我們在思考和使用大腦時消耗了多少能量?
在執行更具挑戰性的任務時,我們的大腦會消耗更多的氧氣。
這是工程/Pexels

經過一整天的工作或學習後,您的大腦可能會感到能量耗盡。 但是,我們的大腦在進行智力運動時是否會比在其他活動(例如看電視)中消耗更多的能量?

要回答這個問題,我們必須看看我們大腦的引擎室:神經細胞。 我們腦細胞的主要能量貨幣是一種叫做三磷酸腺苷(或 ATP)的分子,它是由我們的身體從糖和氧氣中產生的。

可以使用糖和氧氣來追踪大腦能量消耗,但氧氣是更容易獲得的選擇。

追踪耗氧量,大腦 約佔身體能量消耗的 20%,儘管只佔其體重的 2%。


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對於普通成年人來說,這大約是每天 0.3 千瓦時 (kWh),是現在的 100 多倍 典型的智能手機需要 日常的。 它相當於每天 260 卡路里或 1,088 千焦耳 (kJ)(成年人平均每天攝入的總能量約為 8,700 kJ)。

我們怎麼知道?

2012 年,英國神經科學家 David Attwell 及其同事 測得的耗氧量 在大鼠大腦切片中。

他們確定,雖然 25% 的能量需求用於管家活動,如維護細胞壁,但大部分 75% 用於信息處理,如計算和傳輸神經信號。

我們無法以這種方式測量人類大腦的能量消耗,但我們可以追踪氧氣,因為大腦活動的增加需要更多的氧氣。

測量我們身體耗氧量變化的一種方法是測量二氧化碳?透過二氧化碳圖裝置(空氣進入管子)測量水平。這要求參與者戴口罩,但否則 無創.

研究確實表明增加的精神負荷(例如進行心算、推理或多任務處理)與增加的耗氧量有關(通過 一氧化碳?發布).

然而,耗氧量增加也可能是由於全身對情緒化、壓力大的情況做出反應,而不是反映大腦活動的實際變化。

我們可以只測量大腦中的氧氣使用情況嗎?

情況很複雜。 大腦活動的增加會觸發富氧血液供應的增加。 額外供應的富含氧氣的血液是區域特定的,可以(字面意思)以微米精度引導到活躍的神經元。

由於血液和它的氧氣被微弱地吸引 磁場,我們可以使用 MRI(磁共振成像)這種無輻射工具來獲得大腦活動的間接測量值。

但不幸的是,我們無法使用 MRI 來告訴我們大腦在不同的心理活動中使用了多少能量。 MRI 研究只能確定大腦活動和能量消耗的相對差異,而不是絕對值。

然而,這是有道理的,因為我們的大腦始終處於開啟狀態,因此始終需要能量。 即使在瞬間,我們可能會隨意考慮空閒的思維狀態,我們仍然處理大量信息。

首先,永遠存在感官輸入:我們通常不會在一個地方度過一天 暗浮槽.

其次,我們的心理活動,即使在看似無任務的狀態下,也會從我們回憶過去的事件和規劃我們的未來中跳出來。

最後,我們的情緒,即使是微妙的(例如平靜或不確定的感覺),也是大腦活動的產物,因此伴隨著持續的能量消耗。

那麼,大腦活動增加了多少?

讓我們做一些簡單的事情,比如注意力。 MRI 研究表明,與被動觀察移動物體相比,仔細觀察移動物體會增加我們視覺皮層的大腦活動 大約1%.

這似乎並不多,特別是考慮到容納視覺皮層(使我們看到的東西有意義)的枕葉僅構成 約18% 我們的大腦質量。

但有趣的是,處理視覺信息會導致 活動減少 在聽覺區域,這意味著我們花費更少的精力來處理環境中的聲音。 反之亦然:當我們注意聽覺信息時,我們會減少視覺處理活動。

在全腦水平上,視覺刺激的注意力成本可能已經被聽覺處理的節省所抵消。

我們在思考和使用大腦時消耗了多少能量?
當我們專注於不同的事物時,我們的大腦會做出權衡。
SHUTTERSTOCK

因此,簡而言之,研究告訴我們心理活動確實與能量消耗增加有關。 儘管如此,這種增長仍然是最小的,特定於地區的,並且經常被其他地區的能源減少所抵消。

那麼,為什麼我們在腦力活動過多後會感到疲憊呢?

這很可能是精神壓力的結果。 複雜的腦力任務通常在情感上也具有挑戰性,並導致 增加激活 我們的交感神經系統,最終導致精神和身體疲勞。

好消息是我們不必擔心過多的腦力活動會耗盡我們的大腦能量。 但調整自己的節奏以避免精神超負荷、壓力和疲勞仍然是個好主意。談話

關於作者

奧利弗鮑曼, 心理學院助理教授, 邦德大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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