Сколько калорий сжигает наш мозг, как и для чего?
Фитнес в представлении большинства — груда гирь, дорогие тренажеры, два ведра пота и «все, я больше не могу». Однако же, для сжигания калорий вовсе не обязательно пыхтеть в станке Смита или на беговой дорожке. Наш мозг отлично сжигает калории, ведь он в ответе за одно из самых массивных поглощений энергетических запасов: на него приходится до четверти всей энергии тела. Выходит, решение трудных задачек, лежа на диване, и поиск подарка жене на день рождения — простой путь к похудению? Давайте разбираться.
На кафедре эволюционной антропологии в Университете Дьюка подсчитали, что когда тело находится в состоянии покоя и не занимается какой-либо деятельностью, кроме дыхания, пищеварения, терморегуляции и чтения этикеток в туалете, мозг расходует поразительные 20-25% всей энергии организма, главным образом в форме глюкозы. Это 350 и 450 калорий в день для женщины и мужчины среднего телосложения соответственно. При этом в детстве мозг еще прожорливее.
Большая часть энергии, потребляемой мозгом, направлена на то, чтобы позволить нейронам связываться друг с другом и с получающими сигнал эффекторными клетками посредством химических сигналов, передаваемых через структуры, называемые синапсами. Кроме того, мозг никогда не отдыхает: мы спим, а он все еще потребляет топливо, чтобы передавать сигналы между клетками для поддержания основных функций нашего организма. Вдобавок, обслуживание мозга — это целый флот клеток, и им также нужна глюкоза, чтобы жить и продолжать выполнять свою работу. Словом, одни расходы.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Окей, человеческий мозг жадный до энергии. Но значит ли это, что чем больше мы задействуем его, тем больше энергии он будет выкачивать и тем больше калорий мы будем сжигать? Технически — да, но только при условии, что задачи будут действительно сложные, а не из учебника 3-го класса, ведь для мозга трудная умственная задача далеко не тоже самое, что и для вас.
Когда вы учитесь чему-то новому, ваш мозг адаптируется к увеличению передачи энергии в любых его областях, которые активируются тренировкой. По мере того, как мы становимся более квалифицированными в решении той или иной задачи, мозгу больше не приходится работать так усердно. Выполнение этой задачи в конечном счете требует меньше энергии, и приходится снова обучать его чему-то новому.
Существует миф, что человек использует мозг только на 10%, стало быть, если поднапрячься, то можно сжигать в разы больше калорий? Увы, это верно только для охранников на проходной и дежурных у эскалатора. Мозг большинства людей работает на полную катушку. Мы же не используем только 10% сердца, печени или легких, это как минимум абсурд с точки зрения эволюции. Но мыслить усерднее вовсе не значит тратить еще больше калорий головой.
На фоне огромного общего потребления энергии мозгом, та ее часть, которая необходима только для мыслительного процесса, в действительности сравнительно небольшая. Другими словами, изучение новой задачи или выполнение чего-то сложного — это не самая энергоемкая часть работы мозга. Он способен закидывать энергию в определенные области, которые в данный момент активны. Но общий расход в мозге считается постоянным.
Так можно ли считать наш собственный мозг таким же эффективным тренажером, как какой-нибудь батерфляй? В 1984 году чемпионат мира по шахматам был внезапно остановлен из-за сильного истощения Анатолия Карпова, который за предыдущие пять месяцев и десятки матчей похудел на 10 килограмм. По некоторым подсчетам, шахматисты могут сжечь до 6 000 калорий за один день, и все это сидя на стуле на протяжении долгого времени. Стресс, который может привести к увеличению пульса, учащенному дыханию и потоотделению, сжигает калории наряду с мозговой активностью. Так что использовать мозг для похудения можно и даже полезно, но только вместе с другими способами сжигания излишков топлива.
ученые выбрали самый популярный и бестолковый миф
По словам нейробиологов, этот миф подобен монстру из фильма ужасов, который постоянно возвращается.
Related video
Каждый слышал популярный миф о том, что люди используют потенциал своего мозга лишь на 10%. Подобно монстру из фильмов ужасов, этот миф все никак не может умереть, пишет Discover Magazine.
Неизвестно откуда впервые появился этот миф. Но большинство исследователей считают, что корни этого заблуждения кроются в книге 1936 года Дейла Карнеги «Как завоевывать друзей и оказывать влияние на людей». Карнеги очевидно развил идею, которая также была предложена американским психологом Уильямом Джеймсом.
В статье 1907 года, которая была опубликована в журнале Science, Джеймс писал: «Мы используем лишь небольшую часть наших возможных умственных и физических ресурсов». Несмотря на то, что в этом отрывке дается намек на скрытый потенциал, в нем нет пресловутых 10%.
Вероятно, именно появление конкретного числа в мире и сделало его вирусных.
«Вполне возможно, что гений маркетинга Карнеги сделал эту идею более вирусной, приписав ее непосредственно человеческому мозгу и присвоив ей число», – говорит нейробиолог Сандра Амодт.
С чего бы не начался миф, он получил большую популярность.
«Люди во всем мире верят этому заблуждению. Один опрос 10-летней давности показал, что половина жителей Бразилии верят в то, что используют лишь 10% своего мозга. Сложно представить, чтобы все они читали Дейла Карнеги», – отмечает Амодт.
С другой стороны, вышеупомянутая книга Карнеги была переведена почти на все языки мира. И в конце концов, данная идея стала настоящей золотой жилой для своего автора.
Ученые полагают, что если бы не существовало 10-процентного мифа, то тренерами по самосовершенствованию пришлось бы его изобрести самостоятельно.
«Мы считаем, что людям так нравится этот миф, потому что он очень оптимистичен. Каждому хотелось бы думать, что у его мозга есть огромный скрытый потенциал. В противном случае, людям придется столкнуться с реальностью, в которой работа мозга ограничена, а осваивать новые навыки – кропотливая работа», – объясняет Амодт.
Ко всеобщему разочарованию, миф о 10% не соответствует действительности. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) показывает, что все части мозга активны в разных ситуациях. Конечно, они не работают одновременно, но у каждой части мозга есть своя задача.
Перед операциями на мозге, хирурги стимулируют его разные части, чтобы убедиться, не заденут ли они важную область, например, отвечающую за речевой аппарат. Врачи стимулируют области мозга вокруг места разреза и спрашивают пациентов об их ощущениях.
«Иногда люди смеются, иногда они вспоминают то, что произошло 8 лет назад. Пациенты всегда реагируют на стимуляцию, и это говорит о том, что не существует незадействованных отделов мозга», – говорит Амодт.
По словам ученых, существует огромное количество интересных и реальных фактов о мозге, чтобы продолжать восхищаться эволюцией даже без мифа о 10%. Например, мозга человека на 75% состоит из воды, поэтому обезвоживание, даже в небольших количества, может негативно сказаться на его функциях.
В первый год жизни мозг человека вырастает в три раза, и продолжает расти до 18 лет. К 20 годам мозг людей начинает терять некоторые способности к запоминанию, а также некоторые когнитивные навыки.
Также известно, что с возрастом мозг человека становится меньше в размерах, обычно это происходит после 40 лет.
Потребность в энергии ограничивает возможности обработки информации нашим мозгом | Новости ЛЧ
Наш мозг имеет верхний предел того, сколько он может обрабатывать за один раз из-за постоянного, но ограниченного запаса энергии, согласно новому исследованию UCL с использованием метода визуализации мозга, который измеряет клеточный метаболизм.
Исследование, опубликованное в Journal of Neuroscience , показало, что внимание может изменить то, как мозг распределяет свою ограниченную энергию; поскольку мозг тратит больше энергии на обработку того, на что мы обращаем внимание, меньше энергии выделяется на обработку вне фокуса нашего внимания.
Объясняя результаты исследования, старший автор профессор Нилли Лави (Институт когнитивной неврологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе) сказала: «Для работы человеческого мозга требуется много энергии. Мы знаем, что мозг постоянно использует около 20% нашей метаболической энергии, даже когда мы отдыхаем, и все же широко распространено мнение, что этот постоянный, но ограниченный запас энергии не увеличивается, когда наш мозг обрабатывает больше.
«Мы подозревали, что при жестком ограничении поступления энергии в мозг мозг может справляться со сложными задачами, отвлекая энергию от других функций и расставляя приоритеты в фокусе нашего внимания.
«Наши результаты показывают, что мозг действительно выделяет меньше энергии нейронам, которые реагируют на информацию, находящуюся вне фокуса нашего внимания, когда наша задача усложняется. Это объясняет, почему мы испытываем невнимательную слепоту и глухоту даже к критически важной информации, которую мы действительно хотим знать».
Исследовательская группа, состоящая из когнитивных нейробиологов и инженеров-биомедиков, измерила церебральный метаболизм с помощью неинвазивного метода оптической визуализации. Таким образом, они могли видеть, сколько энергии расходуют области мозга, когда люди сосредотачивают внимание на задаче, и как это меняется, когда задача становится более требовательной к умственным способностям. Они использовали широкополосную спектроскопию в ближней инфракрасной области для измерения уровня окисления фермента, участвующего в энергетическом метаболизме в митохондриях клеток головного мозга, генераторов энергии, которые приводят в действие биохимические реакции каждой клетки.
Исследователи использовали свою технику для измерения мозгового метаболизма в различных областях зрительной коры головного мозга 18 человек, когда они выполняли задачи визуального поиска, которые были сложными или простыми, а иногда также сопровождались визуальным отвлечением, которое не имело отношения к задание.
Они выявили повышенный клеточный метаболизм в областях мозга, реагирующих на посещаемые стимулы, поскольку задача была более сложной, и это увеличение напрямую отражалось в снижении уровня клеточного метаболизма в областях, реагирующих на оставленные без внимания стимулы. Этот двухтактный паттерн был точно синхронизирован, демонстрируя компромисс ограниченного энергоснабжения между обработкой с участием и без участия.
Соавтор профессор Илиас Тахцидис (медицинская физика и биомедицинская инженерия Калифорнийского университета) сказал: «Используя нашу собственную широкополосную спектроскопию ближнего инфракрасного диапазона, технологию оптического мониторинга мозга, которую мы разработали в Калифорнийском университете, мы смогли лучше измерить фермент в митохондриях (энергетическая фабрика клеток), играющих неотъемлемую роль в обмене веществ».
Первый автор, аспирант Мерит Брукмайер (UCL Psychology & Language Sciences) сказал: «Используя эти методы, наши выводы об использовании энергии мозга являются более прямыми и информативными, чем в прошлых исследованиях с использованием методов визуализации фМРТ, которые измеряют уровни оксигенации крови головного мозга вместо внутриклеточный маркер метаболизма».
Профессор Лави сказал: «Таким образом, нам удалось связать опыт людей, испытывающих перегрузку мозга, с тем, что происходит внутри их нейронов, поскольку высокие потребности в энергии для одной цели уравновешиваются снижением использования энергии, связанной с любой другой целью. Если мы попытаемся обработать слишком много информации, мы можем почувствовать напряжение перегрузки из-за жесткого ограничения возможностей нашего мозга.
«В последние месяцы мы слышали от многих людей, которые говорят, что чувствуют себя перегруженными постоянными новостями и новыми проблемами, которые нужно преодолеть. Когда ваш мозг загружен, вы, вероятно, не сможете обработать некоторую информацию. Вы можете даже не заметить важное электронное письмо, потому что ваш ребенок разговаривал с вами, или вы можете пропустить срабатывание таймера духовки, потому что вам неожиданно позвонили на работу. Наши результаты могут объяснить эти часто разочаровывающие переживания невнимательной слепоты или глухоты».
Исследование проводилось при поддержке Совета экономических и социальных исследований, Toyota Motor Europe и Wellcome.
Ссылки
- Исследовательская статья в The Journal of Neuroscience
- Академический профиль профессора Нилли Лави
- Академический профиль доктора Илиаса Тахцидиса
- UCL Biomed Medical Institute of Cognitive Neuroscience 3336 903
Освещение в СМИ
Изображение
- Четыре кадра из исследовательской задачи визуального поиска, включая завитки и шахматную доску, используемые в качестве визуальных отвлекающих факторов.
Контакты для СМИ
Chris Lane
Тел.: +44 (0)20 7679 9222
Email: chris.lane [at] ucl.ac.uk
The Brain Never Stops for Young Mind Ваш мозг выполняет большую работу, когда вы занимаетесь спортом, играете в игру или смотрите фильм. Ваш мозг также мастер связывать одну мысль с другой и заставлять ваш разум блуждать.
Но что делает ваш мозг, когда вы не заняты конкретными мыслями или действиями? Интересно, что подобно сердцу, которое постоянно бьется, мозг никогда не прекращает свою деятельность. Например, ваш мозг очень активен, даже когда вы крепко спите. На самом деле, клетки мозга усердно работают даже в отсутствие мыслей, например, во время анестезии (состояние, при котором наркотики блокируют ощущения, сознание и движения).Мозг спонтанно активен
Удивительно, но мозг постоянно использует около 20% энергии тела. Правильно: около одной пятой всего, что вы едите, предназначено для вашего мозга. На рис. 1 показаны энергозатраты верхней части тела и головы. Темные области показывают части тела, которые потребляют много энергии во время отдыха без движения. Мозг потребляет много энергии, поэтому на изображении он выглядит очень темным. Это также относится и к сердцу, которому требуется много энергии, чтобы непрерывно биться. Тем не менее, мозг кажется более темным и, таким образом, использует больше энергии, чем сердце, скелетные мышцы или любой другой орган.
- Рисунок 1
- Расход энергии в организме в состоянии покоя [1, 2].
Высокие энергетические потребности мозга в основном связаны с «постоянной мозговой активностью». «Продолжающийся» в этом контексте означает независимый от сенсорного ввода или задачи. Исследователи обнаружили, что большая часть активности мозга происходит спонтанно. Спонтанная или постоянная мозговая активность — это нейронная активность, которая не связана напрямую с конкретными процессами, такими как зрение, вкус, обоняние, планирование движений или мышление. Другими словами, мозговая активность сохраняется независимо от того, занят ли мозг конкретной задачей.
Чтобы лучше понять текущую активность мозга, представьте себе поверхность озера, как показано на рис. 2А. Когда капля воды падает в озеро, это вызывает рябь или небольшие волны, которые движутся по всему озеру. Однако рисунок 2А представляет собой упрощенную картину.
В действительности озера больше напоминают картину, показанную на рис. 2Б. Поверхность озера никогда не бывает совершенно неподвижной, даже до того, как на нее попадет капля воды. Поверхность озера имеет движение, вызванное ветром, ранее упавшими каплями воды и многими другими факторами (см. рис. 2Б). Другая рябь на поверхности озера взаимодействует с новой рябью, в результате чего новая рябь меняет форму. При попадании капли новая рябь не совсем гладкая и неравномерно распространяется в разные стороны. Поэтому рябь, вызванная падением, будет зависеть от волн, уже присутствующих на озере в этот момент.
- Рисунок 2
- Мозговую деятельность можно сравнить с рябью и волнами на поверхности озера, никогда не стоящими полностью и воздействующими друг на друга.
Представьте, что нейронная активность в мозгу соответствует движению на поверхности озера. Теперь представьте, что сенсорная информация, такая как звук, соответствует каждой капле воды. Когда информация достигает мозга через органы чувств, это подобно капле воды, падающей в озеро.
Активность мозга, возникающая в ответ на поступающий сигнал, напоминает рябь, вызванную каплей воды. Подобно беспокойной поверхности озера (рис. 2Б), мозг всегда полон постоянной активности, даже до поступления сенсорной информации. Точно так же, как предыдущие капли меняют поверхность озера, наш предыдущий опыт изменяет текущую активность мозга. В свою очередь, постоянная активность мозга изменяет нейронную реакцию на новые поступающие сигналы. Это означает, что в зависимости от того, что происходит внутри вашего мозга, вы можете воспринимать один и тот же сигнал по-разному.
Постоянная активность мозга меняет то, как мы видим
Наше восприятие постоянно меняется. Например, посмотрите некоторое время на рисунок 3A. Что ты видишь?
- Рисунок 3
- Активность в ответ на лица – неоднозначная фигура вазы в веретенообразной области лица, специализированная для обработки лиц [3].
В какой-то момент вы можете увидеть два лица (черная область), а в другой раз вы можете увидеть вазу (белая область).
Это пример неоднозначной фигуры, потому что ее можно увидеть более чем одним способом. Что определяет, видите ли вы два лица или вазу? Чтобы изучить этот вопрос, исследователи показали участникам неоднозначную цифру на очень короткое время, всего 150 мс. Участники сразу указывали, видели ли они лица или вазу. Пока участники выполняли это задание, исследователи наблюдали за активностью их мозга с помощью аппарата, называемого сканером магнитно-резонансной томографии, обычно называемого МРТ. Эта машина может «сканировать» мозг и записывать, сколько мозговой активности происходит в каждой части мозга в данный момент времени. На рисунке 3B показана активность мозга в области, называемой «веретенообразной областью лица». Эту область можно увидеть, если посмотреть на мозг снизу. Веретенообразная область лица обрабатывает зрительную информацию от всех видов объектов, включая лица и вазы, но наиболее важна для видения лиц (см. статью «Специализация функций в человеческом мозгу»). На рис. 3C показана активность мозга в области веретенообразного лица, когда участники видели неоднозначную фигуру.
Если активность в этой области имела большой пик, участники видели лица (красная кривая). Если пик активности был меньше, вместо него они видели вазу (синяя кривая). Заштрихованная желтым цветом овальная область на рис. 3C указывает на текущую активность мозга всего через 9 секунд.0102 до зритель видел изображение. Интересно, что активность мозга до показа изображения определяла, какую фигуру люди видели (лица или вазу), когда смотрели на изображение. Как и в беспокойном озере, воздействие входящего сигнала на мозг зависит от текущей активности (волн), которая уже присутствует. Постоянная деятельность меняет наше восприятие мира.
Постоянная активность мозга изменяет то, что мы слышим
Давайте рассмотрим другой пример, в котором наше восприятие меняется от одного момента времени к другому. Представьте, что ваша мама зовет вас снизу. Но хотя вы, возможно, слышали ее звонок и отреагировали накануне, вы можете не услышать ее на этот раз. При исследовании слуха исследователи обнаружили, что постоянная активность мозга способствует этой изменчивости и является одной из причин, по которой вы можете не слышать голос своей мамы.
На рис. 4 показана активность мозга, измеренная с помощью МРТ-сканера во время эксперимента со слухом. В этом эксперименте примерно два раза в минуту в случайное время воспроизводился очень тихий звук. Задача участников заключалась в том, чтобы нажать кнопку ответа, как только они услышат звук. Звук был настолько слабым, что участники могли слышать его только в определенное время, а не в другое. На рис. 4А показан вид с правой стороны мозга. Когда люди слышат звук ушами, активизируется область мозга, называемая «слуховой корой» (выделена на рис. 4А). Кривая на рисунке 4B иллюстрирует мозговую активность слуховой коры в течение 180 с. Динамики и стрелки отмечают активность мозга в моменты, когда был слышен звук. Поскольку пик кривой приходится на эти конкретные моменты, мы знаем, что слуховая кора реагирует на звуки. Интересно, что на кривой активности есть много других взлетов и падений. Они происходят из-за постоянной мозговой активности. Обратите внимание, что пики активности в ответ на звуки каждый раз выглядят по-разному, хотя звук не менялся.
Одной из основных причин этого была продолжающаяся мозговая активность в то время. На рисунке 4C непосредственно сравнивается активность слуховой коры в ответ на звуки, которые участники слышали (красная кривая), и звуки, которые они не слышали (синяя кривая). Как и ожидалось, когда слуховая кора реагировала пиковой активностью, звук был слышен. Внимательно посмотрите на текущий уровень активности до воспроизведения звука (овальная область, заштрихованная желтым цветом). Когда человек слышал звук, активность слуховой коры была высокой, даже до звук воспроизводился. Уровень текущей активности непосредственно перед звуком определяет, будет ли звук действительно слышен. Это означает, что то, что происходит в вашем мозгу до звонка мамы, влияет на то, как ваш мозг обрабатывает голос мамы. И это влияет на то, слышите ли вы ее зов.
- Рисунок 4
- Активность в ответ на слабые звуки в слуховой коре, специализированной для слуха [4].
Подводя итог, можно сказать, что клетки мозга постоянно активны, даже если они не заняты конкретными сигналами, мыслями или действиями.
Эта постоянная активность мозга формируется нашим прошлым опытом и, в свою очередь, влияет на то, как мы действуем и воспринимаем окружающий мир в каждый момент времени.
Каталожные номера
[1] ↑ Raichle, ME 2010. Два взгляда на функцию мозга. Тенденции Познан. науч. 14:180–190. doi: 10.1016/j.tics.2010.01.008
[2] ↑ Гесс, С., Бломберг, Б. А., Чжу, Х. Дж., Хойлунд-Карлсен, П. Ф., и Алави, А. 2014. Ключевая роль ФДГ-ПЭТ/КТ в современной медицине. акад. Радиол. 21: 232–249. doi: 10.1016/j.acra.2013.11.002
[3] ↑ Хессельманн, Г., Келл, К.А., Эгер, Э., и Кляйншмидт, А. 2008. Спонтанные локальные изменения в текущей нейронной активности искажают перцептивные решения. проц. Натл. акад. науч. США 105:10984–10989. doi: 10.1073/pnas.0712043105
[4] ↑ Садагиани, С., Хессельманн, Г., и Кляйншмидт, А. 2009. Распределенный и антагонистический вклад текущих колебаний активности в обнаружение слухового стимула.