Creierul are probleme cu lanțul de aprovizionare, iar neuronii se descurcă cu ceea ce obțin
Sângele transportă oxigenul și nutrienții vitali către creier. Domnul Suphachai Praserdumrongchai/iStock prin Getty Images

Oamenii în neuroștiință au presupus de mult că neuronii sunt unități lacome, flămânde, care necesită mai multă energie atunci când devin mai activi, iar sistemul circulator se conformează furnizând cât de mult sânge au nevoie pentru a-și alimenta activitatea. Într-adevăr, pe măsură ce activitatea neuronală crește ca răspuns la o sarcină, fluxul de sânge către acea parte a creierului crește chiar mai mult decât rata de utilizare a energiei, ceea ce duce la un surplus. Această creștere stă la baza comunității tehnologie de imagistică funcțională care generează hărți colorate ale activității creierului.

Oamenii de știință obișnuiau să interpreteze această nepotrivire aparentă a fluxului de sânge și a cererii de energie ca o dovadă că nu există lipsă de alimentare cu sânge a creierului. Ideea unei oferte nelimitate s-a bazat pe observaţia că doar aproximativ 40% din oxigen livrat în fiecare parte a creierului este utilizat - și acest procent scade de fapt pe măsură ce părți ale creierului devin mai active. Părea să aibă sens evolutiv: creierul ar fi evoluat această creștere mai rapidă decât era necesară a fluxului sanguin ca o caracteristică de siguranță care garantează o livrare suficientă de oxigen în orice moment.

Imagistica prin rezonanță magnetică funcțională este una dintre câteva modalități de măsurare a creierului.

Dar distribuția sângelui în creier susține de fapt un sistem bazat pe cerere? Eu însumi ca neurolog, Am examinat anterior o serie de alte presupuneri despre cele mai elementare fapte despre creier și am constatat că nu au reușit. Pentru a numi câteva: creierul uman nu au 100 de miliarde de neuroni, deși o fac au cei mai mulți neuroni corticali de orice specie; cel gradul de pliere a cortexului cerebral nu indică câți neuroni sunt prezenți; și nu animalele mai mari trăiesc mai mult, dar cei cu mai mulți neuroni în cortexul lor.

Cred că a afla ce determină alimentarea cu sânge a creierului este esențială pentru a înțelege cum funcționează creierul în sănătate și boală. Este ca și cum trebuie orașele să-și dea seama dacă rețeaua electrică actuală va fi suficientă pentru a susține o viitoare creștere a populației. Creierul, ca și orașele, funcționează doar dacă au suficientă energie furnizată.


innerself abonare grafică


Resurse ca autostrăzi sau râuri

Dar cum aș putea testa dacă fluxul de sânge către creier este cu adevărat bazat pe cerere? Congelatoarele mele erau pline cu creiere conservate, moarte. Cum studiezi utilizarea energiei într-un creier care nu mai folosește energie?

Din fericire, creierul lasă în urmă dovezi ale utilizării sale de energie prin modelul vaselor care distribuie sângele prin el. M-am gândit că aș putea să mă uit la densitatea capilarelor – vasele subțiri, cu o singură celulă, care transferă gaze, glucoză și metaboliți între creier și sânge. Aceste rețele capilare ar fi păstrate în creierul din congelatoarele mele.

Un creier bazat pe cerere ar trebui să fie comparabil cu un sistem rutier. Dacă arterele și venele sunt principalele autostrăzi care transportă mărfuri către orașul din anumite părți ale creierului, capilarele sunt asemănătoare străzilor din cartier care livrează de fapt bunuri utilizatorilor finali: neuroni individuali și celulele care lucrează cu ei. Străzile și autostrăzile sunt construite la cerere, iar o foaie de parcurs arată cum arată un sistem bazat pe cerere: Drumurile sunt adesea concentrate în părți ale țării unde există mai mulți oameni - unitățile societății care consumă energie.

În schimb, un creier cu aprovizionare limitată ar trebui să arate ca albiile râurilor unei țări, căreia nu îi pasă mai puțin de locul în care se află oamenii. Apa va curge acolo unde poate, iar orașele trebuie doar să se adapteze și să se descurce cu ceea ce pot obține. Sunt șanse ca orașe să se formeze în vecinătatea arterelor principale – dar în absența unei remodelări majore și intenționate, creșterea și activitățile lor sunt limitate de cantitatea de apă disponibilă.

Aș descoperi că capilarele sunt concentrate în părți ale creierului cu mai mulți neuroni și presupun că necesită mai multă energie, cum ar fi străzile și autostrăzile construite în funcție de cerere? Sau aș descoperi că sunt mai degrabă ca pâraie și pâraie care pătrund în pământ acolo unde pot, fără a ține seama de unde sunt cei mai mulți oameni, într-o manieră determinată de aprovizionare?

Ceea ce am găsit a fost o dovadă clară pentru acesta din urmă. Pentru ambii soareci și șobolani, densitatea capilară reprezintă doar 2% până la 4% din volumul creierului, indiferent de câți neuroni sau sinapse sunt prezenți. Sângele curge în creier ca apa pe râuri: acolo unde poate, nu unde este nevoie.

Dacă sângele curge indiferent de nevoie, aceasta înseamnă că creierul folosește de fapt sângele pe măsură ce este furnizat. Am descoperit că micile variații ale densității capilare din diferite părți ale creierului de șobolan mort se potriveau perfect cu ratele fluxului sanguin și consumul de energie în aceleași părți ale creierului altor șobolani vii pe care cercetătorii le-au măsurat cu 15 ani înainte.

Rezolvarea fluxului sanguin și a necesarului de energie

Ar putea densitatea specifică a capilarelor din fiecare parte a creierului să fie atât de limitativă încât să dicteze câtă energie folosește acea parte? Și s-ar aplica asta creierului ca întreg?

M-am asociat cu colegul meu Doug Rothman pentru a răspunde la aceste întrebări. Împreună, am descoperit că atât creierul uman, cât și cel de șobolan nu numai că fac tot ce pot cu sângele pe care îl primesc și, de obicei, funcționează la aproximativ 85% din capacitate, dar activitatea generală a creierului este într-adevăr. dictat de densitatea capilară, toate celelalte fiind egale.

Motivul pentru care doar 40% din oxigenul furnizat creierului este de fapt folosit este pentru că aceasta este cantitatea maximă care poate fi schimbată pe măsură ce sângele curge - ca muncitorii care încearcă să ridice articole de pe o linie de asamblare mergând prea repede. Arterele locale pot furniza mai mult sânge neuronilor dacă încep să utilizeze puțin mai mult oxigen, dar acest lucru vine cu prețul deturnării sângelui din alte părți ale creierului. Deoarece schimbul de gaz era deja aproape de capacitatea maximă pentru început, fracția de extracție a oxigenului pare să scadă chiar cu o ușoară creștere a livrării.

De departe, utilizarea energiei în creier poate părea bazată pe cerere – dar este într-adevăr limitată de aprovizionare.

Alimentarea cu sânge influențează activitatea creierului

Deci de ce contează ceva din toate acestea?

Descoperirile noastre oferă o posibilă explicație pentru motivul pentru care creierul nu poate face cu adevărat mai multe sarcini - doar alternează rapid între focusuri. Deoarece fluxul de sânge către întregul creier este strâns reglat și rămâne în esență constant pe parcursul zilei pe măsură ce alternezi între activități, cercetările noastre sugerează că orice parte a creierului care experimentează o creștere a activității - pentru că începi să faci matematică sau să cânți un cântec, pt. exemplu – poate obține doar puțin mai mult flux de sânge în detrimentul devierii fluxului de sânge din alte părți ale creierului. Astfel, cel incapacitatea de a face două lucruri în același timp ar putea avea originile în fluxul de sânge către creier fiind limitat de aprovizionare, nu bazat pe cerere.

numeroase scanări ale creierului
O mai bună înțelegere a modului în care funcționează creierul ar putea oferi perspective asupra comportamentului uman și a bolii.
Peter Dazeley / The Image Bank prin Getty Images

Descoperirile noastre oferă, de asemenea, o perspectivă asupra îmbătrânirii. Dacă neuronii trebuie să se descurce cu energia pe care o pot obține dintr-o aprovizionare constantă cu sânge, atunci părțile creierului cu cea mai mare densitate de neuroni vor fi primele afectate atunci când există o penurie – la fel cum cele mai mari orașe simt că durerea unei secete înaintea celor mai mici.

În cortex, părțile cu cele mai mari densități de neuroni sunt hipocampul și cortexul entorinal. Aceste zone sunt implicate în memoria pe termen scurt și în primul care suferă la îmbătrânire. Sunt necesare mai multe cercetări pentru a testa dacă părțile creierului cele mai vulnerabile la îmbătrânire și boli sunt cele cu cel mai mare număr de neuroni împachetati împreună și concurând pentru o aprovizionare limitată de sânge.

Dacă este adevărat că capilarele, precum neuronii, durează o viață la oameni, așa cum o fac la șoarecii de laborator, atunci aceștia pot juca un rol mai important în sănătatea creierului decât se aștepta. Pentru a vă asigura că neuronii creierului dumneavoastră rămân sănătoși la bătrânețe, să aveți grijă de capilarele care îi mențin aprovizionați cu sânge poate fi un pariu bun. Vestea bună este că există două modalități dovedite de a face acest lucru: a dieta sanatoasa și exercita, care nu sunt niciodată prea târziu pentru a începe.

Conversaţie

Despre autor

Suzana Herculano-Houzel, Profesor asociat de psihologie, Universitatea Vanderbilt

Acest articol este republicat de la Conversaţie sub licență Creative Commons. Citeste Articol original.

Cărți asemănătoare:

Corpul păstrează scorul: creier, minte și corp în vindecarea traumei

de Bessel van der Kolk

Această carte explorează conexiunile dintre traumă și sănătatea fizică și mentală, oferind perspective și strategii pentru vindecare și recuperare.

Click pentru mai multe informatii sau pentru a comanda

Respirația: Noua știință a unei arte pierdute

de James Nestor

Această carte explorează știința și practica respirației, oferind perspective și tehnici pentru îmbunătățirea sănătății fizice și mentale.

Click pentru mai multe informatii sau pentru a comanda

Paradoxul plantelor: pericolele ascunse din alimentele „sănătoase” care provoacă boli și creșterea în greutate

de Steven R. Gundry

Această carte explorează legăturile dintre dietă, sănătate și boală, oferind perspective și strategii pentru îmbunătățirea sănătății generale și a bunăstării.

Click pentru mai multe informatii sau pentru a comanda

Codul de imunitate: noua paradigmă pentru sănătate reală și anti-îmbătrânire radicală

de Joel Greene

Această carte oferă o nouă perspectivă asupra sănătății și imunității, bazându-se pe principiile epigeneticii și oferind perspective și strategii pentru optimizarea sănătății și a îmbătrânirii.

Click pentru mai multe informatii sau pentru a comanda

Ghidul complet pentru post: vindecă-ți corpul prin post intermitent, în zile alternative și prelungit

de Dr. Jason Fung și Jimmy Moore

Această carte explorează știința și practica postului, oferind perspective și strategii pentru îmbunătățirea sănătății generale și a bunăstării.

Click pentru mai multe informatii sau pentru a comanda