Средний вес человеческого мозга составляет 1,3 килограмма. Однако, несмотря на это, он потребляет 20% всей энергии, которую мы получаем в течение дня. Почему это происходит и каким образом мозг функционирует, когда мы не заняты делом, рассказывает Елена Белова, биохимик и нейрофизиолог, в своей книге "Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове".
Мозг человека
С развитием томографии появилась возможность наблюдать живой и здоровый мозг человека, не проводя хирургическое вмешательство. Метод магнитно-резонансной томографии (МРТ) предоставил ученым возможность видеть отдельные структуры и области мозга, такие как борозды, извилины, волокна и скопления серого вещества.
Затем появилась функциональная МРТ (фМРТ), которая позволяет изучать изменения кровотока в разных частях мозга во время восприятия и мышления. Активные участки мозга потребляют больше кислорода и требуют активного кровоснабжения.
Технология фМРТ позволяет измерить изменения насыщения крови кислородом и сравнить активность разных зон мозга при выполнении разных задач. Благодаря этой технологии ученые могут наблюдать работу мозга и отслеживать активность в разных областях при просмотре картинок, прослушивании музыки, решении математических задач или припоминании прошлых событий.
Первые исследователи, использующие фМРТ для изучения работы мозга, исходили из предположения о чистой прибавке. Они считали, что любую активность мозга можно описать как дополнительную активность, выделяющуюся на фоне постоянной базовой активности. Базовый уровень можно представить как режим ожидания, от которого можно измерять интересующие нас ментальные процессы.
Таким образом, если мы сталкиваемся с задачей, мозг активизирует соответствующие области, отвечающие за этот процесс. В зависимости от типа задачи используются разные компоненты нервной деятельности, такие как зрительные или слуховые области, рабочая память, пространственное, логическое или абстрактное мышление и так далее. Все зависит от того, какие компоненты включает в себя задача.
При данном подходе, общая томографическая картина активности мозга во время его работы может быть сравнена с индивидуальным рецептом пиццы. Каждый ингредиент, добавляемый в пиццу, придает ей свой вкус, также как каждый участок мозга выполняет свою функцию при мышлении.
Например, одни нейроны могут оценивать форму объекта, другие определять его цвет, а еще другие - движение или поворот. Чтобы определить, какие участки мозга активированы при выполнении задания, можно сравнить его активность с активностью в покое и вычесть фоновую активность. Интересно, что разница в энергопотреблении мозга в состоянии покоя и при интенсивной работе составляет всего лишь 5%.
Для выделения отдельных компонентов мыслительных процессов, мы можем сравнить два задания, которые идентичны во всем, кроме одного компонента. Например, чтобы понять, где в мозге происходит различение цветов, в одном задании человеку говорят нажимать на кнопку при включении любой лампочки, а в другом - только при включении зеленой. Изменения на томограммах могут быть приписаны этому различию в цвете. Ранее исследователи редко задумывались о том, что происходит в мозге, когда он не решает никаких задач.
В начале XXI века Маркус Рэйкл стал исследовать особый режим работы мозга. Он заметил, что перед выполнением задания мозг всегда проявляет активность в состоянии покоя. Раньше лаборатория анализировала реакции мозга на простейшие стимулы, но теперь они начали сравнивать томограммы в покое и при выполнении различных заданий. К их удивлению, они обнаружили, что нет базового уровня активности, на который можно было бы наложить активность при выполнении задания.
Вместо этого они обнаружили постоянные "дырки" в определенных областях мозга. Это не соответствовало их представлению о работе мозга и нарушало концепцию чистой прибавки. Неважно, какое задание выполнял волонтер - зрительное, слуховое или другое, определенные зоны мозга всегда отключались, а не активировались. Эти "дырки" означали особенности работы мозга, которые не соответствовали существующим научным знаниям.
Энергетический равновесие мозга
По ощущениям, бездельничать и интенсивно работать кажется совершенно разными состояниями. Первое — времяпрепровождение для отдыха и разгрузки мозга, второе — напряженная работа, которая может вызвать перенапряжение и утомление. Но удивительно, что разница в потреблении энергии между отдыхом и интенсивной работой мозга составляет всего 5%! Мы все время испытываем лишь малую часть того, что на самом деле происходит внутри нашего мозга.
Мозг, на самом деле, очень энергоемкий орган и даже в состоянии покоя расходует около 20% всей энергии, которую мы тратим. Когда же нам требуется сосредоточиться и активно мыслить, энергопотребление увеличивается всего на 1% до 21% — это почти незаметная разница.
Таким образом, мозг потребляет значительное количество энергии, в десять раз больше, чем все остальные органы в организме человека. Энергия, в основном, расходуется на поддержание нейронов в состоянии боевой готовности и передачу сигналов между нейронами через синапсы. Также энергия используется для биосинтеза и перестройки нервной ткани.
Интересно отметить, что расход энергии мозгом увеличивается вечером, когда синапсы становятся активнее и передают больше сигналов. Однако неизвестно, почему организм готов платить такую высокую цену за работу мозга и что он получает взамен.
Один из ученых предполагает, что мозг строит внутреннюю модель окружающего мира, чтобы предсказывать будущие события и подготавливаться к ним. Остается много неизвестных вопросов о работе этого сложного органа.
Источники: https://www.forbes.ru/forbeslife/451661-pora-zaglanut-vnutr-cto-proishodit-v-mozge-kogda-my-nicem-ne-zanaty
Фото: яндекс картинки
