科学探索|最新研究揭晓为什么大脑需要消耗许多能量
北京时间12月14日消息 , 据国外媒体报道 , 目前 , 最新研究表明 , 大脑可能是人体“消耗能量最高”的器官 , 大脑可能持续流失能量 , 所消耗能量占人体消耗总能量的20% 。研究人员称 , 一种叫做囊泡的小囊结构在脑细胞之间传输信息的时候 , 可能不断地消耗人体能量 , 该能量消耗很可能是大脑的一种权衡作用 , 有利于随时激活脑细胞 。
最新研究:大脑起搏器或可消除抑郁症症状
这项最新研究报告发表在12月3日出版的《科学进展杂志》上 。
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该研究报告第一作者蒂莫西·瑞安(Timothy Ryan)说:“大脑被认为是人体‘消耗能量最高’的器官 。”据悉 , 他是美国纽约市威尔康奈尔医学院一位生物化学教授 。
此前科学家认为这种能量消耗与大脑处于电活动状态有关 , 这意味着脑细胞或者神经元不断发出电信号进行交流 , 该过程会燃烧大量能量分子 , 即5‘-三磷酸腺苷(ATP) 。
瑞安指出 , 在过去几十年里 , 相关临床研究表明 , 处于植物人或者昏迷状态的大脑(该状态下意味着非常少的脑电活动)仍然消耗大量能量 。因此 , 神经学家们面临着一个难题:为什么脑电活动无法耗尽大脑中所有能量 , 这是怎么回事呢?
流失能量的囊泡
近年来 , 蒂莫西和研究同事一直在研究大脑中被称为突触的连接点 , 突触神经元通过释放充满叫做神经递质的囊泡 , 进行突触神经元之间接触和交流 。
之前他们发现活跃的突触会消耗大量能量 , 但在一项最新研究中 , 他们在实验室培养皿中用毒素灭活老鼠神经元突触 , 然后测量突触内5‘-三磷酸腺苷水平 , 研究人员结果发现 , 即使神经元不被激活 , 突触也会消耗许多能量 。
【科学探索|最新研究揭晓为什么大脑需要消耗许多能量】为了寻找其中的原因 , 他们破坏了囊泡表面各种不同的泵状结构 , 这些囊泡负责运输和移除神经递质和其他分子 , 因此该操作就相当于剥夺了突触的动力 , 随后他们使用荧光显微镜对突触成像 , 并计算突触燃烧了多少5‘-三磷酸腺苷 。
他们发现一种“质子泵” , 其负责维持突触的剩余能量 , 大约是所有能量的44% , 当他们进一步深入研究时 , 发现质子泵必须持续工作 , 并燃烧5‘-三磷酸腺苷 , 因为囊泡一直在流失质子泵 。
惰性突触通过预先填充神经递质 , 随时准备激活这些囊泡 , 研究人员是在囊泡表面泵结构的帮助下做到这一点 , 这种类型的泵结构被称为转运蛋白 , 能够改变形状将神经递质运送到囊泡中 , 作为交换 , 它们从囊泡内捕获质子 , 改变其形状并将质子从囊泡中排出 。为了使该过程有效 , 囊泡内部的质子浓度必须比周围环境更高 。
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