Тренированный мозг экономит энергию

16.09.2013
Знакомые действия нейроны мозга выполняют с той же активностью, что и незнакомые, но при этом потребляют гораздо меньше энергии.

Когда мозг сталкивается с задачей, которую нужно выполнить не раз и не два, в нём происходят соответствующие изменения, которые настраивают его под эту работу. Эти изменения могут быть самыми разными, от появления новых синапсов до увеличения числа нейронов, отданных под задачу. Самый известный пример такого рода — увеличение мозга у лондонских таксистов за счёт зоны, отвечающей за пространственную память и пространственную ориентацию.

Однако при таких перестройках мозгу нужно помнить, что, наращивая нейронную массу, он тем самым увеличивает расходы на собственное содержание: новые клетки, новые нейронные цепи нужно кормить, ухаживать за ними т. д. Чтобы выяснить, как мозг справляется с изменившимися энергетическими расходами, исследователи из Медицинской школы Питсбургского университета (США) поставили следующий опыт: обезьян учили выполнять руками какое-то действие, причём его нужно было повторять несколько раз. Другая группа животных тоже делала что-то руками, но в этом случае манипуляции были слишком разнообразны и изменчивы, чтобы их нужно было специально запоминать.

После тренировки животным давали радиоактивно меченную глюкозу: с её помощью можно было проследить, какая область мозга особенно нуждается в дополнительном топливе. Кроме того, учёные следили за активностью нейронов моторной коры, отвечающей за движения, с помощью вживлённых в мозг электродов.

Как и следовало ожидать, нейроны, отвечающие за движения рук, были неактивны, если обезьяны руками ничего не делали. Если же им нужно было выполнять много разных движений, то радиоактивность в таких нейронах начинала накапливаться. Однако в случае предсказуемых, тренируемых, однообразных движений обнаружилась одна особенность: когда обезьяны полностью выучивали, что от них требовалось, уровень энергопотребления в соответствующих зонах мозга падал. Бóльшая часть моторной коры, как пишут исследователи в Nature Neuroscience, попросту отдыхала. И, что ещё интереснее, нейронная активность у тренированных обезьян была такой же, что и у тех, кто выполнял разные, нетренируемые движения.

То есть если мозг выучивал какое-то действие, то потом воспроизводил его с той же нейронной активностью, но при меньших энергозатратах. Получается, что тренировки не наращивают энергетических расходов, а, наоборот, уменьшают их.

Авторы работы считают, что у нервных клеток как-то повышается эффективность, но как им это удаётся, пока остаётся только гадать. Известно, что нейронам нужна энергия для «перезарядки» после каждого сеанса работы, чтобы вернуть себе способность проводить импульс. Почему же при той же активности им вдруг нужно меньше энергии? Единственное более или менее правдоподобное предположение состоит в том, что мозг как-то реорганизует нейронные цепи, поэтому при постоянных энергетических затратах со стороны отдельной клетки вся цепь начинает обходиться дешевле.

Подготовлено по материалам Ars Technica. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.

Источник: compulenta.computerra.ru


Новости и события
Повышение внутриклеточного уровня холестерина снижает вероятность заражения коронавирусом
28.10.2020

Выявлены гены человека, которые способствуют инфицированию SARS-CoV-2. Это указывает на потенциальные новые мишени для лечения COVID-19. В частности, лекарство, повышающее внутриклеточный уровень холестерина, снижает вероятность инфекции.

Из растительных масел синтезирована замена токсичным компонентам пластмасс
28.10.2020

Ученые из РХТУ им. Д. И. Менделеева синтезировали функциональный аналог пластификаторов, используя только природные компоненты: биодизель, получаемый из отходов сельскохозяйственных культур, богатых растительным маслом.

Российские химики разработали кровоостанавливающий материал из природных компонентов
20.10.2020

В РХТУ им. Д.И. Менделеева синтезировали новый материал на основе биополимеров хитозана и альгината, а также наночастиц серебра,