두뇌에는 공급망 문제가 있고 뉴런은 얻은 것을 사용합니다

: By 수자나 헤르쿨라노-하우젤

방문해 주셔서 감사합니다 InnerSelf.com, 있는 곳에 20,000+ "새로운 태도와 새로운 가능성"을 홍보하는 삶을 변화시키는 기사. 모든 기사는 다음으로 번역됩니다. 30 개 이상의 언어. 확인 매주 발행되는 InnerSelf Magazine과 Marie T Russell의 Daily Inspiration에 게재됩니다. InnerSelf 매거진 1985년부터 출판되었다.

혈액은 산소와 필수 영양소를 뇌로 운반합니다. Getty Images를 통한 Mr. Suphachai Praserdumrongchai/iStock

신경과학자들은 오랫동안 뉴런은 탐욕스럽고 굶주린 단위로 활성화되면 더 많은 에너지를 요구하며 순환계는 활동에 연료를 공급하는 데 필요한 만큼의 혈액을 제공함으로써 순응합니다. 실제로, 작업에 대한 반응으로 신경 활동이 증가함에 따라 뇌의 해당 부분으로의 혈류는 에너지 사용률보다 훨씬 더 증가하여 과잉으로 이어집니다. 이 증가는 일반적인 기능성 이미징 기술 뇌 활동의 컬러 맵을 생성합니다.

과학자들은 혈류와 에너지 수요의 이러한 명백한 불일치를 뇌에 혈액 공급이 부족하지 않다는 증거로 해석하곤 했습니다. 무제한 공급이라는 아이디어는 다음과 같은 관찰에 근거합니다. 산소의 약 40%만 뇌의 각 부분으로 전달되는 양이 사용되며 이 비율은 실제로 뇌의 일부가 더 활성화됨에 따라 떨어집니다. 그것은 진화론적으로 이해가 되는 것 같았습니다. 뇌는 항상 충분한 산소 공급을 보장하는 안전 기능으로 필요 이상으로 빠른 혈류 증가를 진화시켰을 것입니다.

기능적 자기 공명 영상은 뇌를 측정하는 여러 방법 중 하나입니다.

그러나 뇌의 혈액 분포가 실제로 수요 기반 시스템을 지원합니까? 신경과학자로서 나 자신, 나는 이전에 뇌에 관한 가장 기본적인 사실에 대한 여러 가지 다른 가정을 조사한 결과 그것이 잘 풀리지 않는다는 것을 발견했습니다. 예를 들면: 인간의 두뇌 100억 개의 뉴런이 없습니다., 그들은하지만 피질 뉴런이 가장 많다 모든 종의; 그만큼 대뇌 피질의 접힘 정도 얼마나 많은 뉴런이 존재하는지 나타내지 않습니다. 더 오래 사는 것은 더 큰 동물이 아니라 피질에 더 많은 뉴런이 있는 사람들.

나는 무엇이 뇌에 혈액 공급을 결정하는지 알아내는 것이 건강과 질병에서 뇌가 어떻게 작용하는지 이해하는 데 필수적이라고 믿습니다. 이것은 도시가 현재의 전기 그리드가 미래의 인구 증가를 지원하기에 충분한지 여부를 파악해야 하는 것과 같습니다. 뇌는 도시와 마찬가지로 충분한 에너지가 공급되어야만 작동합니다.

고속도로 또는 강과 같은 자원

하지만 뇌로 가는 혈류가 정말로 수요 기반인지 어떻게 테스트할 수 있을까요? 내 냉동고에는 보존된 죽은 뇌가 가득 차 있었습니다. 더 이상 에너지를 사용하지 않는 뇌의 에너지 사용을 어떻게 연구합니까?

다행스럽게도 뇌는 뇌 전체에 혈액을 공급하는 혈관 패턴을 통해 에너지 사용의 증거를 남깁니다. 바라볼 수 있을 거라 생각했다 모세혈관 밀도 – 뇌와 혈액 사이에 가스, 포도당 및 대사 산물을 전달하는 얇은 단일 세포 너비의 혈관. 이 모세관 네트워크는 내 냉동고의 뇌에 보존됩니다.

수요 기반 두뇌는 도로 시스템과 비슷해야 합니다. 동맥과 정맥이 뇌의 특정 부분이 있는 도시로 상품을 운반하는 주요 고속도로라면 모세혈관은 실제로 상품을 최종 사용자, 즉 개별 뉴런과 함께 작동하는 세포에게 전달하는 이웃 거리와 비슷합니다. 도로와 고속도로는 수요에 따라 건설되며 로드맵은 수요 기반 시스템이 어떤 모습인지 보여줍니다.

반대로 공급이 제한된 뇌는 사람들이 어디에 있는지에 대해 덜 신경을 쓸 수 있는 국가의 강바닥처럼 보일 것입니다. 물은 흐를 수 있는 곳으로 흐를 것이고, 도시는 그들이 얻을 수 있는 것을 조정하고 처리하기만 하면 됩니다. 주요 동맥 근처에 도시가 형성될 가능성이 있지만 대규모의 의도적인 리모델링이 없으면 도시의 성장과 활동은 사용 가능한 물의 양에 따라 제한됩니다.

수요 기반 방식으로 건설된 거리와 고속도로처럼 모세혈관이 더 많은 뉴런이 있는 뇌 부분에 집중되어 있고 더 많은 에너지가 필요하다는 것을 알 수 있을까요? 아니면 공급 중심의 방식으로 가장 많은 사람이 있는 곳을 의식하지 않고 가능한 한 땅에 스며드는 개울과 개울에 더 가깝다고 생각할까요?

내가 찾은 것은 후자에 대한 분명한 증거였습니다. 을 위한 두 쥐 쥐, 모세관 밀도는 얼마나 많은 뉴런이나 시냅스가 존재하는지에 관계없이 뇌 부피의 2%에서 4%에 불과합니다. 혈액은 강물처럼 뇌에서 흐릅니다. 혈액이 필요한 곳이 아니라 혈액이 흐를 수 있는 곳입니다.

필요와 상관없이 혈액이 흐른다면 실제로는 뇌가 혈액을 공급받는 대로 사용한다는 뜻이다. 우리는 죽은 쥐 뇌의 다른 부분에 걸친 모세혈관 밀도의 작은 변화가 연구자들이 15년 전에 측정한 다른 살아있는 쥐 뇌의 동일한 부분에서 혈류 및 에너지 사용 속도와 완벽하게 일치한다는 것을 발견했습니다.

혈류 및 에너지 수요 해결

뇌의 각 부분에 있는 모세혈관의 특정 밀도가 너무 제한적이어서 해당 부분이 사용하는 에너지의 양을 나타낼 수 있습니까? 그리고 그것이 뇌 전체에 적용됩니까?

나는 동료와 협력했다 더그 로스만 이러한 질문에 답하기 위해. 함께, 우리는 인간과 쥐의 뇌가 그들이 받은 혈액으로 할 수 있는 일을 할 뿐만 아니라 일반적으로 약 85%의 용량으로 작동한다는 것을 발견했습니다. 모세관 밀도에 의해 결정됨, 다른 모든 것이 동일합니다.

실제로 뇌에 공급된 산소의 40%만 사용되는 이유는 노동자들이 조립 라인에서 물건을 집으려는 작업이 너무 빨리 진행되는 것처럼 혈류가 흐르면서 교환할 수 있는 최대 산소량이기 때문입니다. 국소 동맥은 약간 더 많은 산소를 사용하기 시작하면 뉴런에 더 많은 혈액을 전달할 수 있지만, 이는 뇌의 다른 부분에서 혈액을 우회시키는 비용이 발생합니다. 처음부터 가스 교환이 이미 최대 용량에 가까워졌기 때문에 산소 추출 비율은 약간의 전달 증가와 함께 떨어지는 것으로 보입니다.

멀리서 보면 뇌의 에너지 사용은 수요 기반으로 보일 수 있지만 실제로는 공급이 제한되어 있습니다.

혈액 공급은 뇌 활동에 영향을 미칩니다

그렇다면 이것이 왜 중요할까요?

우리의 연구 결과는 뇌가 진정으로 멀티태스킹을 할 수 없는 이유에 대한 가능한 설명을 제공합니다. 뇌 전체로의 혈류는 엄격하게 조절되고 활동을 번갈아 가며 하루 종일 본질적으로 일정하게 유지되기 때문에 우리의 연구는 활동 증가를 경험하는 뇌의 모든 부분이 – 수학을 시작하거나 노래를 연주하기 시작하기 때문에 – 예 – 뇌의 다른 부분에서 혈류를 전환하는 대신 약간 더 많은 혈류를 얻을 수 있습니다. 그래서 동시에 두 가지 일을 할 수 없음 수요 기반이 아니라 공급이 제한되는 뇌로의 혈류에서 기원을 가질 수 있습니다.

뇌가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하면 인간의 행동과 질병에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 게티 이미지를 통한 피터 대 즐리 / 이미지 뱅크

우리의 발견은 또한 노화에 대한 통찰력을 제공합니다. 뉴런이 거의 일정한 혈액 공급에서 얻을 수 있는 에너지로 생계를 유지해야 한다면, 뉴런 밀도가 가장 높은 뇌 부분이 부족할 때 가장 먼저 영향을 받을 것입니다. 더 작은 것보다 먼저 가뭄의 고통.

피질에서, 가장 높은 뉴런 밀도 해마와 내후각 피질입니다. 이 영역은 단기 기억과 가장 먼저 노화에 시달린다. 노화와 질병에 가장 취약한 뇌 부분이 가장 많은 수의 뉴런이 모여 있고 제한된 혈액 공급을 위해 경쟁하는 부분인지 여부를 테스트하려면 더 많은 연구가 필요합니다.

뉴런과 같은 모세혈관이 평생 지속하다 실험실 쥐에서와 마찬가지로 인간에서도 예상보다 뇌 건강에 더 큰 역할을 할 수 있습니다. 노년기에 뇌 뉴런이 건강하게 유지되도록 하려면 혈액 공급을 유지하는 모세혈관을 관리하는 것이 좋습니다. 좋은 소식은 이를 수행하는 두 가지 입증된 방법이 있다는 것입니다. 건강한 다이어트 과 운동, 시작하기에 너무 늦지 않았습니다.