新研究证实大脑整体代谢水平能量守恒!“脑容量不够”是硬伤!

subtitle 中国生物技术网08-05 13:57 跟贴 544 条
打开网易新闻 查看更多图片

当面对非常复杂的问题时,你有没有偶尔感觉到脑容量不够?甚至,“睁眼瞎”般错过了很多非常重要的信息。

北京时间8月4日,发表在《JNeurosci》上的一项新研究中,来自伦敦大学学院(UCL)的研究团队使用一种测量脑细胞代谢的大脑成像方法,给出了关于“脑容量不够”的神经生理学解释:由于恒定且有限的能量供应,我们的大脑对一次能处理的信息量有一个上限。

这项新研究发现,专注(集中注意力)可以改变大脑分配有限能量的方式。当大脑在处理我们所关注的事物时会使用更多的能量,而分配给我们注意力之外的能量就会减少。

研究通讯作者、UCL认知神经科学研究所的Nilli Lavie教授解释说:“人脑的运转需要大量能量。我们知道,即使在休息的时候,大脑也会不断地消耗大约20%的代谢能量,但普遍观点认为,当大脑有更多信息需要处理时,这种持续但有限的能量供应不会增加。如果大脑的能量供应受到严格限制,我们猜测大脑在处理具有挑战性任务时,可能会从其他功能中转移出来能量,并优先处理我们所关注的事情。”

实际结果表明,当我们的任务变得更加复杂时,大脑确实会将更少的能量分配给那些对我们注意力之外信息做出响应的神经元。这就解释了为什么我们会出现无意识失明,即“睁眼瞎”,导致各种注意力无法集中的现象。

在这项研究中,由认知神经科学家和生物医学工程师组成的研究团队使用无创光学成像方法测量了大脑代谢。通过这种方式,他们可以看到当参与者集中注意力在一项任务上时,大脑各区域消耗了多少能量,以及当这项任务对神经计算的要求更高时,这些能量如何变化。

研究人员使用了宽带近红外光谱来测量细胞色素C氧化酶(oxCCO)的水平,oxCCO是与脑细胞线粒体能量代谢有关的标志物。

该研究合著者、UCL认知神经科学研究所Ilias Tachtsidis教授说:“宽带近红外光谱技术是我们在UCL开发的一种光学大脑监测技术,通过使用这种技术,我们能更好地测量细胞色素C氧化酶的水平,它在新陈代谢中起着不可或缺的作用。”

研究人员测量了18名男性和女性志愿者在进行复杂或简单的视觉搜索任务时大脑视觉皮层不同区域的新陈代谢。当参与者在高感知负荷(复杂特征连接搜索)或低负荷(特征弹出搜索)下执行快速序列视觉搜索任务时,研究人员记录了他们视觉皮层的oxCCO水平。在随机的一半试验中,会出现一个与任务无关的事件。

图片来源:《JNeurosci》

他们发现,当任务更为复杂时,对参与刺激作出反应区域的oxCCO水平升高,而对无参与刺激作出反应区域的oxCCO水平降低。这种模式是紧密同步的,显示了参与和非参与处理之间有限能量供应的权衡。

图片来源:《JNeurosci》

这项研究结果证明了一种注意力补偿机制,大脑会按需调节细胞代谢水平。

此外,该研究为普遍持有的观点提供了新的证据,即无论智力任务的需求如何,大脑的整体代谢水平都保持不变,并建立了感知能力极限的神经生理学解释。

该研究第一作者,UCL认知神经科学研究所博士生Merit Bruckmaier说:“使用测量细胞内代谢标志物的方法,比过去使用fMRI成像方法测量大脑血氧水平的研究结论来得更直接,而且更能说明问题。”

Lavie说:“通过这种方式,我们成功地将人们大脑过载的经历与神经元内部发生的事情联系起来,因为一种任务的高能量需求是通过减少与其他任务相关的能量消耗来平衡的。如果我们试图处理太多的信息,我们可能会因为脑容量的硬限制而感到超负荷的压力。

Lavie解释说:“最近几个月,我们常听到很多人说,他们感到不知所措,不断有新闻更新和新的挑战要克服。当你的大脑处理信息的能量用到最大化时,你很可能无法处理别的信息,你甚至不会注意到一封重要的电子邮件进来,因为你的孩子正在和你说话;或者你可能会错过了烤箱的计时器,因为你收到了一个意想不到的工作电话。我们的发现可以解释这些经常令人沮丧的无意识‘失明’或‘失聪’的经历。”

https://www.jneurosci.org/content/early/2020/07/24/JNEUROSCI.2368-19.2020

特别声明:本文为网易自媒体平台“网易号”作者上传并发布,仅代表该作者观点。网易仅提供信息发布平台。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
打开网易新闻,阅读体验更佳
大家都在看