我们在思考和使用大脑时消耗了多少能量?
在执行更具挑战性的任务时,我们的大脑会消耗更多的氧气。
这是工程/Pexels

经过一整天的工作或学习后,您的大脑可能会感到能量耗尽。 但是,与其他活动(例如看电视)相比,我们的大脑在进行脑力运动时消耗的能量是否更多?

要回答这个问题,我们必须看看我们大脑的引擎室:神经细胞。 我们脑细胞的主要能量货币是一种叫做三磷酸腺苷(或 ATP)的分子,它是由我们的身体从糖和氧气中产生的。

可以使用糖和氧气来追踪大脑能量消耗,但氧气是更容易获得的选择。

追踪耗氧量,大脑 约占身体能量消耗的 20%,尽管只占其体重的 2%。


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对于普通成年人来说,这大约是每天 0.3 千瓦时 (kWh),是现在的 100 多倍 典型的智能手机需要 日常的。 它相当于每天 260 卡路里或 1,088 千焦耳 (kJ)(成年人平均每天摄入的总能量约为 8,700 kJ)。

我们怎么知道?

2012 年,英国神经科学家 David Attwell 及其同事 测得的耗氧量 在大鼠大脑切片中。

他们确定,虽然 25% 的能量需求用于管家活动,如维护细胞壁,但大部分 75% 用于信息处理,如计算和传输神经信号。

我们无法以这种方式测量人类大脑的能量消耗,但我们可以追踪氧气,因为大脑活动的增加需要更多的氧气。

测量我们身体耗氧量变化的一种方法是测量二氧化碳?通过二氧化碳图装置(空气进入管子)测量水平。这要求参与者戴口罩,但否则 无创.

研究确实表明增加的精神负荷(例如进行心算、推理或多任务处理)与增加的耗氧量有关(通过 一氧化碳?发布).

然而,耗氧量增加也可能是由于全身对情绪化、压力大的情况做出反应,而不是反映大脑活动的实际变化。

我们可以只测量大脑中的氧气使用情况吗?

情况很复杂。 大脑活动的增加会触发富氧血液供应的增加。 额外供应的富含氧气的血液是区域特定的,可以(字面意思)以微米精度引导到活跃的神经元。

由于血液和它的氧气被微弱地吸引 磁场,我们可以使用 MRI(磁共振成像)这种无辐射工具来获得大脑活动的间接测量值。

但不幸的是,我们无法使用 MRI 来告诉我们大脑在不同的心理活动中使用了多少能量。 MRI 研究只能确定大脑活动和能量消耗的相对差异,而不是绝对值。

然而,这是有道理的,因为我们的大脑始终处于开启状态,因此始终需要能量。 即使在瞬间,我们可能会随意考虑空闲的思维状态,我们仍然处理大量信息。

首先,永远存在感官输入:我们通常不会在一个地方度过一天 暗浮槽.

其次,我们的心理活动,即使在看似无任务的状态下,也会从我们回忆过去的事件和规划我们的未来中跳出来。

最后,我们的情绪,即使是微妙的(例如平静或不确定的感觉),也是大脑活动的产物,因此伴随着持续的能量消耗。

那么,大脑活动增加了多少?

让我们做一些简单的事情,比如注意力。 MRI 研究表明,与被动观察移动物体相比,仔细观察移动物体会增加我们视觉皮层的大脑活动 各地1%.

这似乎并不多,特别是考虑到容纳视觉皮层(使我们看到的东西有意义)的枕叶仅构成 关于18% 我们的大脑质量。

但有趣的是,处理视觉信息会导致 活动减少 在听觉区域,这意味着我们花费更少的精力来处理环境中的声音。 反之亦然:当我们注意听觉信息时,我们会减少视觉处理活动。

在全脑水平上,视觉刺激的注意力成本可能已经被听觉处理的节省所抵消。

我们在思考和使用大脑时消耗了多少能量?
当我们专注于不同的事物时,我们的大脑会做出权衡。
存在Shutterstock

因此,简而言之,研究告诉我们心理活动确实与能量消耗增加有关。 尽管如此,这种增长仍然是最小的,特定于地区的,并且经常被其他地区的能源减少所抵消。

那么,为什么我们在脑力活动过多后会感到疲惫呢?

这很可能是精神压力的结果。 复杂的脑力任务通常在情感上也具有挑战性,并导致 增加激活 我们的交感神经系统,最终导致精神和身体疲劳。

好消息是我们不必担心过多的脑力活动会耗尽我们的大脑能量。 但调整自己的节奏以避免精神超负荷、压力和疲劳仍然是个好主意。谈话

关于作者

奥利弗·鲍曼, 心理学院助理教授, 邦德大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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