A vér oxigént és létfontosságú tápanyagokat szállít az agyba. Mr. Suphachai Praserdumrongchai/iStock a Getty Images segítségével
Az idegtudósok régóta feltételezik hogy a neuronok mohó, éhes egységek, amelyek több energiát igényelnek, amikor aktívabbá válnak, és a keringési rendszer megfelel azáltal, hogy annyi vért biztosít, amennyire tevékenységük táplálására van szükség. Valójában, ahogy a neuronális aktivitás növekszik egy feladatra válaszul, az agy ezen részének véráramlása még jobban megnő, mint az energiafelhasználás mértéke, ami többlethez vezet. Ez a növekedés a közös alapja funkcionális képalkotó technológia amely színes térképeket készít az agyi tevékenységről.
A tudósok úgy értelmezték ezt a látszólagos eltérést a véráramlásban és az energiaigényben, mint annak bizonyítékát, hogy nincs hiány az agy vérellátásában. A korlátlan kínálat ötlete azon a megfigyelésen alapult, hogy az oxigénnek csak körülbelül 40%-a az agy minden részébe juttatott mennyiséget használják fel – és ez a százalék valójában csökken, ahogy az agy egyes részei aktívabbá válnak. Evolúciós szempontból logikusnak tűnt: az agy a szükségesnél gyorsabban növelte volna a véráramlást, mint egy biztonsági funkciót, amely mindenkor garantálja az elegendő oxigénszállítást.
De vajon támogatja-e a véreloszlás az agyban egy keresletalapú rendszert? Mint idegtudós, Korábban számos egyéb feltételezést megvizsgáltam az agy legalapvetőbb tényeivel kapcsolatban, és megállapítottam, hogy ezek nem váltak ki. Hogy néhányat említsünk: Emberi agy nincs 100 milliárd idegsejtje, pedig megteszik rendelkezik a legtöbb kérgi neuronnal bármely faj; a az agykéreg hajtogatásának mértéke nem jelzi, hogy hány neuron van jelen; és nem a nagyobb állatok élnek tovább, hanem akiknek több idegsejtje van a kéregben.
Úgy gondolom, hogy annak kiderítése, hogy mi határozza meg az agy vérellátását, elengedhetetlen ahhoz, hogy megértsük, hogyan működik az agy egészségben és betegségekben. Ez olyan, mintha a városoknak ki kellene deríteniük, hogy a jelenlegi elektromos hálózat elegendő lesz-e a jövőbeni népességnövekedéshez. Az agyak, akárcsak a városok, csak akkor működnek, ha elegendő energiával rendelkeznek.
Erőforrások, mint autópályák vagy folyók
De hogyan tudnám tesztelni, hogy az agy véráramlása valóban igény-alapú-e? A mélyhűtőim konzervált, halott agyvel voltak tele. Hogyan lehet tanulmányozni az energiafelhasználást egy olyan agyban, amely már nem használ energiát?
Szerencsére az agy bizonyítékokat hagy maga után energiafelhasználására a vért szétosztó erek mintázatán keresztül. Arra gondoltam, hogy megnézhetem a kapillárisok sűrűsége – vékony, egysejt szélességű erek, amelyek gázokat, glükózt és metabolitokat szállítanak az agy és a vér között. Ezek a kapilláris hálózatok megmaradnának az agyakban a fagyasztómban.
A keresletalapú agynak hasonlónak kell lennie egy útrendszerhez. Ha az artériák és a vénák a főbb utak, amelyek árukat szállítanak az agy bizonyos részeinek városába, akkor a hajszálerek a szomszédos utcákhoz hasonlítanak, amelyek ténylegesen árukat szállítanak a végső felhasználókhoz: az egyes idegsejteket és a velük együttműködő sejteket. Az utcákat és autópályákat igény szerint építik, és egy útiterv mutatja meg, hogyan néz ki egy keresletalapú rendszer: Az utak gyakran az ország azon részeire koncentrálódnak, ahol több ember – a társadalom energiafaló egységei – élnek.
Ezzel szemben a kínálatban korlátozott agynak úgy kell kinéznie, mint egy ország folyó medrében, amely nem törődhet azzal, hogy hol tartózkodnak az emberek. A víz ott fog folyni, ahol tud, a városoknak pedig csak alkalmazkodniuk kell, és be kell érniük azzal, amit tudnak. Valószínű, hogy városok képződnek a fő ütőerek közelében – de jelentős, célirányos átalakítások hiányában növekedésüket és tevékenységüket korlátozza a rendelkezésre álló vízmennyiség.
Megállapítanám, hogy a kapillárisok az agy több idegsejttel rendelkező részein koncentrálódnak, és állítólag több energiát igényelnek, mint például a kereslet alapú módon megépített utcák és autópályák? Vagy úgy találnám, hogy inkább patakok és patakok, amelyek áthatják a földet, ahol csak lehet, nem veszik észre, ahol a legtöbb ember van, kínálatvezérelt módon?
Amit találtam, az egyértelmű bizonyíték az utóbbira. Mert mindkét egér és patkányok, a kapillárissűrűség az agy térfogatának csekély 2-4%-át teszi ki, függetlenül attól, hogy hány neuron vagy szinapszis van jelen. A vér úgy folyik az agyban, mint a víz a folyókon: ahol lehet, nem ott, ahol szükség van rá.
Ha a vér a szükséglettől függetlenül áramlik, ez azt jelenti, hogy az agy valójában a vért úgy használja fel, ahogyan azt szállítja. Megállapítottuk, hogy a kapillárissűrűség apró eltérései az elhullott patkányok agyának különböző részein tökéletesen megegyeztek a véráramlás és az energiafelhasználás mértékével más élő patkányagy ugyanazon részein, amelyet a kutatók 15 évvel ezelőtt mértek.
A véráramlás és az energiaigény megoldása
Lehetséges, hogy az agy egyes részeiben a kapillárisok fajlagos sűrűsége annyira korlátozza, hogy megszabja, hogy az adott rész mennyi energiát használ fel? És ez az agy egészére vonatkozna?
Együttműködtem a kollégámmal Doug Rothman válaszolni ezekre a kérdésekre. Együtt felfedeztük, hogy az emberi és a patkány agya nemcsak azt teszi, amit tud a kapott vérrel, és általában körülbelül 85%-os kapacitással dolgozik, hanem az agy általános aktivitása is a kapillárissűrűség diktálja, minden más egyenlő.
Az ok, amiért az agyba juttatott oxigénnek csak a 40%-a használódik fel, az az, hogy ez a maximális mennyiség, amely a vér áramlása során kicserélhető – például a dolgozók, akik a túl gyorsan haladó futószalagon próbálnak felvenni tárgyakat. A helyi artériák több vért tudnak eljuttatni a neuronokhoz, ha valamivel több oxigént kezdenek el használni, de ennek az az ára, hogy a vért elvezetik az agy más részeitől. Mivel a gázcsere már kezdetben közel volt a teljes kapacitáshoz, úgy tűnik, hogy az oxigénkivonás aránya még csökken is a szállítás enyhe növekedésével.
Messziről az agy energiafelhasználása keresletalapúnak tűnhet – de valójában korlátozott a kínálat.
A vérellátás befolyásolja az agyi aktivitást
Szóval miért számít mindez?
Eredményeink egy lehetséges magyarázatot kínálnak arra, hogy az agy miért nem tud igazán többfeladatot végezni – csak gyorsan váltogatja a fókuszokat. Mivel a véráramlás az egész agyban szigorúan szabályozott, és lényegében állandó marad a nap folyamán, amikor a tevékenységeket váltogatja, kutatásunk azt sugallja, hogy az agy bármely része, amely aktivitásnövekedést tapasztal – mert elkezd számolni vagy dalt játszani, példa – csak valamivel több véráramot tud elérni annak rovására, hogy eltereli a véráramlást az agy más részeiről. Így a képtelenség két dolgot egyszerre csinálni eredete abból eredhet, hogy az agyba irányuló véráramlás korlátozott, nem pedig kereslet alapú.
Peter Dazeley / The Image Bank via Getty Images
Eredményeink betekintést nyújtanak az öregedésbe is. Ha a neuronoknak be kell érniük azzal az energiával, amit többnyire állandó vérellátásból tudnak beszerezni, akkor az agy legnagyobb sűrűségű idegsejt-sűrűségű részei lesznek először érintettek, amikor hiány van – ahogy a legnagyobb városok is érzik. a szárazság fájdalma a kisebbek előtt.
A kéregben a részek a legnagyobb neuronsűrűség a hippocampus és az entorhinalis kéreg. Ezek a területek a rövid távú memória és a először szenved az öregedéstől. További kutatásokra van szükség annak tesztelésére, hogy az agy öregedéssel és betegségekkel szemben leginkább sebezhető részei-e azok, amelyekben a legtöbb neuron van összecsomagolva, és versengenek a korlátozott vérellátásért.
Ha igaz, hogy a kapillárisok, mint a neuronok, egész életen át emberekben, mint a laboratóriumi egerekben, akkor a vártnál nagyobb szerepet játszhatnak az agy egészségében. Annak érdekében, hogy agyi neuronjai idős korban is egészségesek maradjanak, érdemes gondoskodni a vérellátást biztosító kapillárisokról. A jó hír az, hogy ennek két bevált módja van: a egészséges étrend és a gyakorol, amelyeket soha nem késő elkezdeni.
A szerzőről
Suzana Herculano-Houzel, Pszichológia docens, Vanderbilt Egyetem
Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.
Kapcsolódó könyvek:
A test tartja a pontszámot: Az agy és a test a traumák gyógyításában
írta Bessel van der Kolk
Ez a könyv a trauma, valamint a fizikai és mentális egészség összefüggéseit tárja fel, betekintést és stratégiákat kínálva a gyógyuláshoz és felépüléshez.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
Lélegzet: Egy elveszett művészet új tudománya
írta: James Nestor
Ez a könyv a légzés tudományát és gyakorlatát tárja fel, betekintést és technikákat kínálva a testi és lelki egészség javítására.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
A növényi paradoxon: Az „egészséges” élelmiszerek rejtett veszélyei, amelyek betegségeket és súlygyarapodást okoznak
szerző: Steven R. Gundry
Ez a könyv az étrend, az egészség és a betegségek közötti összefüggéseket tárja fel, betekintést és stratégiákat kínálva az általános egészség és jólét javítására.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
Az Immunity Code: A valódi egészség és a radikális öregedésgátlás új paradigmája
írta Joel Greene
Ez a könyv új perspektívát kínál az egészségről és az immunitásról, az epigenetika alapelveire támaszkodva, valamint betekintést és stratégiákat kínál az egészség és az öregedés optimalizálásához.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
A böjt teljes útmutatója: Gyógyítsa meg testét időszakos, váltakozó napos és hosszabb böjtöléssel
Dr. Jason Fung és Jimmy Moore
Ez a könyv a böjt tudományát és gyakorlatát tárja fel, betekintést és stratégiákat kínálva az általános egészség és jólét javítására.