【最新研究】為何人的大腦會消耗大量能量?新研究指出:突觸囊泡不停地在運轉

近日,一項科學研究指出:人腦之所以會消耗大量能量,是因為它在不斷地洩漏能量!

人腦究竟有多重要,相信不必多說,它是意識的發源地,我們的喜、怒、哀、樂都來自大腦的活動,如果把人比喻成是一台超級電腦,那麼人腦就是電腦最重要部件CPU和硬碟,你說它重要不重要?

人腦接收來自身體所有感覺器官的資訊,處理資訊,並根據需要讀取和儲存資訊,然後將處理好的資訊輸出,簡直比電腦CPU還要超級得多。

知道人腦有多耗能嗎?CPU是電腦中最耗能的部件,運行時產生大量廢熱,要不然也不會專門安裝一個由黃銅和風扇做成冷卻裝置,目的是用來帶走熱量,以免溫度過高。

跟CPU一樣,人腦也是人體中最耗能的器官沒有之一,人腦的平均重量約為1.4公斤,約占人體總重量的2%,但卻消耗掉身體能量的20%,尤其是氧氣,占到總需求的25%,就算人在睡覺,消耗的能量也沒有絲毫減少。

為何大腦會如此耗能呢,連睡覺都還在繼續?一開始,科學家認為耗能可能與大腦裡面的不停的電活動有關,因為即便人睡著了,腦細胞和神經元還在不斷地產生電信號,要不然,我們也不可能在睡覺時做夢了,做夢是大腦活動的一種體現。

大腦產生電信號會燃燒一種被稱為三磷酸腺苷(ATP)的能量分子,三磷酸腺苷是一種不穩定的高能化合物,化學式為C10H16N₅O13P₃,分子量為507.18。

但是以上這種解釋很快出現了一個新的疑問:幾乎沒有腦活動的植物人,或者是處于昏迷狀態的人,他們大腦內的電活動肯定非常少,應該消耗極少的能量,但事實證明,大腦仍然在消耗大量能量。

于是,用大腦電活動來解釋大腦耗能的原因宣佈失敗!但是,2021年12月3日發表在《科學進展》雜誌的一篇科學研究指出:人腦之所以會消耗大量能量,是因為它在不斷地洩漏能量,真的是這樣嗎?我們繼續往下看。

我們的大腦之所以這麼超能,是因為小小的大腦裡面有100多億個神經元,如果以微觀的角度去看,大腦宛如一個小宇宙,裡面的神經元縱橫交錯,相當于是將無數個超級星系團連在一起的宇宙網路。

怪不得有人需要腦力或力量的時候就會大叫:燃燒吧,我的小宇宙!看來還是有幾分道理的。

神經元與神經元之間的連接點被稱為「突觸」,而裝滿「神經遞質」的微小囊泡是神經元與神經元溝通與交流的「快遞員」,在現實世界中,快遞員是一份非常消耗體力的工作,因此,神經元之間的交流會消耗大量能量。

為了搞清楚神經元交流的能量是如何消耗的, 科研團隊使用毒素讓老鼠的大腦停止活動,神經元突觸也就不再活動了,用于測試突觸內對三磷酸腺苷(ATP)的消耗水準,但讓人沒有想到的是,突觸都不活動了,但還在繼續消耗大量能量。

這是為什麼呢?于是科學家做了進一步的研究,對突觸中裝滿「神經遞質」的微小囊泡和囊泡內產生質子的「質子泵」進行了研究。

發現轉運蛋白攜帶神經遞質後改變了形狀,然後進入小囊泡內,把神經遞質留在囊泡內,抓住一個質子後,再次改變形狀後離開了囊泡,轉運蛋白每進入一次囊泡,那麼囊泡就會被帶出一個質子, 這也就是說c洩漏了一個質子

可恨的轉運蛋白,有時還空手套白狼,不攜帶神經遞質就進入了囊泡,出來時仍抓住了一個質子, 再次洩漏了一個質子,為了保證囊泡裡面的質子濃度,囊泡裡面的「質子泵」要不停地製造質子,才能滿足需求,消耗了突觸44%的能量。

我們來梳理一下上述的研究發現,一,大腦停止活動後,神經元突觸中轉運蛋白在繼續工作,將神經遞質遞給「快遞員」的囊泡。

二,轉運蛋白不斷地從囊泡中帶出質子,然後把帶出的質子作為廢物丟棄了,導致囊泡總是在洩漏質子,「質子泵」要不停地生產質子,消耗大量能量。

科學實驗使用的是老鼠大腦,但老鼠大腦結構和人的大腦接近,因此人腦能量消耗方式也是一樣的。幾個質子,幾百個質子,幾萬個質子,那都微不足道,但是我們的大腦有100多億個神經元,總數加起來,這就是相當大的消耗了。

現在終于知道原因了吧,為什麼人腦需要消耗身體20%的能量了,原來人腦一直不斷在洩漏能量,這是真的。


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