Breine het voorsieningskettingkwessies en neurone maak klaar met wat hulle kry
Bloed dra suurstof en lewensbelangrike voedingstowwe na die brein. Mnr. Suphachai Praserdumrongchai/iStock via Getty Images

Neurowetenskaplikes het lank aangeneem dat neurone gulsige, honger eenhede is wat meer energie vereis wanneer hulle meer aktief word, en die bloedsomloopstelsel voldoen aan die verskaffing van soveel bloed as wat hulle nodig het om hul aktiwiteit aan te wakker. Inderdaad, namate neuronaktiwiteit toeneem in reaksie op 'n taak, neem bloedvloei na daardie deel van die brein selfs meer toe as die tempo van energieverbruik, wat lei tot 'n surplus. Hierdie toename is die basis van gemene funksionele beeldtegnologie wat gekleurde kaarte van breinaktiwiteit genereer.

Wetenskaplikes het hierdie oënskynlike wanverhouding in bloedvloei en energievraag gebruik as bewys dat daar geen tekort aan bloedtoevoer na die brein is nie. Die idee van 'n onbeperkte aanbod was gebaseer op die waarneming dat slegs sowat 40% van die suurstof aan elke deel van die brein afgelewer word, word gebruik – en hierdie persentasie daal eintlik namate dele van die brein meer aktief word. Dit het blykbaar evolusionêr sin gemaak: Die brein sou hierdie vinniger-as-nodige toename in bloedvloei ontwikkel het as 'n veiligheidskenmerk wat te alle tye voldoende suurstoflewering waarborg.

Funksionele magnetiese resonansbeelding is een van verskeie maniere om die brein te meet.

Maar ondersteun bloedverspreiding in die brein eintlik 'n vraaggebaseerde stelsel? Self as neurowetenskaplike, Ek het voorheen 'n aantal ander aannames oor die mees basiese feite oor brein ondersoek en gevind dat dit nie uitkom nie. Om 'n paar te noem: Menslike breine het nie 100 biljoen neurone nie, alhoewel hulle dit doen het die meeste kortikale neurone van enige spesie; die graad van vou van die serebrale korteks dui nie aan hoeveel neurone teenwoordig is nie; en dis nie groter diere wat langer lewe nie, maar diegene met meer neurone in hul korteks.

Ek glo dat om uit te vind wat die bloedtoevoer na die brein bepaal, noodsaaklik is om te verstaan ​​hoe breine werk in gesondheid en siekte. Dit is soos hoe stede moet uitvind of die huidige elektriese netwerk genoeg sal wees om 'n toekomstige bevolkingstoename te ondersteun. Breine, soos stede, werk net as hulle genoeg energie het.


innerself teken grafiese in


Hulpbronne soos snelweë of riviere

Maar hoe kan ek toets of bloedvloei na die brein werklik op aanvraag gebaseer is? My vrieskaste was vol bewaarde, dooie breine. Hoe bestudeer jy energieverbruik in 'n brein wat nie meer energie gebruik nie?

Gelukkig laat die brein bewyse agter van sy energieverbruik deur die patroon van die vate wat bloed daardeur versprei. Ek het gedink ek kan kyk na die digtheid van kapillêre – die dun, eenselwye vate wat gasse, glukose en metaboliete tussen brein en bloed oordra. Hierdie kapillêre netwerke sou in die breine in my vrieskaste bewaar word.

'n Aanvraaggebaseerde brein behoort vergelykbaar te wees met 'n padstelsel. As arteries en are die belangrikste snelweë is wat goedere na die dorp van spesifieke dele van die brein vervoer, is kapillêre soortgelyk aan die buurtstrate wat eintlik goedere aan hul finale gebruikers lewer: individuele neurone en die selle wat daarmee saamwerk. Strate en snelweë word op aanvraag gebou, en 'n padkaart wys hoe 'n vraaggebaseerde stelsel lyk: Paaie is dikwels gekonsentreer in dele van die land waar daar meer mense is – die energie-slurpende eenhede van die samelewing.

Daarteenoor behoort 'n aanbod-beperkte brein soos die rivierbeddings van 'n land te lyk, wat nie minder kan omgee oor waar mense geleë is nie. Water sal vloei waar dit kan, en stede moet net aanpas en klaarkom met wat hulle kan kry. Die kans is goed dat stede in die omgewing van die hoofslagare sal vorm – maar by gebrek aan groot, doelgerigte hermodellering word hul groei en aktiwiteite beperk deur hoeveel water beskikbaar is.

Sou ek vind dat kapillêre in dele van die brein met meer neurone gekonsentreer is en kwansuis meer energie benodig, soos strate en snelweë wat op 'n vraaggebaseerde manier gebou is? Of sou ek vind dat hulle meer soos spruite en strome is wat die land deurdring waar hulle kan, onbewus van waar die meeste mense is, op 'n aanbodgedrewe wyse?

Wat ek gevind het, was duidelike bewyse vir laasgenoemde. Vir albei muise en rotte, maak kapillêre digtheid 'n skamele 2% tot 4% van breinvolume uit, ongeag hoeveel neurone of sinapse teenwoordig is. Bloed vloei in die brein soos water riviere af: waar dit kan, nie waar dit nodig is nie.

As bloed vloei ongeag die behoefte, impliseer dit dat die brein eintlik bloed gebruik soos dit voorsien word. Ons het gevind dat die klein variasies in kapillêre digtheid oor verskillende dele van dooie rotbreine perfek ooreenstem met die tempo van bloedvloei en energieverbruik in dieselfde dele van ander lewende rotbreine wat navorsers 15 jaar tevore gemeet het.

Oplossing van bloedvloei en energievraag

Kan die spesifieke digtheid van kapillêre in elke deel van die brein so beperkend wees dat dit bepaal hoeveel energie daardie deel gebruik? En sou dit van toepassing wees op die brein as geheel?

Ek het met my kollega saamgewerk Doug Rothman om hierdie vrae te beantwoord. Saam het ons ontdek dat nie net beide menslike en rotbreine doen wat hulle kan met die bloed wat hulle kry nie en dat dit gewoonlik teen ongeveer 85% kapasiteit werk, maar die algehele breinaktiwiteit is inderdaad gedikteer deur kapillêre digtheid, alles anders gelyk.

Die rede waarom slegs 40% van die suurstof wat aan die brein voorsien word, eintlik gebruik word, is omdat dit die maksimum hoeveelheid is wat uitgeruil kan word soos bloed verbyvloei – soos werkers wat items op 'n monteerlyn probeer optel wat te vinnig gaan. Plaaslike arteries kan meer bloed aan neurone lewer as hulle effens meer suurstof begin gebruik, maar dit kom ten koste van die herleiding van bloed van ander dele van die brein. Aangesien gaswisseling reeds byna volle kapasiteit was om mee te begin, lyk dit of die fraksie van suurstofonttrekking selfs daal met 'n effense toename in lewering.

Van ver af lyk energiegebruik in die brein dalk vraaggebaseerd – maar dit is werklik aanbodbeperk.

Bloedtoevoer beïnvloed breinaktiwiteit

So hoekom maak enige van hierdie saak?

Ons bevindinge bied 'n moontlike verduideliking waarom die brein nie werklik kan multitask nie – wissel net vinnig tussen fokus. Omdat bloedvloei na die hele brein streng gereguleer word en in wese konstant bly deur die dag terwyl jy tussen aktiwiteite afwissel, dui ons navorsing daarop dat enige deel van die brein wat 'n toename in aktiwiteit ervaar - omdat jy begin wiskunde doen of 'n liedjie speel, vir byvoorbeeld – kan net effens meer bloedvloei kry ten koste daarvan om bloedvloei van ander dele van die brein af te lei. Dus, die onvermoë om twee dinge op dieselfde tyd te doen kan sy oorsprong hê in bloedvloei na die brein wat aanbodbeperk is, nie vraaggegrond nie.

talle breinskanderings
’n Beter begrip van hoe die brein werk, kan insigte in menslike gedrag en siektes bied.
Peter Dazeley / The Image Bank via Getty Images

Ons bevindinge bied ook insig in veroudering. As neurone moet klaarkom met die energie wat hulle uit 'n meestal konstante bloedtoevoer kan kry, dan sal die dele van die brein met die hoogste digthede van neurone die eerste wees wat aangetas word wanneer daar 'n tekort is - net soos die grootste stede voel die pyn van 'n droogte voor kleineres.

In die korteks is die dele met die hoogste neurondigthede is die hippokampus en entorhinale korteks. Hierdie areas is betrokke by korttermyngeheue en die eerste om te ly in veroudering. Meer navorsing is nodig om te toets of die dele van die brein wat die kwesbaarste is vir veroudering en siektes diegene is met die grootste aantal neurone wat saamgepak is en om 'n beperkte bloedtoevoer meeding.

As dit waar is dat kapillêre, soos neurone, hou 'n leeftyd by mense soos in laboratoriummuise, dan kan hulle 'n groter rol in breingesondheid speel as wat verwag is. Om seker te maak dat jou breinneurone gesond bly op ouderdom, kan dit 'n goeie weddenskap wees om die kapillêre te versorg wat hulle van bloed voorsien. Die goeie nuus is dat daar twee bewese maniere is om dit te doen: a gesonde dieet en oefen, wat nooit te laat is om te begin nie.

Die gesprek

Oor die skrywer

Suzana Herculano-Houzel, Medeprofessor in sielkunde, Vanderbilt Universiteit

Hierdie artikel is gepubliseer vanaf Die gesprek onder 'n Creative Commons lisensie. Lees die oorspronklike artikel.

Verwante Boeke:

Die liggaam hou die telling: brein gees en liggaam in die genesing van trauma

deur Bessel van der Kolk

Hierdie boek ondersoek die verbande tussen trauma en fisiese en geestelike gesondheid, en bied insigte en strategieë vir genesing en herstel.

Klik vir meer inligting of om te bestel

Asem: Die nuwe wetenskap van 'n verlore kuns

deur James Nestor

Hierdie boek verken die wetenskap en praktyk van asemhaling, en bied insigte en tegnieke vir die verbetering van fisiese en geestelike gesondheid.

Klik vir meer inligting of om te bestel

Die plantparadoks: die verborge gevare in "gesonde" kosse wat siektes en gewigstoename veroorsaak

deur Steven R. Gundry

Hierdie boek ondersoek die verbande tussen dieet, gesondheid en siekte, en bied insigte en strategieë vir die verbetering van algehele gesondheid en welstand.

Klik vir meer inligting of om te bestel

Die immuniteitskode: die nuwe paradigma vir werklike gesondheid en radikale anti-veroudering

deur Joel Greene

Hierdie boek bied 'n nuwe perspektief op gesondheid en immuniteit, met die beginsels van epigenetika en bied insigte en strategieë vir die optimalisering van gesondheid en veroudering.

Klik vir meer inligting of om te bestel

Die volledige gids tot vas: genees jou liggaam deur intermitterende, alternatiewe dag en verlengde vas

deur Dr Jason Fung en Jimmy Moore

Hierdie boek verken die wetenskap en praktyk van vas en bied insigte en strategieë vir die verbetering van algehele gesondheid en welstand.

Klik vir meer inligting of om te bestel