خون اکسیژن و مواد مغذی حیاتی را به مغز می رساند. آقای Suphachai Praserdumrongchai/iStock از طریق Getty Images
دانشمندان علوم اعصاب مدتهاست فرض کرده اند نورون‌ها واحدهای حریص و گرسنه‌ای هستند که وقتی فعال‌تر می‌شوند، انرژی بیشتری می‌خواهند، و سیستم گردش خون با تأمین خون به اندازه‌ای که برای سوخت‌رسانی به فعالیت‌های خود نیاز دارند، مطابقت دارد. در واقع، با افزایش فعالیت عصبی در پاسخ به یک کار، جریان خون به آن قسمت از مغز حتی بیشتر از میزان مصرف انرژی آن افزایش می‌یابد که منجر به مازاد آن می‌شود. این افزایش اساس مشترک است فناوری تصویربرداری عملکردی که نقشه های رنگی فعالیت مغز را تولید می کند.
دانشمندان عادت داشتند این عدم تطابق آشکار در جریان خون و تقاضای انرژی را به عنوان شواهدی مبنی بر عدم کمبود خونرسانی به مغز تفسیر کنند. ایده عرضه نامحدود مبتنی بر این مشاهدات بود که فقط حدود 40 درصد از اکسیژن به هر قسمت از مغز تحویل داده می شود - و این درصد در واقع با فعال تر شدن بخش هایی از مغز کاهش می یابد. به نظر می‌رسید که منطقی تکاملی داشته باشد: مغز این افزایش سریع‌تر از حد نیاز در جریان خون را به عنوان یک ویژگی ایمنی که اکسیژن رسانی کافی را در همه زمان‌ها تضمین می‌کند، تکامل می‌دهد.
اما آیا توزیع خون در مغز واقعاً از یک سیستم مبتنی بر تقاضا پشتیبانی می کند؟ خودم به عنوان یک متخصص اعصاب، من قبلاً تعدادی از فرضیات دیگر را در مورد اساسی ترین حقایق در مورد مغز بررسی کرده بودم و متوجه شدم که آنها به نتیجه نمی رسند. برای نام بردن از چند مورد: مغز انسان 100 میلیارد نورون ندارید، اگرچه آنها انجام می دهند بیشترین نورون های قشری را دارند از هر گونه؛ را درجه چین خوردگی قشر مغز نشان نمی دهد که چه تعداد نورون وجود دارد. و این حیوانات بزرگتر نیستند که بیشتر عمر می کنند، اما کسانی که نورون های بیشتری در قشرشان دارند.
من معتقدم که تشخیص اینکه چه چیزی منبع خونی به مغز را تعیین می کند برای درک نحوه عملکرد مغز در سلامت و بیماری ضروری است. مانند این است که چگونه شهرها باید بفهمند که آیا شبکه برق فعلی برای حمایت از افزایش جمعیت در آینده کافی است یا خیر. مغزها نیز مانند شهرها تنها در صورتی کار می کنند که انرژی کافی داشته باشند.
منابع به عنوان بزرگراه یا رودخانه
اما چگونه می توانم آزمایش کنم که آیا جریان خون به مغز واقعاً مبتنی بر تقاضا است؟ فریزرهای من مملو از مغزهای زنده و مرده بود. چگونه مصرف انرژی را در مغزی که دیگر انرژی مصرف نمی کند مطالعه می کنید؟
خوشبختانه، مغز شواهدی از مصرف انرژی خود را از طریق الگوی عروقی که خون را در سراسر آن توزیع می کنند، به جا می گذارد. فکر کردم می توانم به آن نگاه کنم تراکم مویرگ ها - عروق نازک و یک سلولی که گازها، گلوکز و متابولیت ها را بین مغز و خون منتقل می کنند. این شبکه های مویرگی در مغز در فریزرهای من حفظ می شوند.
یک مغز مبتنی بر تقاضا باید با یک سیستم جاده ای قابل مقایسه باشد. اگر شریان‌ها و وریدها بزرگراه‌های اصلی هستند که کالاها را به شهر بخش‌های خاصی از مغز می‌برند، مویرگ‌ها شبیه خیابان‌های محله‌ای هستند که در واقع کالاها را به کاربران نهایی خود می‌رسانند: تک تک سلول‌های عصبی و سلول‌هایی که با آنها کار می‌کنند. خیابان‌ها و بزرگراه‌ها بر اساس تقاضا ساخته می‌شوند، و یک نقشه راه نشان می‌دهد که یک سیستم مبتنی بر تقاضا چگونه به نظر می‌رسد: جاده‌ها اغلب در بخش‌هایی از کشور متمرکز هستند که افراد بیشتری در آن حضور دارند - واحدهای انرژی‌بخش جامعه.
در مقابل، مغزی با عرضه محدود باید مانند بستر رودخانه‌های کشوری باشد که نمی‌توانست اهمیتی به مکان زندگی مردم بدهد. آب تا جایی که بتواند جریان خواهد داشت و شهرها فقط باید با آنچه می توانند به دست آورند، خود را تنظیم کنند و بسنده کنند. به احتمال زیاد، شهرها در مجاورت شریان‌های اصلی شکل می‌گیرند – اما در غیاب بازسازی عمده و هدفمند، رشد و فعالیت‌های آنها به مقدار آب در دسترس محدود می‌شود.
آیا می‌توانم متوجه شوم که مویرگ‌ها در بخش‌هایی از مغز با نورون‌های بیشتری متمرکز شده‌اند و ظاهراً به انرژی بیشتری نیاز دارند، مانند خیابان‌ها و بزرگراه‌هایی که به روشی مبتنی بر تقاضا ساخته شده‌اند؟ یا می‌توانم متوجه شوم که آنها بیشتر شبیه نهرها و نهرهایی هستند که در جایی که می‌توانند در زمین نفوذ می‌کنند، غافل از اینکه بیشترین مردم کجا هستند، به شیوه‌ای مبتنی بر عرضه؟
آنچه من یافتم شواهد روشنی برای دومی بود. برای هر دو موش و موشها، تراکم مویرگی ناچیز 2 تا 4 درصد از حجم مغز را تشکیل می دهد، صرف نظر از تعداد نورون ها یا سیناپس ها. خون در مغز مانند آب در رودخانه ها جریان دارد: جایی که می تواند، نه جایی که لازم است.
اگر خون بدون توجه به نیاز جریان داشته باشد، این بدان معناست که مغز در واقع از خونی که تامین می‌شود استفاده می‌کند. ما دریافتیم که تغییرات کوچک در تراکم مویرگی در بخش‌های مختلف مغز موش‌های مرده کاملاً با نرخ جریان خون و مصرف انرژی در همان بخش‌های دیگر مغز موش‌های زنده که محققان ۱۵ سال قبل اندازه‌گیری کردند، مطابقت دارد.
رفع جریان خون و نیاز انرژی
آیا تراکم خاص مویرگ ها در هر قسمت از مغز می تواند آنقدر محدود باشد که میزان مصرف انرژی آن قسمت را تعیین کند؟ و آیا این در کل مغز صدق می کند؟
من با همکارم شریک شدم داگ روتمن برای پاسخ به این سوالات با هم، ما کشف کردیم که نه تنها مغز انسان و موش هر دو با خونی که می‌گیرند انجام می‌دهند و معمولاً با حدود 85 درصد ظرفیت کار می‌کنند، بلکه فعالیت کلی مغز در واقع انجام می‌شود. دیکته شده توسط تراکم مویرگی، همه چیز برابر است.
دلیل اینکه تنها 40 درصد از اکسیژنی که به مغز عرضه می‌شود واقعاً مورد استفاده قرار می‌گیرد این است که این حداکثر مقداری است که می‌توان با جریان خون توسط آن رد و بدل کرد - مانند کارگرانی که سعی می‌کنند اقلام را در خط مونتاژ با سرعت زیاد جمع کنند. اگر شریان های موضعی شروع به استفاده از اکسیژن بیشتری کنند، می توانند خون بیشتری را به نورون ها برسانند، اما این به قیمت منحرف کردن خون از سایر قسمت های مغز است. از آنجایی که مبادله گاز در ابتدا نزدیک به ظرفیت کامل بود، به نظر می رسد کسر استخراج اکسیژن حتی با افزایش جزئی در تحویل کاهش می یابد.
از دور، مصرف انرژی در مغز ممکن است مبتنی بر تقاضا به نظر برسد - اما واقعاً از نظر عرضه محدود است.
تامین خون بر فعالیت مغز تاثیر می گذارد
پس چرا هر کدام از اینها اهمیت دارد؟
یافته‌های ما توضیحی ممکن برای این که چرا مغز واقعاً نمی‌تواند چند کار را انجام دهد ارائه می‌کند - فقط به سرعت بین فوکوس‌ها جایگزین می‌شود. از آنجایی که جریان خون در کل مغز به شدت تنظیم می شود و اساساً در طول روز ثابت می ماند، زیرا شما به طور متناوب فعالیت ها را انجام می دهید، تحقیقات ما نشان می دهد که هر بخشی از مغز که افزایش فعالیت را تجربه می کند - زیرا شروع به انجام ریاضیات یا نواختن یک آهنگ می کنید. به عنوان مثال - فقط می تواند جریان خون کمی بیشتر به بهای منحرف کردن جریان خون از سایر قسمت های مغز داشته باشد. بنابراین ناتوانی در انجام دو کار همزمان ممکن است منشأ آن جریان خون به مغز باشد که بر اساس عرضه محدود است، نه بر اساس تقاضا.
درک بهتر از نحوه عملکرد مغز می تواند بینش هایی را در مورد رفتار و بیماری انسان ارائه دهد. پیتر دازلی / بانک تصویر از طریق گتی ایماژ
یافته های ما همچنین بینشی در مورد پیری ارائه می دهد. اگر نورون‌ها باید با انرژی که می‌توانند از یک منبع خون عمدتاً ثابت به دست آورند بسنده کنند، بخش‌هایی از مغز که بیشترین تراکم نورون‌ها را دارند اولین کسانی خواهند بود که در هنگام کمبود تحت تأثیر قرار می‌گیرند - درست مانند بزرگترین شهرها. درد خشکسالی قبل از خشکسالی های کوچکتر
در قشر، قطعات با بالاترین تراکم نورون هیپوکامپ و قشر آنتورینال هستند. این نواحی در حافظه کوتاه مدت و درگیر هستند برای اولین بار در پیری رنج می برد. تحقیقات بیشتری برای آزمایش اینکه آیا بخش‌هایی از مغز که در برابر پیری و بیماری‌ها آسیب‌پذیرترند، آن‌هایی هستند که بیشترین تعداد نورون‌ها را در کنار هم قرار داده‌اند و برای تامین خون محدود رقابت می‌کنند، مورد نیاز است.
اگر درست باشد که مویرگ ها، مانند نورون ها، آخرین عمر در انسان ها همانطور که در موش های آزمایشگاهی انجام می دهند، ممکن است نقشی بزرگتر از آنچه انتظار می رود در سلامت مغز داشته باشند. برای اطمینان از سالم ماندن نورون‌های مغز در سنین بالا، مراقبت از مویرگ‌هایی که آنها را با خون نگه می‌دارند، ممکن است شرط خوبی باشد. خبر خوب این است که دو راه اثبات شده برای انجام این کار وجود دارد: الف رژیم غذایی سالم و ورزش، که هیچ وقت برای شروع دیر نیست.
درباره نویسنده
سوزانا هرکولانو هوزل، دانشیار روانشناسی ، دانشگاه واندربیلت
این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.
کتاب های مرتبط:
بدن امتیاز را حفظ می کند: ذهن و بدن مغز در درمان تروما
توسط بسل وان در کلک
این کتاب به بررسی ارتباط بین تروما و سلامت جسمی و روانی می پردازد و بینش ها و استراتژی هایی را برای بهبود و بهبودی ارائه می دهد.
برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید
نفس: علم جدید یک هنر گمشده
توسط جیمز نستور
این کتاب علم و تمرین تنفس را بررسی می کند و بینش ها و تکنیک هایی را برای بهبود سلامت جسمی و روانی ارائه می دهد.
برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید
پارادوکس گیاهی: خطرات پنهان در غذاهای "سالم" که باعث بیماری و افزایش وزن می شوند
توسط استیون آر گاندری
این کتاب به بررسی پیوندهای بین رژیم غذایی، سلامتی و بیماری می پردازد و بینش ها و استراتژی هایی را برای بهبود سلامت و تندرستی کلی ارائه می دهد.
برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید
کد ایمنی: پارادایم جدید برای سلامت واقعی و ضد پیری رادیکال
توسط جوئل گرین
این کتاب با تکیه بر اصول اپی ژنتیک و ارائه بینش ها و استراتژی هایی برای بهینه سازی سلامت و پیری، دیدگاه جدیدی در مورد سلامت و ایمنی ارائه می دهد.
برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید
راهنمای کامل روزه داری: بدن خود را از طریق روزه متناوب، متناوب و طولانی شفا دهید
توسط دکتر جیسون فانگ و جیمی مور
این کتاب علم و عمل روزه داری را بررسی می کند و بینش ها و استراتژی هایی را برای بهبود سلامت و تندرستی کلی ارائه می دهد.
