Причина, по которой мозг потребляет такую большую долю энергии тела, хотя составляет всего около 2% от общей массы, заключается в его постоянной работе. Этот орган не выключается полностью, и даже в состоянии покоя он отвечает примерно за 20% потребления кислорода организмом.
Этот расход энергии происходит даже тогда, когда человек сидит, расслабляется или не выполняет никаких конкретных действий. Большая часть этой энергии поступает из глюкозы, которая является одним из основных топлив, используемых мозгом. Исследование, опубликованное в журнале Neurology, показывает, что взрослому мозгу требуется около 120 граммов глюкозы в день, и это значение является средним показателем, который может варьироваться в зависимости от индивидуальных условий.
Мозг нуждается в энергии для поддержания функционирования своих миллиардов нейронов и обеспечения непрерывной связи между ними. Эти клетки постоянно обмениваются сигналами, даже когда нет сознательной мыслительный процесса.
Для того чтобы этот обмен происходил, мозг должен поддерживать баланс ионов — электрически заряженных веществ, как внутри, так и снаружи клеток. Проще говоря, это эквивалентно сохранению критической разницы заряда, необходимой для передачи сигналов нейронами, что является процессом, требующим постоянной энергии.
В этом процессе глюкоза используется совместно с кислородом. У взрослого человека потребление кислорода мозгом достигает примерно 50 миллилитров в минуту во время отдыха. Кислород помогает клеткам преобразовывать энергию, запасенную в глюкозе, в форму, пригодную для использования организмом, обеспечивая работу мозга даже в кажущиеся непродуктивными моменты.
Это также объясняет, почему сон не означает прекращение потребления мозговой энергии. Во время сна различные области продолжают работать и выполнять жизненно важные функции. Таким образом, состояние отдыха не следует интерпретировать как неактивный мозг.
Ярким примером является сеть пассивного режима работы мозга. Этот термин относится к группе областей мозга, которые демонстрируют значительную активность, когда человек не сосредоточен на конкретной задаче. Эта концепция была подробно описана в исследованиях нейровизуализации и получила широкое распространение благодаря статье «A default mode of brain function», опубликованной в 2001 году в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) Маркусом Э. Райчлом и другими исследователями Медицинской школы Университета Вашингтона.
Эта сеть связана с внутренними психическими процессами, включая аспекты, связанные с памятью, размышлениями о личном опыте и планированием будущего, что помогает объяснить непрерывную генерацию мыслей даже без определенной задачи.
Кроме того, в этот период мозг поддерживает другие важнейшие функции, такие как кровообращение, которое должно продолжать снабжать кислородом и глюкозой, в то время как нейроны сохраняют свою способность к сигнализации. Из-за этого метаболизм мозга остается повышенным даже в состоянии покоя, противореча идее о том, что биологически мало что происходит.
Эта работа помогает развеять миф о том, что посвящение долгих часов учебе или решению сложных задач заставит мозг сжечь сотни лишних калорий. Хотя умственная деятельность может усиливать функцию определенных областей мозга, мозг уже имеет высокий базовый уровень энергопотребления. Исследования показывают, что увеличение расхода энергии из-за выполнения конкретных задач незначительно по сравнению с метаболизмом в состоянии покоя, обычно оценивается менее чем в 5% от базального уровня.
Это не отрицает изменений в мозге, вызванных учебой или решением трудных задач; они происходят. Однако большая умственная активность не приводит к пропорционально большому расходу энергии. Усталость после долгих занятий учебой — реальное ощущение, но оно не обязательно соответствует массовому потреблению калорий. Следовательно, в повседневной жизни мозг уже работает с высокой энергетической стоимостью еще до каких-либо интеллектуальных усилий, непрерывно потребляя глюкозу и кислород.