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为何人的大脑会消耗大量能量?新研究指出:突触囊泡不停地在运转

近日,一项科学研究指出:人脑之所以会消耗大量能量,是因为它在不断地泄漏能量!

人脑究竟有多重要,相信不必多说,它是意识的发源地,我们的喜、怒、哀、乐都来自大脑的活动,如果把人比喻成是一台超级计算机,那么人脑就是计算机最重要部件CPU和硬盘,你说它重要不重要?

人脑接收来自身体所有感觉器官的信息,处理信息,并根据需要读取和储存信息,然后将处理好的信息输出,简直比计算机CPU还要超级得多。

知道人脑有多耗能吗?CPU是计算机中最耗能的部件,运行时产生大量废热,要不然也不会专门安装一个由黄铜和风扇做成冷却装置,目的是用来带走热量,以免温度过高。

跟CPU一样,人脑也是人体中最耗能的器官没有之一,人脑的平均重量约为1.4公斤,约占人体总重量的2%,但却消耗掉身体能量的20%,尤其是氧气,占到总需求的25%,就算人在睡觉,消耗的能量也没有丝毫减少。

为何大脑会如此耗能呢,连睡觉都还在继续?一开始,科学家认为耗能可能与大脑里面的不停的电活动有关,因为即便人睡着了,脑细胞和神经元还在不断地产生电信号,要不然,我们也不可能在睡觉时做梦了,做梦是大脑活动的一种体现。

大脑产生电信号会燃烧一种被称为三磷酸腺苷(ATP)的能量分子,三磷酸腺苷是一种不稳定的高能化合物,化学式为C10H16N₅O13P₃,分子量为507.18。

但是以上这种解释很快出现了一个新的疑问:几乎没有脑活动的植物人,或者是处于昏迷状态的人,他们大脑内的电活动肯定非常少,应该消耗极少的能量,但事实证明,大脑仍然在消耗大量能量。

于是,用大脑电活动来解释大脑耗能的原因宣布失败!但是,2021年12月3日发表在《科学进展》杂志的一篇科学研究指出:人脑之所以会消耗大量能量,是因为它在不断地泄漏能量,真的是这样吗?我们继续往下看。

我们的大脑之所以这么超能,是因为小小的大脑里面有100多亿个神经元,如果以微观的角度去看,大脑宛如一个小宇宙,里面的神经元纵横交错,相当于是将无数个超级星系团连在一起的宇宙网络。

怪不得有人需要脑力或力量的时候就会大叫:燃烧吧,我的小宇宙!看来还是有几分道理的。

神经元与神经元之间的连接点被称为“突触”,而装满“神经递质”的微小囊泡是神经元与神经元沟通与交流的“快递员”,在现实世界中,快递员是一份非常消耗体力的工作,因此,神经元之间的交流会消耗大量能量。

为了搞清楚神经元交流的能量是如何消耗的,科研团队使用毒素让老鼠的大脑停止活动,神经元突触也就不再活动了,用于测试突触内对三磷酸腺苷(ATP)的消耗水平,但让人没有想到的是,突触都不活动了,但还在继续消耗大量能量。

这是为什么呢?于是科学家做了进一步的研究,对突触中装满“神经递质”的微小囊泡和囊泡内产生质子的“质子泵”进行了研究。

发现转运蛋白携带神经递质后改变了形状,然后进入小囊泡内,把神经递质留在囊泡内,抓住一个质子后,再次改变形状后离开了囊泡,转运蛋白每进入一次囊泡,那么囊泡就会被带出一个质子,这也就是说c泄漏了一个质子

可恨的转运蛋白,有时还空手套白狼,不携带神经递质就进入了囊泡,出来时仍抓住了一个质子,再次泄漏了一个质子,为了保证囊泡里面的质子浓度,囊泡里面的“质子泵”要不停地制造质子,才能满足需求,消耗了突触44%的能量。

我们来梳理一下上述的研究发现,一,大脑停止活动后,神经元突触中转运蛋白在继续工作,将神经递质递给“快递员”的囊泡。

二,转运蛋白不断地从囊泡中带出质子,然后把带出的质子作为废物丢弃了,导致囊泡总是在泄漏质子,“质子泵”要不停地生产质子,消耗大量能量。

科学实验使用的是老鼠大脑,但老鼠大脑结构和人的大脑接近,因此人脑能量消耗方式也是一样的。几个质子,几百个质子,几万个质子,那都微不足道,但是我们的大脑有100多亿个神经元,总数加起来,这就是相当大的消耗了。

现在终于知道原因了吧,为什么人脑需要消耗身体20%的能量了,原来人脑一直不断在泄漏能量,这是真的。

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