Kan oksijeni ve hayati besinleri beyne taşır. Getty Images aracılığıyla Bay Suphachai Praserdumrongchai/iStock
Sinirbilimciler uzun süredir nöronlar daha aktif hale geldiklerinde daha fazla enerji talep eden açgözlü, aç birimlerdir ve dolaşım sistemi, aktivitelerini beslemek için ihtiyaç duydukları kadar kan sağlayarak buna uyum sağlar. Gerçekten de, bir göreve yanıt olarak nöronal aktivite arttıkça, beynin o bölgesine giden kan akışı, enerji kullanım oranından bile daha fazla artarak fazlalığa neden olur. Bu artışın ortak temeli işlevsel görüntüleme teknolojisi beyin aktivitesinin renkli haritalarını oluşturur.
Bilim adamları, kan akışındaki ve enerji talebindeki bu bariz uyumsuzluğu, beyne giden kanın yetersiz olmadığının kanıtı olarak yorumlardı. Sınırsız tedarik fikri şu gözleme dayanıyordu: Oksijenin sadece yaklaşık %40'ı Beynin her bir bölümüne iletilir ve bu yüzde aslında beynin bölümleri daha aktif hale geldikçe düşer. Evrim açısından mantıklı görünüyordu: Beyin, kan akışındaki bu ihtiyaçtan hızlı artışı, her zaman yeterli oksijen iletimini garanti eden bir güvenlik özelliği olarak geliştirmiş olmalıydı.
Ancak beyindeki kan dağılımı gerçekten talebe dayalı bir sistemi destekliyor mu? Ben de bir sinirbilimci olarak, Daha önce beyinler hakkındaki en temel gerçeklerle ilgili bir dizi başka varsayımı incelemiş ve bunların işe yaramadığını bulmuştum. Birkaç isim vermek gerekirse: İnsan beyni 100 milyar nöron yokyapmalarına rağmen en kortikal nöronlara sahip herhangi bir türden; the serebral korteksin katlanma derecesi kaç tane nöron olduğunu göstermez; ve daha uzun yaşayanlar daha büyük hayvanlar değil, kortekslerinde daha fazla nöron bulunanlar.
Beyne giden kan akışını neyin belirlediğini bulmanın, beynin sağlıkta ve hastalıkta nasıl çalıştığını anlamak için gerekli olduğuna inanıyorum. Bu, şehirlerin mevcut elektrik şebekesinin gelecekteki nüfus artışını desteklemek için yeterli olup olmayacağını nasıl anlaması gerektiği gibi. Beyinler, tıpkı şehirler gibi, yalnızca yeterli enerjiye sahip olduklarında çalışırlar.
Otoyollar veya nehirler gibi kaynaklar
Ancak beyne giden kan akışının gerçekten talebe dayalı olup olmadığını nasıl test edebilirim? Dondurucularım, korunmuş, ölü beyinlerle doluydu. Artık enerji kullanmayan bir beyinde enerji kullanımını nasıl inceliyorsunuz?
Neyse ki, beyin, kanı içinde dağıtan damarların düzeni aracılığıyla enerji kullanımına dair kanıtları geride bırakır. bakabileceğimi düşündüm kılcal damarların yoğunluğu - beyin ve kan arasında gazları, glikozu ve metabolitleri aktaran ince, tek hücreli geniş damarlar. Bu kılcal ağlar, dondurucularımdaki beyinlerde korunacaktı.
Talebe dayalı bir beyin, bir yol sistemiyle karşılaştırılabilir olmalıdır. Arterler ve damarlar, malları beynin belirli bölümlerinin kasabasına taşıyan ana otoyollar ise, kılcal damarlar, malları fiilen son kullanıcılarına ulaştıran mahalle sokaklarına benzer: bireysel nöronlar ve onlarla çalışan hücreler. Caddeler ve otoyollar talep üzerine inşa edilir ve bir yol haritası talebe dayalı bir sistemin nasıl olduğunu gösterir: Yollar genellikle ülkenin daha fazla insanın, yani toplumun enerji tüketen birimlerinin bulunduğu bölgelerinde yoğunlaşır.
Buna karşılık, arzı sınırlı bir beyin, insanların nerede olduğunu umursamayan bir ülkenin nehir yatakları gibi görünmelidir. Su alabildiği her yere akacak ve şehirlerin sadece ayarlamaları ve alabildikleriyle yetinmeleri gerekiyor. Muhtemelen, şehirler ana arterlerin çevresinde oluşacaktır - ancak büyük, amaca yönelik yeniden yapılanma olmadığında, büyümeleri ve faaliyetleri mevcut olan su miktarıyla sınırlıdır.
Kılcal damarların, talebe dayalı olarak inşa edilen sokaklar ve otoyollar gibi beynin daha fazla nöron içeren bölümlerinde yoğunlaştığını ve sözde daha fazla enerji gerektirdiğini fark eder miydim? Yoksa onların daha çok, arz odaklı bir şekilde, çoğu insanın nerede olduğundan habersiz, yapabildikleri yerde toprağa nüfuz eden dereler ve akarsular gibi olduklarını mı bulurdum?
Bulduğum şey, ikincisi için açık bir kanıttı. İçin her iki fare ve sıçanlar, kılcal damar yoğunluğu, kaç tane nöron veya sinaps bulunduğuna bakılmaksızın beyin hacminin yetersiz bir şekilde %2 ila %4'ünü oluşturur. Kan beyinde nehirlerden aşağı akan su gibi akar: gerektiği yerde değil, alabildiği yerde.
Kan, ihtiyaçtan bağımsız olarak akıyorsa, bu, beynin gerçekten tedarik edildiği gibi kanı kullandığı anlamına gelir. Ölü fare beyinlerinin farklı bölümlerindeki kılcal damar yoğunluğundaki küçük farklılıkların, araştırmacıların 15 yıl önce ölçtüğü diğer canlı fare beyinlerinin aynı bölümlerindeki kan akışı ve enerji kullanımı oranlarıyla mükemmel bir şekilde eşleştiğini bulduk.
Kan akışını ve enerji talebini çözme
Beynin her bir bölümündeki kılcal damarların özgül yoğunluğu, o bölümün ne kadar enerji kullanacağını belirleyecek kadar sınırlayıcı olabilir mi? Ve bu bir bütün olarak beyin için geçerli olur mu?
meslektaşımla ortak oldum Doug Rothman Bu soruları cevaplamak için. Birlikte, hem insan hem de fare beyinlerinin aldıkları kanla yapabileceklerini yapmakla kalmayıp tipik olarak yaklaşık %85 kapasiteyle çalıştıklarını, aynı zamanda genel beyin aktivitesinin gerçekten de olduğunu keşfettik. kılcal yoğunluk tarafından belirlenir, Her şey eşit.
Beyne sağlanan oksijenin yalnızca %40'ının gerçekten kullanılmasının nedeni, bunun, çok hızlı giden bir montaj hattındaki öğeleri almaya çalışan işçiler gibi kan akışı sırasında değiş tokuş edilebilecek maksimum miktar olmasıdır. Lokal arterler, biraz daha fazla oksijen kullanmaya başlarlarsa nöronlara daha fazla kan iletebilir, ancak bu, kanın beynin diğer bölümlerinden uzağa yönlendirilmesi pahasına gelir. Başlangıçta gaz değişimi zaten tam kapasiteye yakın olduğundan, oksijen ekstraksiyonu fraksiyonu, dağıtımda hafif bir artışla birlikte düşüyor gibi görünüyor.
Uzaktan bakıldığında, beyindeki enerji kullanımı talebe dayalı görünebilir ama aslında arzla sınırlıdır.
Kan temini beyin aktivitesini etkiler
Öyleyse bunların herhangi biri neden önemli?
Bulgularımız, beynin neden gerçekten çoklu görev yapamadığı - yalnızca odaklar arasında hızlı bir şekilde geçiş yapamadığı - için olası bir açıklama sunuyor. Tüm beyne giden kan akışı sıkı bir şekilde düzenlendiğinden ve siz etkinlikler arasında geçiş yaparken gün boyunca esasen sabit kaldığından, araştırmamız, beynin herhangi bir bölümünün etkinlikte bir artış yaşadığını gösteriyor - çünkü matematik yapmaya veya bir şarkı çalmaya başlıyorsunuz. örneğin - kan akışını beynin diğer bölümlerinden yönlendirmek pahasına sadece biraz daha fazla kan akışı elde edebilir. Böylece iki işi aynı anda yapamamak beyne giden kan akışının talebe dayalı değil arzla sınırlı olmasına bağlı olabilir.
Beynin nasıl çalıştığına dair daha iyi bir anlayış, insan davranışları ve hastalıkları hakkında fikir verebilir. Peter Dazeley / Getty Images aracılığıyla Görüntü Bankası
Bulgularımız aynı zamanda yaşlanma hakkında fikir veriyor. Nöronlar, çoğunlukla sabit bir kan kaynağından alabilecekleri enerjiyle yetinmek zorundaysa, o zaman beynin en yüksek nöron yoğunluğuna sahip bölümleri, bir kıtlık olduğunda ilk etkilenenler olacaktır - tıpkı en büyük şehirlerin hissettiği gibi daha küçük olanlardan önceki bir kuraklığın acısı.
Kortekste, en yüksek nöron yoğunlukları hipokampus ve entorhinal kortekstir. Bu alanlar kısa süreli bellekte yer alır ve yaşlanmada ilk acı çeken. Beynin yaşlanmaya ve hastalığa karşı en savunmasız bölümlerinin, sınırlı bir kan kaynağı için rekabet eden ve en fazla nöron sayısına sahip olan bölümleri olup olmadığını test etmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.
Eğer kılcal damarların nöronlar gibi olduğu doğruysa, Bir ömür boyu insanlarda laboratuvar farelerinde olduğu gibi, beyin sağlığında beklenenden daha büyük bir rol oynayabilirler. Beyin nöronlarınızın yaşlılıkta sağlıklı kalmasını sağlamak için, onları kanla besleyen kılcal damarlara dikkat etmek iyi bir bahis olabilir. İyi haber şu ki, bunu yapmanın kanıtlanmış iki yolu var: sağlıklı beslenme ve egzersiz, başlamak için asla geç değildir.
Yazar Hakkında
Suzana Herculano-Houzel, Psikoloji Doçenti, Vanderbilt Üniversitesi
Bu makale şu adresten yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak Orijinal makale.
İlgili Kitaplar:
Beden Skoru Tutar: Travmanın İyileşmesinde Beyin Zihin ve Beden
ile Bessel van der Kolk
Bu kitap, travma ile fiziksel ve zihinsel sağlık arasındaki bağlantıları araştırıyor, iyileşme ve iyileşme için içgörüler ve stratejiler sunuyor.
Daha fazla bilgi veya sipariş için tıklayın
Nefes: Kayıp Bir Sanatın Yeni Bilimi
James Nestor tarafından
Bu kitap, nefes alma bilimini ve pratiğini araştırıyor, fiziksel ve zihinsel sağlığı iyileştirmek için içgörüler ve teknikler sunuyor.
Daha fazla bilgi veya sipariş için tıklayın
Bitki Paradoksu: Hastalığa ve Kilo Almaya Neden Olan "Sağlıklı" Besinlerdeki Gizli Tehlikeler
Steven R. Gundry tarafından
Bu kitap diyet, sağlık ve hastalık arasındaki bağlantıları araştırıyor ve genel sağlık ve sıhhati iyileştirmek için içgörüler ve stratejiler sunuyor.
Daha fazla bilgi veya sipariş için tıklayın
Bağışıklık Kodu: Gerçek Sağlık ve Radikal Yaşlanma Karşıtı için Yeni Paradigma
kaydeden Joel Greene
Bu kitap, epigenetik ilkelerinden yararlanarak ve sağlık ve yaşlanmayı optimize etmek için içgörüler ve stratejiler sunarak sağlık ve bağışıklığa yeni bir bakış açısı sunuyor.
Daha fazla bilgi veya sipariş için tıklayın
Eksiksiz Oruç Rehberi: Aralıklı, Alternatif Gün ve Uzun Süreli Oruçla Vücudunuzu İyileştirin
Jason Fung ve Jimmy Moore tarafından
Bu kitap, genel sağlık ve sıhhati iyileştirmek için içgörüler ve stratejiler sunarak oruç bilimini ve uygulamasını araştırıyor.
