Осознанное поведение поддерживается высоким общим энергопотреблением мозга, а не работой каких то определенных его долей, считают ученые.
Факторы, определяющие осознанность поведения людей и животных до сих пор оставались загадочными. Осознанность в поведении, в самом простом понимании, определяется как способность осмысленно реагировать на внешние раздражители. Многие научные группы в сериях экспериментов по запоминанию или решению каких либо умственных задач уже довольно продолжительное время пытаются выявить ключевые доли головного мозга, активность которых отвечает за осмысленный отклик на внешние стимулы.
Все эти попытки, как с участием подопытных животных, так и добровольцев из числа людей, не принесли сколько-нибудь значимого результата. Оказалось, что в проявлении осмысленной реакции на внешние раздражители может быть задействовано сразу большое количество отделов мозга. При этом увеличение их активности, в сравнении с фоновой активностью головного мозга, незначительно - оно составляет едва ли 1% от всей энергии, которую потребляет головной мозг.
"Поэтому до сих пор исследователи, использовавшие функциональную магнитно-резонансную томографию для изучения состояния осознанности поведения, смотрели лишь на верхушку айсберга. Мы же попытались разглядеть остальное", - сказал профессор Роберт Шульман (Robert Shulman) из Йельского университета, ведущий автор публикации, слова которого приводит пресс-служба университета.
Шульман и его коллеги предположили, что 99% энергии, которую потребляет головной мозг необходима этому органу именно на постоянное поддержание состояния осознанности поведения, которое складывается именно из своевременного включения в решение тех или иных интеллектуальных задач всех областей головного мозга. Свои догадки группа ученых подкрепила наблюдением за людьми, находящимся под воздействием сильных обезболивающих средств, побочным эффектом которых является затуманенный рассудок.
В своих экспериментах на крысах ученые использовали две группы животных, одна из которых подверглась легкой анестезии, а вторая испытывала очень сильное анестезирующее воздействие. При этом легкие удары по лапам первой группы подопытных животных приводили к заметной активизации всех отделов сенсорной коры головного мозга и многих других его участков, тогда как аналогичное стимулирование крыс второй группы приводило только к возбуждению отделов сенсорной коры.
При этом уровень фонового шума, определяющийся фоновой активностью головного мозга и, соответственно, объемами энергии, потребляемой мозгом, у крыс, подверженных мощной анестезии был почти в два раза ниже, чем у второй группы. "Поэтому мы считаем, что способность проявлять осознанное поведение является не столько свойством мозга, сколько свойством конкретного человека или животного, обладающего этим мозгом", - подытожил Шульман.
МИХАИЛ ЛЯЛИН
специалист
Мозг человека даже в состоянии относительного покоя и сна потребляет необычайно много энергии - в 16 раз больше, чем мышечная ткань (в пересчете на единицу массы).
Мозг, имея массу не более 1,5-2% от массы тела, потребляет 25% всей энергии. При этом одной из самых энергозатратных операций является концентрация внимания. Человек не в состоянии удержать внимание на неизменно высоком уровне более 20-25 минут, потому что за это время мозг «съест» столько глюкозы, сколько не съел бы и за день относительного покоя. Так что задания на внимание и реакцию, да еще и в ситуации цейтнота, способны выжать всю энергию, - рассказал РБК daily кандидат биологических наук сотрудник Института нейрохирургии РАМН Игорь Лалаянц.
Снижается же потребность в энергии лишь во время сна, т.к. возрастает синхронизация левого и правого полушарий и мозгу не приходится тратить энергию на «согласование» их работы. Также нейроны снижают энергопотребление с возрастом, из-за чего замедляется синтез белковых молекул и, как следствие, ухудшается способность к запоминанию. У взрослого человека доля мозгового метаболизма от общих энергетических потребностей организма составляет 9% во время сна и 20-25% во время напряженного интеллектуального труда, что значительно больше, чем у других приматов (8-10%), не говоря уже о прочих млекопитающих (3-5%).
Так, только на поддержание необходимых жизненных функций, передачу нервных сигналов и воспроизведение элементарных операций мозг человека в среднем нуждается примерно в 400-500 ккал.
По самым скромным оценкам, энергетические затраты мозга в активном состоянии возрастают более чем в два раза. «Больше всего энергии потребляет тот участок мозга, который сильнее всего напрягается. Поэтому при решении многосоставных тестов и головоломок, где поочередно задействованы все типы мышления, потребление энергии резко возрастает.
Больше калорий придется потратить и на непривычные задания. Так, если заставить гуманитария решать задачку по геометрии, энергозатраты его мозга сильно возрастут. Однако довести себя умственными упражнениями до степени физического истощения может далеко не каждый. Как правило, такой реакцией на умственную работу обладают ученые, математики, шахматисты, - пояснил кандидат биологических наук старший научный сотрудник Института биологии развития РАН Александр Ревищин.
Кроме того, интеллектуальная работа непременно сопровождается активизацией нервной системы и под влиянием эмоциональных переживаний энергетические затраты увеличиваются на 10-20%. А непривычно большие интеллектуальные нагрузки вкупе со стрессом, сопровождающим любой экзамен или тестирование, по данным РАМН, повышают энергозатраты организма на все 30-40%.
Так, ученые из НИИ нормальной физиологии имени П. К. Анохина РАМН рассчитали энергозатраты 75 студентов за несколько дней до экзамена и непосредственно во время тестирования. Оказалось, что потребность в калориях повышалась по мере приближения экзаменов, и если за трое суток до дня „Х“ студент тратил сверх основного обмена примерно 750 ккал, то в день экзамена - 1000-1100 ккал.
Нет, пожалуй, во вселенной более сложной штуки, чем человеческий мозг. Он регулирует работу всех органов, отвечает за равновесие, позволяет обдумывать разные приходящие в него мысли, а порой способен создавать прекрасное, и оно превращается в материальные предметы. Правда, и на ужасное он способен, но все равно спасибо Создателю за то, что он у нас есть! Пусть и не у всех он работает одинаково исправно. Чтобы оценить это важнейшее устройство, которым снабжен от рожденья каждый человек, достаточно немножко поразмыслить над самыми простыми параметрами, подлежащими количественной оценке. Их долгое время собирали ученые: медики, физики, химики и специалисты по другим точным наукам. Интересно, что при этом они сами пользовались предметом своих исследований. Некоторые факты просто потрясают.
Масса и энергопотребление
Мозг потребляет меньше энергии, чем лампочка холодильника света - всего 12 Ватт, что составляет 17 % всей потребляемой человеческим телом энергии.
Вес мозга в среднем составляет около 1.36 кг.
Мозг состоит приблизительно на три четверти из воды.
Мозг растет до достижения человеком восемнадцатилетнего возраста.
Мозг потребляет пятую часть всего необходимого организму кислорода.
Исследования показывают, что умственная активность во время сна выше, чем во время бодрствования.
Мозг может жить 4-6 минут без кислорода, затем начинает умирать. Если человека спасти в течение 5-10 минут, наступают необратимые повреждения психики.
Психология
В мозге есть центр юмора. Иногда пациенты с повреждением лобных долей теряют способность понимать шутки.
Человек не может слышать телефонные разговоры в шумных помещениях - мозг не в состоянии отличить фоновый шум от голоса абонента.
Зевота действительно взбадривает, во время нее в легкие поступает больше воздуха, и повышается содержание кислорода в крови, а она, в свою очередь питает им мозг.
Способность запоминать мелодии раздражающих песен обусловлена необходимостью наших древних пращуров ориентироваться во времени суток. Утренние звуки всегда отличались от дневных и ночных. Очевидно, с тех пор назойливые шлягеры «застревают» в мозге.
Частая смена часовых поясов может привести к повреждению памяти. Гормоны стресса, выделяющиеся во время нарушения привычного распорядка дня, могут повредить ткани височной доли головного мозга.
При нахождении на больших высотах люди порой видят странные вещи. Кислородное голодание, скорее всего, конфликтует с визуальными и эмоциональными процессами мозга.
Компьютерные игры-«стрелялки» развивают способности к решению нескольких задач одновременно (хоть какая-то польза!). Игрок вынужден разделять внимание на нескольких «врагов».
Невозможно пощекотать самого себя. Мозг в этом случае автоматически притупляет ожидаемые ощущения.
Солнечный свет заставляет нас чихать. Скрещенные каналы в мозговом стволе посылают сигналы от зрения к носу.
Чрезмерное напряжение изменяет клетки мозга, его структуру и функциональные возможности.
Чтение вслух и частые разговоры с ребенком способствуют развитию его мозга.
За год, проходящий с момента рождения, мозг ребенка увеличивается втрое.
Человеческий мозг самый жирный орган человеческого организма.
сайт - Человек привык пользоваться «услугами» своего мозга , не обращая внимания на сложность этого «объекта», до его первых сбоев.
Итак, мозг. Его рецепт предельно прост: это 78% воды, 15% жира, а остальное - белки, гидрат калия и соль. Однако в нашей Вселенной нет ничего более сложного из того, что мы знаем и что сопоставимо с мозгом вообще.
Мозг составляет всего 2% тела, но потребляет 17% энергии тела и 20% кислорода. Половина наших генов описывает комплексную структуру мозга, в то время, как вторая половина описывает организацию остальных 95% тела.
Количество энергии, которую потребляет мозг - всего 10 Ватт. Лучшие из умов во время активной мыслительной деятельности потребляют, к примеру, 30 Ватт, в то время как суперкомпьютеру нужны мегаватты. Суперкомпьютеры потребляют энергию, сравнимую с электрификацией небольшого города. За один день мозг человека генерирует больше электрических импульсов, чем все телефонные системы мира.
В 2014 году все компьютеры мира сравнялись по производительности с одним человеческим мозгом. А в 2015 году четвертый по мощности суперкомпьютер в мире в течение 40 минут сымитировал только одну секунду активности мозга человека.
Два полушария мозга функционируют одновременно. Левое полушарие отвечает за аналитические и математические способности, правая - за мыслительные, творческие, визуальные. Правое обеспечивает работу левой половины тела, левое - правой.
Память мозга может вместить число байт, выражающееся числом с 8432 нулями. По приблизительным оценкам ученых, это около 1000 терабайт. Для сравнения: Национальный британский архив, в котором хранится история последних девяти веков, занимает всего 70 терабайт.
В нашем мозгу 100.000 километров кровеносных сосудов. Мозг также состоит из 100 миллиардов нейронов - столько звезд в нашей галактике. Он включает в себя более 100 триллионов нейронных связей (синапсов).
Новые нейронные связи в мозгу формируются каждый раз, когда происходит процесс запоминания. То есть, когда человек познает что-то новое, структура мозга меняется.
Размер и масса мозга не влияют на интеллектуальные способности человека. Например, мозг Эйнштейна весил 1 кг 230 гр, что меньше, чем средний вес мозга человека - 1 кг 400 гр.
Мужской мозг на 10 процентов больше женского, однако, в женском головном мозге находятся больше нервных клеток и связей, что обеспечивает его большую эффективность и скорость. В среднем, женщины перерабатывают информацию более эмоционально, задействуя правое полушарие, а мужчины - левую «логическую» часть мозга.
При пробуждении мозг создает электрическое поле в 23 ватта, что является достаточным, чтобы зажечь лампочку.
Ночью мозг не прекращает свою работу во время сна, наоборот он с большей активностью обрабатывает всю поступившую за день информацию. Ученым пока не понятно, что происходит с ним во время сна. Согласно одной теории, во сне информация обрабатывается, согласно другой - обнуляется.
Еще один интересный факт — мозг не чувствует боли, так как в нем отсутствуют болевые рецепторы. Когда «болит голова» — боль ощущает не сам мозг, а прилегающие к нему ткани.
Развитие мозга не останавливается с возрастом. Однако для поддержания его трудоспособности необходимо постоянно его тренировать интеллектуальными нагрузками.
В материалах рубрики использованы сообщения следующих изданий: «New Scientist», «Economist» и «Fortean Times» (Англия), «Bild der Wissenschaft» и «Na-tur und Kosmos» (Германия), «Discover», «Psychology Today», «Skeptical Inquirer» и «Wired» (США), «Qa m"interesse», «Le Journal du CNRS», «La Recherche», «Science et Vie» и «Science et Vie Junior» (Франция), а также сообщения агентств печати и информация из Интернета.
Какой из наших органов потребляет больше всего энерги и? Это не сердце, биение которого не прекращается ни днем, ни ночью. Это мозг — он берёт около 20% энерги и, потребляемой организмом человека, хотя составляет только 2% от общего веса тела. Из потребляемого, как считают сейчас физиологи, 60—80% тратятся на обмен информацией между нейрон ами, а также между нейрон ами и астроцитами — звёздчатыми клетками, которые ещё недавно считались вспомогательными элементами, доставляющими нейрон ам пищу и опору. Их в десять раз больше, чем нейрон ов, и года два назад нейрофизиологам удалось доказать, что они участвуют в обработке и передаче информации.
Но появившиеся сравнительно недавно высокосовершенные приборы — позитронно-эмиссионные томографы и томографы на эффекте ядерно-магнитного резонанса позволили непосредственно видеть функционирование мозга на экране монитора. Собственно, томограф показывает, как распределяется и усиливается поток крови в разных частях мозга при работе его над различными задачами. Усиленная работа того или иного участка требует увеличенного поступления кислорода, и для этого растёт объём местного потока крови. Обычно увеличение составляет 5—10% от нормы. Бывает, что связанный с таким увеличением кровотока рост потребления энерги и мозгом ограничивается всего одним процентом по сравнению с потреблением в покое. Так что на возникающий иногда вопрос: «Нуждается ли в усиленном питании ученик, решающий сложные математические задачи?» следует ответить: «Ну разве что лишнюю шоколадку можно выдать страдальцу».
Выходит, большую часть потребляемой энерги и мозг тратит неизвестно на что. Может быть, он постоянно обрабатывает какую-то поступающую извне информацию, которая не осознаётся человеком? Или энерги я идет на какие-то внутренние процессы, не зависящие от окружающего мира? Похоже, второй вариант ближе к истине. Так, в 1994 году американские физиологи показали, что лишь 10% связей между нейрон ами в зрительной коре обезьян (где, по идее, обрабатывается информация от глаз) задействованы для восприятия зрительных стимулов. Чем заняты остальные 90% — неизвестно. Причём у макак активность коры мозга остаётся даже под общей анестезией. А недавно бельгийские исследователи с помощью позитронно-эмиссионного томографа обнаружили, что активность зрительной коры у слепых от рождения не ниже, чем у зрячих.
По одной из гипотез , мозг постоянно находится в динамическом равновесии, балансируя между возбуждением и торможением. Вот на это и уходит львиная доля потребляемой энерги и — на поддержание системы в рабочем состоянии, в постоянной готовности. По другой гипотез е, мозг всё время занят прогно зированием ближайшего будущего с учётом прошлого опыта, для чего перерабатывает большие массивы информации. Особенно интригует исследователей тот факт, что эта загадочная активность мозга неравномерна, в ней есть приливы и отливы, хотя внешне в поведении отдыхающего человека или животного ничего не меняется.
Итак, мы ещё не знаем, чем занят мозг, когда он вроде бы ничем не занят.