9868
Kolik energie je potřeba k přemýšlení? Conor Feehly
[ Ezoterika ] 2025-06-04
Studie nervového metabolismu odhalují snahu našeho mozku udržet nás naživu a evoluční omezení, která vytvarovala náš nejsložitější orgán...
Právě jste se vrátili domů z vyčerpávajícího dne. Jediné, co chcete udělat, je dát si nohy nahoru a soustředit se na to, co je v televizi. I když se nečinnost může zdát jako zasloužený odpočinek, váš mozek není jen v klidu. Ve skutečnosti podle nedávného výzkumu spotřebovává téměř tolik energie jako během vaší stresující aktivity. Sharna Jamadarová, neurovědkyně z Monash University v Austrálii, a její kolegové přezkoumali výzkum z její laboratoře a dalších lidí po celém světě, aby odhadli metabolické náklady na poznávání - to znamená, kolik energie je potřeba k pohonu lidského mozku. Překvapivě dospěli k závěru, že namáhavé a cílené úkoly spotřebují pouze o 5 % více energie než klidná mozková aktivita. Jinými slovy, náš mozek používáme jen o malý zlomek více, když se zabýváme soustředěným poznáváním, než když motor běží na volnoběh. Často to vypadá, jako bychom svou mentální energii rozdělovali prostřednictvím usilovné pozornosti a soustředění. Nový výzkum však staví na rostoucím pochopení, že většina funkcí mozku jde na údržbu. Zatímco mnoho neurovědců se historicky zaměřovalo na aktivní, vnější poznávání, jako je pozornost, řešení problémů, pracovní paměť a rozhodování, začíná být jasné, že pod povrchem je naše zpracování pozadí skrytým úlem aktivity.
Náš mozek reguluje klíčové fyziologické systémy našeho těla a přiděluje zdroje tam, kde jsou potřeba, protože vědomě i podvědomě reagujeme na požadavky našeho neustále se měnícího prostředí. "Existuje pocit, že mozek je pro myšlení," řekl Jordan Theriault, neurovědec z Northeastern University, který se na nové analýze nepodílel. "Z metabolického hlediska je funkce mozku většinou strávena na řízení vašeho těla, regulaci a koordinaci mezi orgány, řízení tohoto nákladného systému, ke kterému je připojeno, a navigaci ve složitém vnějším prostředí." Mozek není čistě stroj na poznávání, ale objekt vytvarovaný evolucí - a proto omezený napjatým energetickým rozpočtem biologického systému. Přemýšlení pak může způsobit, že se budete cítit unavení, ne proto, že by vám došla energie, ale proto, že jste se vyvinuli tak, abyste šetřili zdroje. Tato studie nervového metabolismu, když je spojena s výzkumem dynamiky elektrického vysílání mozku, poukazuje na konkurenční evoluční síly, které vysvětlují omezení, rozsah a efektivitu našich kognitivních schopností.
Cena prediktivního motoru
Provoz lidského mozku je neuvěřitelně drahý. Zhruba při 2 % tělesné hmotnosti tento orgán pohlcuje 20 % energetických zdrojů našeho těla. "Je to nesmírně metabolicky náročné," řekl Jamadar. U kojenců se toto číslo blíží 50 %. Mozek není čistě stroj na poznávání, ale objekt vytvarovaný evolucí... Energie mozku přichází ve formě molekuly adenosintrifosfátu (ATP), kterou buňky vyrábějí z glukózy a kyslíku. Obrovská rozloha tenkých kapilár: odhadem 400 mil cévního vedení - proplétá se mozkovou tkání a přenáší krev bohatou na glukózu a kyslík do neuronů a dalších mozkových buněk. Jakmile je ATP syntetizován v buňkách, pohání komunikaci mezi neurony, které vykonávají funkce mozku. Neurony přenáší elektrické signály do svých synapsí, které umožňují buňkám vyměňovat si molekulární zprávy; Síla signálu určuje, zda uvolní molekuly (nebo "vystřelí"). Pokud ano, molekulární signál určuje, zda další neuron předá zprávu a tak dále.
Je známo, že udržování toho, co je známo jako membránové potenciály - stabilní napětí přes membránu neuronu, které zajišťuje, že buňka je připravena k aktivaci - je zodpovědné za nejméně polovinu celkového energetického rozpočtu mozku. Měření ATP přímo v lidském mozku je vysoce invazivní. Džamadarova laboratoř tedy pro svůj článek přezkoumala studie, včetně svých vlastních zjištění, které používaly jiné odhady spotřeby energie - spotřebu glukózy měřenou pozitronovou emisní tomografií (PET) a průtok krve měřený funkční magnetickou rezonancí (fMRI) - ke sledování rozdílů v tom, jak mozek využívá energii během aktivních úkolů a odpočinku. Pokud se provádí současně, mohou PET a fMRI poskytnout doplňkové informace o tom, jak je glukóza spotřebovávána mozkem, řekl Jamadar. Nejedná se o úplné měřítko spotřeby energie v mozku, protože nervové tkáně mohou také přeměnit některé aminokyseliny na ATP, ale naprostá většina ATP v mozku je produkována metabolismem glukózy.
Jamadarova analýza ukázala, že mozek vykonávající aktivní úkoly spotřebovává pouze o 5 % více energie ve srovnání s klidovým mozkem. Když se zabýváme náročným, cíleným úkolem, jako je studium jízdního řádu autobusu v novém městě, zvyšuje se frekvence neuronálních střeleb v příslušných oblastech mozku nebo sítích - v tomto příkladu v oblastech vizuálního a jazykového zpracování. To představuje těch 5 % navíc; Zbývajících 95 % jde na základní metabolickou zátěž mozku. Vědci přesně nevědí, jak je tato zátěž rozdělena, ale během posledních několika desetiletí objasnili, co mozek dělá na pozadí. "Asi v polovině 90. let jsme si začali uvědomovat, že ve skutečnosti se děje celá hromada věcí, když tam někdo leží v klidu a není výslovně zapojen do nějakého úkolu," řekla. "Dříve jsme si mysleli, že probíhající klidová aktivita, která nesouvisí s daným úkolem, je hluk, ale nyní víme, že v tomto hluku je mnoho signálu."
Pokud je potrava těžko dostupná, [5 %] může to znamenat rozdíl mezi životem a smrtí... Velká část tohoto signálu pochází ze sítě v základním režimu, která funguje, když odpočíváme nebo se nijak nevěnujeme zjevné aktivitě. Síť je zapojena do mentálního zážitku driftování mezi minulými, přítomnými a budoucími scénáři - co byste mohli udělat k večeři, vzpomínka z minulého týdne, nějaká bolest v kyčli. Navíc, pod ledovcem vědomí náš mozek sleduje mozaiku fyzických proměnných - tělesnou teplotu, hladinu glukózy v krvi, srdeční frekvenci, dýchání a tak dále - které musí zůstat stabilní, ve stavu známém jako homeostáza, aby nás udržely naživu. Pokud některá z nich zabloudí příliš daleko, věci se mohou velmi rychle zhoršit.
Theriault spekuluje, že většina základní metabolické zátěže mozku směřuje k predikci. Aby mozek dosáhl svých homeostatických cílů, musí vždy plánovat, co přijde dál - vytvořit sofistikovaný model prostředí a toho, jak by změny mohly ovlivnit biologické systémy těla. Predikce, spíše než reakce, říká Theriault, umožňuje mozku efektivně rozdělovat zdroje tělu. Evoluční omezení mozku Zvýšená spotřeba energie během aktivního myšlení o 5 % se nemusí zdát jako mnoho, ale v kontextu celého těla a mozku hladového po energii se může nasčítat. A když si uvědomíte přísná energetická omezení, se kterými se naši předkové museli vypořádat, únava na konci náročného dne najednou dává mnohem větší smysl. "Důvodem, proč jste unavení, stejně jako jste unavení po fyzické aktivitě, není to, že nemáte kalorie, abyste za to zaplatili," řekl Zahid Padamsey, neurovědec z Weill Cornell Medicine-Qatar, který se na novém výzkumu nepodílel. "Je to proto, že jsme se vyvinuli jako velmi lakomé systémy... Vyvinuli jsme se v prostředí chudém na energii, takže nesnášíme vynakládat energii." Moderní svět, ve kterém jsou kalorie pro mnoho lidí relativně hojné, ostře kontrastuje s podmínkami nedostatku, ve kterých se vyvinul Homo sapiens.
Toto 5% zvýšení rychlosti hoření během 20 dnů vytrvalého, aktivního soustředění na úkoly může představovat celodenní kognitivní energii. Pokud je jídlo těžko dostupné, může to znamenat rozdíl mezi životem a smrtí. "To může být v průběhu času podstatné, pokud neomezíte rychlost vypalování, takže si myslím, že je to z velké části pozůstatek našeho evolučního dědictví," řekl Padamsey. Ve skutečnosti má mozek zabudované systémy, které zabraňují přetížení. "Aktivujete únavové mechanismy, které zabrání dalšímu vypalování," řekl. Aby lépe porozuměli těmto energetickým omezením, shrnul Padamsey v roce 2023 výzkum určitých zvláštností elektrické signalizace, které naznačují evoluční tendenci k energetické účinnosti. Za prvé si můžete představit, že čím rychleji přenášíte informace, tím lépe. Optimální rychlost přenosu v mozku je však mnohem nižší, než by se dalo očekávat. Teoreticky je maximální rychlost neuronu pro reálně vystřelení a odeslání informace svému sousedovi 500 hertzů. Pokud by však neurony skutečně vystřelily na 500 hertzů, systém by byl zcela zahlcen. Optimální informační rychlost - nejrychlejší rychlost, s jakou neurony stále dokážou rozlišovat zprávy od svých sousedů - je poloviční, neboli 250 hertzů.
Naše neurony však mají průměrnou frekvenci střelby 4 hertzů, což je 50 až 60krát méně, než je optimální pro přenos informací. A co víc, mnoho synaptických přenosů selhává: I když je elektrický signál vyslán do synapse, aby ji připravil na uvolnění molekul dalšímu neuronu, stane se tak pouze ve 20 % případů. To proto, že jsme se nevyvinuli tak, abychom maximalizovali celkový objem odesílaných informací. "Vyvinuli jsme se tak, abychom maximalizovali přenos informací na vynaložené ATP," řekl Padamsey. "To je velmi odlišná rovnice." Při odesílání maximálního množství informací za co nejmenší energii (bitů na ATP) je optimální rychlost neuronální aktivace pod 10 hertzů. Evolučně nabízel velký, sofistikovaný lidský mozek bezprecedentní úroveň složitosti chování - za velkou energetickou cenu. Toto vyjednávání mezi flexibilitou a inovací velkého mozku a energetickými omezeními biologického systému definuje dynamiku toho, jak náš mozek přenáší informace, duševní únavu, kterou pociťujeme po obdobích soustředění, a neustálou práci, kterou náš mozek vykonává, aby nás udržel naživu. To, že toho v rámci svých omezení dělá tolik, je poněkud udivující.
Zdroj:
https://www.bibliotecapleyades.net/ciencia4/brain204.htm
Zpět
