Ang Mga Utak ay May Mga Isyu sa Supply Chain at Nagagawa ng Mga Neuron ang Nakukuha Nila
Ang dugo ay nagdadala ng oxygen at mahahalagang nutrients sa utak. G. Suphachai Praserdumrongchai/iStock sa pamamagitan ng Getty Images

Matagal nang ipinapalagay ng mga neuroscientist na ang mga neuron ay matakaw, nagugutom na mga yunit na humihingi ng mas maraming enerhiya kapag sila ay naging mas aktibo, at ang sistema ng sirkulasyon ay sumusunod sa pamamagitan ng pagbibigay ng mas maraming dugo hangga't kailangan nila upang mapasigla ang kanilang aktibidad. Sa katunayan, habang tumataas ang aktibidad ng neuronal bilang tugon sa isang gawain, ang daloy ng dugo sa bahaging iyon ng utak ay tumataas nang higit pa kaysa sa rate ng paggamit nito ng enerhiya, na humahantong sa isang labis. Ang pagtaas na ito ay ang batayan ng karaniwan functional na teknolohiya ng imaging na bumubuo ng mga kulay na mapa ng aktibidad ng utak.

Ginamit ng mga siyentipiko na bigyang-kahulugan ang maliwanag na hindi pagkakatugma sa daloy ng dugo at pangangailangan ng enerhiya bilang katibayan na walang kakulangan ng suplay ng dugo sa utak. Ang ideya ng isang walang limitasyong supply ay batay sa obserbasyon na halos 40% lamang ng oxygen na inihatid sa bawat bahagi ng utak ay ginagamit - at ang porsyentong ito ay talagang bumababa habang ang mga bahagi ng utak ay nagiging mas aktibo. Ito ay tila may ebolusyonaryong kahulugan: Ang utak ay mag-evolve sa mas mabilis kaysa sa kinakailangan na pagtaas ng daloy ng dugo bilang isang tampok na pangkaligtasan na ginagarantiyahan ang sapat na paghahatid ng oxygen sa lahat ng oras.

Ang functional magnetic resonance imaging ay isa sa maraming paraan upang sukatin ang utak.

Ngunit ang pamamahagi ba ng dugo sa utak ay talagang sumusuporta sa isang demand-based system? Bilang isang neuroscientist sa aking sarili, napagmasdan ko dati ang ilang iba pang mga pagpapalagay tungkol sa mga pinakapangunahing katotohanan tungkol sa mga utak at nalaman kong hindi sila nagtagumpay. Upang pangalanan ang ilan: Mga utak ng tao walang 100 bilyong neuron, kahit na ginagawa nila may pinakamaraming cortical neuron ng anumang uri ng hayop; ang antas ng natitiklop na cerebral cortex hindi nagpapahiwatig kung gaano karaming mga neuron ang naroroon; at hindi mas malalaking hayop ang nabubuhay nang mas matagal, ngunit yaong may mas maraming neuron sa kanilang cortex.

Naniniwala ako na ang pag-alam kung ano ang tumutukoy sa suplay ng dugo sa utak ay mahalaga sa pag-unawa kung paano gumagana ang mga utak sa kalusugan at sakit. Ito ay tulad ng kung paano kailangang malaman ng mga lungsod kung ang kasalukuyang electrical grid ay sapat upang suportahan ang isang pagtaas ng populasyon sa hinaharap. Ang utak, tulad ng mga lungsod, ay gumagana lamang kung mayroon silang sapat na enerhiya na ibinibigay.


innerself subscribe graphic


Mga mapagkukunan bilang mga highway o ilog

Ngunit paano ko masusuri kung ang daloy ng dugo sa utak ay talagang batay sa demand? Ang aking mga freezer ay napunan ng mga napreserba, patay na mga utak. Paano mo pag-aaralan ang paggamit ng enerhiya sa isang utak na hindi na gumagamit ng enerhiya?

Sa kabutihang-palad, ang utak ay nag-iiwan ng katibayan ng paggamit ng enerhiya nito sa pamamagitan ng pattern ng mga sisidlan na namamahagi ng dugo sa kabuuan nito. Akala ko kaya kong tumingin sa density ng mga capillary – ang manipis, isang cell-wide vessels na naglilipat ng mga gas, glucose at metabolites sa pagitan ng utak at dugo. Ang mga capillary network na ito ay mapapanatili sa mga utak sa aking mga freezer.

Ang utak na nakabatay sa demand ay dapat na maihahambing sa isang sistema ng kalsada. Kung ang mga arterya at ugat ay ang mga pangunahing highway na nagdadala ng mga kalakal sa bayan ng mga partikular na bahagi ng utak, ang mga capillary ay katulad ng mga kalye sa kapitbahayan na aktwal na naghahatid ng mga kalakal sa kanilang mga huling gumagamit: mga indibidwal na neuron at ang mga cell na gumagana sa kanila. Ang mga kalye at highway ay itinayo on demand, at ipinapakita ng isang road map kung ano ang hitsura ng isang demand-based na sistema: Ang mga kalsada ay madalas na puro sa mga bahagi ng bansa kung saan mas maraming tao – ang mga yunit ng lipunan na nakakakuha ng enerhiya.

Sa kabaligtaran, ang utak na limitado sa suplay ay dapat magmukhang mga ilog ng isang bansa, na walang pakialam kung nasaan ang mga tao. Ang tubig ay dadaloy kung saan maaari, at ang mga lungsod ay kailangang mag-adjust at gumawa ng paraan sa kung ano ang maaari nilang makuha. Malamang, ang mga lungsod ay bubuo sa paligid ng mga pangunahing arterya - ngunit wala ang major, purposeful remodeling, ang kanilang paglaki at mga aktibidad ay limitado sa kung gaano karaming tubig ang magagamit.

Malalaman ko ba na ang mga capillary ay puro sa mga bahagi ng utak na may mas maraming neuron at diumano'y nangangailangan ng mas maraming enerhiya, tulad ng mga kalye at highway na itinayo sa paraang batay sa demand? O masusumpungan ko ba na sila ay higit na katulad ng mga sapa at batis na tumatagos sa lupain kung saan nila magagawa, na hindi nakakalimutan kung nasaan ang karamihan sa mga tao, sa paraang hinihimok ng suplay?

Ang nakita ko ay malinaw na ebidensya para sa huli. Para sa parehong daga at daga, ang densidad ng capillary ay bumubuo ng kakarampot na 2% hanggang 4% ng dami ng utak, gaano man karaming mga neuron o synapses ang naroroon. Ang dugo ay umaagos sa utak tulad ng tubig sa mga ilog: kung saan maaari, hindi kung saan ito kinakailangan.

Kung ang dugo ay dumadaloy anuman ang pangangailangan, ito ay nagpapahiwatig na ang utak ay aktwal na gumagamit ng dugo habang ito ay ibinibigay. Nalaman namin na ang maliliit na pagkakaiba-iba sa densidad ng capillary sa iba't ibang bahagi ng mga patay na utak ng daga ay ganap na tumugma sa mga rate ng daloy ng dugo at paggamit ng enerhiya sa parehong mga bahagi ng iba pang nabubuhay na utak ng daga na sinukat ng mga mananaliksik 15 taon bago.

Paglutas ng daloy ng dugo at pangangailangan ng enerhiya

Ang espesipikong density ng mga capillary sa bawat bahagi ng utak ay napakalimitado kaya dinidiktahan nito kung gaano karaming enerhiya ang ginagamit ng bahaging iyon? At mailalapat ba iyon sa utak sa kabuuan?

Nakipagpartner ako sa kasamahan ko Doug Rothman upang masagot ang mga tanong na ito. Sama-sama, natuklasan namin na hindi lamang ginagawa ng parehong utak ng tao at daga ang kanilang makakaya sa kung anong dugo ang nakukuha nila at karaniwang gumagana sa humigit-kumulang 85% na kapasidad, ngunit ang pangkalahatang aktibidad ng utak ay talagang idinidikta ng density ng capillary, lahat ng iba ay pantay-pantay.

Ang dahilan kung bakit 40% lang ng oxygen na ibinibigay sa utak ang aktwal na nagagamit ay dahil ito ang pinakamataas na halaga na maaaring palitan habang dumadaloy ang dugo - tulad ng mga manggagawa na sinusubukang kunin ang mga item sa isang assembly line na masyadong mabilis. Ang mga lokal na arterya ay maaaring maghatid ng mas maraming dugo sa mga neuron kung magsisimula silang gumamit ng bahagyang mas maraming oxygen, ngunit ito ay nagmumula sa halaga ng paglihis ng dugo palayo sa ibang bahagi ng utak. Dahil ang palitan ng gas ay malapit na sa buong kapasidad sa simula, ang fraction ng pagkuha ng oxygen ay tila bumaba pa na may bahagyang pagtaas sa paghahatid.

Mula sa malayo, ang paggamit ng enerhiya sa utak ay maaaring magmukhang batay sa demand - ngunit ito ay talagang limitado sa suplay.

Ang suplay ng dugo ay nakakaimpluwensya sa aktibidad ng utak

Kaya bakit mahalaga ang alinman sa mga ito?

Ang aming mga natuklasan ay nag-aalok ng isang posibleng paliwanag kung bakit ang utak ay hindi tunay na makapag-multitask – mabilis lamang na humalili sa pagitan ng mga focus. Dahil mahigpit na kinokontrol ang daloy ng dugo sa buong utak at nananatiling pare-pareho sa buong araw habang nagpapalit-palit ka sa pagitan ng mga aktibidad, iminumungkahi ng aming pananaliksik na anumang bahagi ng utak na nakakaranas ng pagtaas ng aktibidad – dahil nagsisimula kang gumawa ng matematika o tumugtog ng kanta, para halimbawa - maaari lamang makakuha ng bahagyang mas maraming daloy ng dugo sa gastos ng paglihis ng daloy ng dugo mula sa ibang bahagi ng utak. Kaya, ang kawalan ng kakayahang gumawa ng dalawang bagay sa parehong oras maaaring nagmula sa daloy ng dugo sa utak na limitado sa suplay, hindi batay sa demand.

maraming mga pag-scan sa utak
Ang isang mas mahusay na pag-unawa sa kung paano gumagana ang utak ay maaaring mag-alok ng mga insight sa pag-uugali at sakit ng tao.
Peter Dazeley / Ang Image Bank sa pamamagitan ng Mga Larawan ng Getty

Ang aming mga natuklasan ay nag-aalok din ng pananaw sa pagtanda. Kung dapat gawin ng mga neuron kung anong enerhiya ang makukuha nila mula sa halos palaging supply ng dugo, kung gayon ang mga bahagi ng utak na may pinakamataas na densidad ng mga neuron ang unang maaapektuhan kapag may kakulangan - tulad ng nararamdaman ng mga malalaking lungsod. sakit ng tagtuyot bago ang mas maliliit.

Sa cortex, ang mga bahagi na may pinakamataas na density ng neuron ay ang hippocampus at entorhinal cortex. Ang mga lugar na ito ay kasangkot sa panandaliang memorya at ang unang nagdusa sa pagtanda. Higit pang pananaliksik ang kailangan upang masubukan kung ang mga bahagi ng utak na pinaka-mahina sa pagtanda at sakit ay ang mga may pinakamaraming bilang ng mga neuron na pinagsama-sama at nakikipagkumpitensya para sa isang limitadong suplay ng dugo.

Kung totoo na ang mga capillary, tulad ng mga neuron, huling buhay sa mga tao tulad ng ginagawa nila sa mga daga sa lab, kung gayon maaari silang gumanap ng mas malaking papel sa kalusugan ng utak kaysa sa inaasahan. Upang matiyak na ang iyong mga neuron sa utak ay mananatiling malusog sa katandaan, ang pag-aalaga sa mga capillary na nagpapanatili sa kanila ng dugo ay maaaring isang magandang taya. Ang mabuting balita ay mayroong dalawang napatunayang paraan upang gawin ito: a malusog na pagkain at magsanay, na hindi pa huli para magsimula.

Ang pag-uusap

Tungkol sa Author

Suzana Herculano-Houzel, Associate Professor ng Psychology, Vanderbilt University

Ang artikulong ito ay muling nai-publish mula sa Ang pag-uusap sa ilalim ng lisensya ng Creative Commons. Basahin ang ang orihinal na artikulo.

Mga Kaugnay na Libro:

The Body Keeps the Score: Brain Mind and Body in the Healing of Trauma

ni Bessel van der Kolk

Tinutuklas ng aklat na ito ang mga koneksyon sa pagitan ng trauma at pisikal at mental na kalusugan, na nag-aalok ng mga insight at diskarte para sa pagpapagaling at pagbawi.

I-click para sa karagdagang impormasyon o para mag-order

Paghinga: Ang Bagong Agham ng Nawalang Sining

ni James Nestor

Sinasaliksik ng aklat na ito ang agham at kasanayan sa paghinga, na nag-aalok ng mga insight at diskarte para sa pagpapabuti ng pisikal at mental na kalusugan.

I-click para sa karagdagang impormasyon o para mag-order

The Plant Paradox: Ang Mga Nakatagong Panganib sa "Malulusog" na Pagkaing Nagdudulot ng Sakit at Pagtaas ng Timbang

ni Steven R. Gundry

Tinutuklas ng aklat na ito ang mga link sa pagitan ng diyeta, kalusugan, at sakit, na nag-aalok ng mga insight at diskarte para sa pagpapabuti ng pangkalahatang kalusugan at kagalingan.

I-click para sa karagdagang impormasyon o para mag-order

The Immunity Code: The New Paradigm for Real Health and Radical Anti-Aging

ni Joel Greene

Ang aklat na ito ay nag-aalok ng bagong pananaw sa kalusugan at kaligtasan sa sakit, na kumukuha sa mga prinsipyo ng epigenetics at nag-aalok ng mga insight at diskarte para sa pag-optimize ng kalusugan at pagtanda.

I-click para sa karagdagang impormasyon o para mag-order

Ang Kumpletong Gabay sa Pag-aayuno: Pagalingin ang Iyong Katawan sa Pamamagitan ng Pasulput-sulpot, Kahaliling Araw, at Pinahabang Pag-aayuno

ni Dr. Jason Fung at Jimmy Moore

Tinutuklas ng aklat na ito ang agham at kasanayan ng pag-aayuno na nag-aalok ng mga insight at diskarte para sa pagpapabuti ng pangkalahatang kalusugan at kagalingan.

I-click para sa karagdagang impormasyon o para mag-order