Veri kuljettaa happea ja tärkeitä ravintoaineita aivoihin. Mr. Suphachai Praserdumrongchai/iStock Getty Imagesin kautta

Neurotieteilijät ovat pitkään olettaneet että neuronit ovat ahneita, nälkäisiä yksiköitä, jotka vaativat enemmän energiaa aktivoituessaan, ja verenkiertojärjestelmä noudattaa sitä tarjoamalla niin paljon verta kuin ne tarvitsevat toimintansa ruokkimiseen. Itse asiassa, kun hermosolujen aktiivisuus lisääntyy vasteena tehtävään, verenvirtaus kyseiseen aivojen osaan lisääntyy jopa enemmän kuin sen energiankulutus, mikä johtaa ylijäämään. Tämä lisäys on yhteisen perusta toiminnallinen kuvantamistekniikka joka luo värillisiä karttoja aivojen toiminnasta.

Tiedemiehet tulkitsevat tätä ilmeistä epäsuhtautta verenkierrossa ja energiantarpeessa todisteeksi siitä, ettei aivoissa ole pulaa verenkierrosta. Ajatus rajoittamattomasta tarjonnasta perustui havaintoon, että vain noin 40 % hapesta kullekin aivojen osalle toimitettua prosenttiosuutta käytetään – ja tämä prosenttiosuus itse asiassa laskee, kun aivojen osat muuttuvat aktiivisemmiksi. Se näytti olevan evoluution kannalta järkevää: Aivot olisivat kehittäneet tämän tarvittavaa nopeamman verenkierron lisääntymisen turvatekijänä, joka takaa riittävän hapen toimituksen kaikkina aikoina.

Mutta tukeeko veren jakautuminen aivoissa todella kysyntään perustuvaa järjestelmää? Itse neurotieteilijänä, Olin aiemmin tutkinut useita muita oletuksia aivojen perusasiasta ja todennut, että ne eivät menneet perille. Muutamia mainitakseni: Ihmisen aivot heillä ei ole 100 miljardia neuronia, vaikka he tekevätkin niillä on eniten aivokuoren neuroneja mistä tahansa lajista; the aivokuoren laskostumisaste ei osoita, kuinka monta hermosolua on läsnä; eivätkä suuret eläimet elä pidempään, vaan joilla on enemmän hermosoluja aivokuoressa.

Uskon, että sen selvittäminen, mikä määrää aivojen verenkierron, on olennaista ymmärtääksesi, kuinka aivot toimivat terveydessä ja sairauksissa. Se on kuin kaupunkien pitäisi selvittää, riittääkö nykyinen sähköverkko tukemaan tulevaa väestönkasvua. Aivot, kuten kaupungit, toimivat vain, jos niillä on riittävästi energiaa.

Resursseja kuten moottoriteitä tai jokia

Mutta kuinka voin testata, onko aivojen verenvirtaus todella kysyntäperusteista? Pakastimeni oli täynnä säilyneitä, kuolleita aivoja. Miten tutkit energian käyttöä aivoissa, jotka eivät enää käytä energiaa?

Onneksi aivot jättävät taakseen todisteita energiankäytöstään verisuonten kuvioiden kautta, jotka jakavat verta aivoissa. Ajattelin, että voisin katsoa kapillaarien tiheys – ohuet, yhden solun laajuiset suonet, jotka siirtävät kaasuja, glukoosia ja aineenvaihduntatuotteita aivojen ja veren välillä. Nämä kapillaariverkot säilyisivät aivoissani pakastimissani.

Kysyntään perustuvien aivojen pitäisi olla verrattavissa tiejärjestelmään. Jos valtimot ja suonet ovat tärkeimpiä valtateitä, jotka kuljettavat tavaroita tiettyjen aivojen osien kaupunkiin, kapillaarit ovat kuin naapuruston katuja, jotka todella toimittavat tavaroita loppukäyttäjilleen: yksittäisille hermosoluille ja niiden kanssa työskenteleville soluille. Kadut ja moottoritiet rakennetaan kysynnän mukaan, ja tiekartta näyttää, miltä kysyntään perustuva järjestelmä näyttää: Tiet keskittyvät usein maan osiin, joissa on enemmän ihmisiä – yhteiskunnan energiaa ahmivia yksiköitä.

Sitä vastoin tarjontarajoitettujen aivojen pitäisi näyttää maan joenuomista, jotka eivät voisi vähempää välittää ihmisten sijainnista. Vesi virtaa missä voi, ja kaupunkien täytyy vain sopeutua ja tyytyä siihen, mitä he saavat. On todennäköistä, että päävaltimoiden läheisyyteen muodostuu kaupunkeja – mutta ilman suuria, tarkoituksenmukaisia ​​uudistuksia, niiden kasvua ja toimintaa rajoittaa veden määrä.

Huomasinko, että kapillaarit ovat keskittyneet aivojen osiin, joissa on enemmän hermosoluja ja jotka oletettavasti vaativat enemmän energiaa, kuten kysynnän mukaan rakennetut kadut ja moottoritiet? Vai huomaanko, että ne ovat enemmän kuin puroja ja puroja, jotka tunkeutuvat maahan, missä voivat, tietämättä sitä, missä suurin osa ihmisistä on, tarjonnan ohjaamalla tavalla?

Löysin selvät todisteet jälkimmäisestä. varten molemmat hiiret ja rotat, kapillaaritiheys muodostaa niukat 2–4 % aivojen tilavuudesta riippumatta siitä, kuinka monta hermosolua tai synapsia on läsnä. Veri virtaa aivoissa kuin vesi jokia pitkin: missä voi, ei siellä, missä sitä tarvitaan.

Jos veri virtaa tarpeesta riippumatta, tämä tarkoittaa, että aivot todella käyttävät verta sellaisena kuin se toimitetaan. Havaitsimme, että pienet vaihtelut kapillaaritiheydessä kuolleiden rottien aivojen eri osissa sopivat täydellisesti verenvirtauksen ja energiankulutuksen nopeuksiin muiden elävien rottien aivojen samoissa osissa, joita tutkijat mittasivat 15 vuotta aiemmin.

Verenkierron ja energiantarpeen ratkaiseminen

Voisiko kapillaarien tiheys kussakin aivojen osassa olla niin rajoittava, että se määrää, kuinka paljon energiaa kyseinen osa käyttää? Ja päteekö se koko aivoihin?

Tein yhteistyötä kollegani kanssa Doug Rothman vastaamaan näihin kysymyksiin. Yhdessä havaitsimme, että sekä ihmisten että rotan aivot eivät vain tee mitä voivat saamalla verellä ja toimivat tyypillisesti noin 85 prosentin kapasiteetilla, vaan aivojen yleinen toiminta on todellakin määräytyy kapillaaritiheyden mukaan, kaikki muut ovat tasa-arvoisia.

Syy siihen, miksi vain 40 % aivoihin syötetystä hapesta todella käytetään, johtuu siitä, että tämä on suurin määrä, joka voidaan vaihtaa veren virtauksen aikana – kuten työntekijät yrittävät poimia tavaroita kokoonpanolinjalta liian nopeasti. Paikalliset verisuonet voivat toimittaa enemmän verta hermosoluille, jos ne alkavat käyttää hieman enemmän happea, mutta tämä maksaa veren ohjaamisen pois aivojen muista osista. Koska kaasunvaihto oli jo alussa lähes täyttä kapasiteettia, hapenpoistoosuus näyttää jopa laskevan, kun toimitus lisääntyy hieman.

Kaukaa katsottuna aivojen energiankäyttö voi näyttää kysyntäpohjaiselta – mutta tarjonta on todella rajoitettua.

Verenkierto vaikuttaa aivojen toimintaan

Joten miksi tällä on merkitystä?

Löytömme tarjoavat mahdollisen selityksen sille, miksi aivot eivät voi todella tehdä moniajoja – vain nopeasti vuorottelevat fokuksia. Koska verenvirtaus koko aivoihin on tiukasti säädelty ja pysyy olennaisesti vakiona koko päivän, kun liikut vuorotellen, tutkimuksemme viittaa siihen, että mikä tahansa aivojen osa, joka kokee aktiivisuuden lisääntymistä – koska alat laskea tai soittaa kappaletta, esimerkki – voi saada vain hieman enemmän verenkiertoa sen kustannuksella, että veren virtaus siirtyy pois aivojen muista osista. Siten, kyvyttömyys tehdä kahta asiaa samanaikaisesti saattaa johtua siitä, että aivojen verenvirtaus on rajoitettu tarjontaan, ei kysyntään perustuva.

Parempi ymmärrys aivojen toiminnasta voisi tarjota näkemyksiä ihmisen käyttäytymisestä ja sairauksista. Peter Dazeley / Kuvapankki Getty Imagesin kautta

Löytömme tarjoavat myös käsityksen ikääntymisestä. Jos hermosolujen täytyy tyytyä siihen energiaan, jota ne voivat saada enimmäkseen jatkuvasta verenkierrosta, niin aivojen suurimmat hermosolutiheydet kärsivät ensimmäisinä, kun niistä on pula – aivan kuten suurimmat kaupungit tuntevat. kuivuuden kipu ennen pienempiä.

Aivokuoressa osat, joissa on korkeimmat neuronitiheydet ovat hippokampus ja entorhinaalinen aivokuori. Nämä alueet ovat mukana lyhytaikaisessa muistissa ja kärsii ensin ikääntymisestä. Lisää tutkimusta tarvitaan sen testaamiseksi, ovatko ikääntymiselle ja taudeille alttiimpia aivojen osia ne, joissa on eniten hermosoluja pakattuna yhteen ja kilpailevat rajoitetusta verenkierrosta.

Jos on totta, että kapillaarit, kuten neuronit, kestää eliniän ihmisillä, kuten laboratoriohiirillä, niillä voi olla odotettua suurempi rooli aivojen terveydessä. Varmistaaksesi, että aivohermosi pysyy terveinä vanhuudella, voi olla hyvä vaihtoehto huolehtia kapillaareista, jotka pitävät ne verellä. Hyvä uutinen on, että on olemassa kaksi todistettua tapaa tehdä tämä: a terveellisen ruokavalion ja käyttää, jotka eivät koskaan ole liian myöhäistä aloittaa.

kirjailijasta

Suzana Herculano-Houzel, Psykologian dosentti, Vanderbilt University

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

Liittyvät kirjat:

Keho pitää pisteet: Aivomieli ja keho trauman paranemisessa

esittäjä (t): Bessel van der Kolk

Tämä kirja tutkii trauman ja fyysisen ja henkisen terveyden välisiä yhteyksiä ja tarjoaa oivalluksia ja strategioita paranemiseen ja palautumiseen.

Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi

Breath: kadonneen taiteen uusi tiede

Kirjailija: James Nestor

Tämä kirja tutkii hengityksen tieteitä ja käytäntöjä ja tarjoaa oivalluksia ja tekniikoita fyysisen ja henkisen terveyden parantamiseksi.

Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi

Kasviparadoksi: "terveellisten" elintarvikkeiden piilotetut vaarat, jotka aiheuttavat sairauksia ja painonnousua

Kirjailija: Steven R. Gundry

Tämä kirja tutkii ruokavalion, terveyden ja sairauksien välisiä yhteyksiä ja tarjoaa oivalluksia ja strategioita yleisen terveyden ja hyvinvoinnin parantamiseksi.

Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi

Immunity Code: Uusi paradigma todelliselle terveydelle ja radikaalille ikääntymisen estämiselle

Kirjailija: Joel Greene

Tämä kirja tarjoaa uuden näkökulman terveyteen ja immuniteettiin, hyödyntäen epigenetiikan periaatteita ja tarjoaa oivalluksia ja strategioita terveyden ja ikääntymisen optimoimiseksi.

Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi

Täydellinen opas paastoon: paranna kehosi jaksoittaisella, vuorotellen ja pitkällä paastolla

Tohtori Jason Fung ja Jimmy Moore

Tämä kirja tutkii paastoamisen tiedettä ja käytäntöä ja tarjoaa oivalluksia ja strategioita yleisen terveyden ja hyvinvoinnin parantamiseksi.

Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi