует боли, так как в нем отсутствуют болевые рецепторы. Когда «болит голова» — боль ощущает не сам мозг, а прилегающие к нему ткани.

Развитие мозга не останавливается с возрастом. Однако для поддержания его трудоспособности необходимо постоянно его тренировать интеллектуальными нагрузками.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *