Το αίμα μεταφέρει οξυγόνο και ζωτικά θρεπτικά συστατικά στον εγκέφαλο. Ο κ. Suphachai Praserdumrongchai/iStock μέσω Getty Images
Οι νευροεπιστήμονες υποθέτουν εδώ και καιρό ότι οι νευρώνες είναι άπληστες, πεινασμένες μονάδες που απαιτούν περισσότερη ενέργεια όταν γίνονται πιο ενεργοί και ότι το κυκλοφορικό σύστημα συμμορφώνεται παρέχοντας όσο αίμα χρειάζονται για να τροφοδοτήσουν τη δραστηριότητά τους. Πράγματι, καθώς η νευρωνική δραστηριότητα αυξάνεται ως απόκριση σε μια εργασία, η ροή του αίματος σε αυτό το τμήμα του εγκεφάλου αυξάνεται ακόμη περισσότερο από τον ρυθμό χρήσης ενέργειας, οδηγώντας σε πλεόνασμα. Αυτή η αύξηση είναι η βάση της κοινής λειτουργική τεχνολογία απεικόνισης που δημιουργεί έγχρωμους χάρτες της εγκεφαλικής δραστηριότητας.
Οι επιστήμονες συνήθιζαν να ερμηνεύουν αυτή τη φαινομενική αναντιστοιχία στη ροή του αίματος και στη ζήτηση ενέργειας ως απόδειξη ότι δεν υπάρχει έλλειψη παροχής αίματος στον εγκέφαλο. Η ιδέα μιας απεριόριστης προσφοράς βασίστηκε στην παρατήρηση ότι μόνο περίπου το 40% του οξυγόνου χρησιμοποιείται σε κάθε μέρος του εγκεφάλου – και αυτό το ποσοστό στην πραγματικότητα μειώνεται καθώς τμήματα του εγκεφάλου γίνονται πιο ενεργά. Φαινόταν να έχει εξελικτικό νόημα: Ο εγκέφαλος θα είχε εξελίξει αυτήν την ταχύτερη από την απαιτούμενη αύξηση της ροής του αίματος ως χαρακτηριστικό ασφαλείας που εγγυάται επαρκή παροχή οξυγόνου ανά πάσα στιγμή.
Αλλά η κατανομή αίματος στον εγκέφαλο υποστηρίζει πραγματικά ένα σύστημα που βασίζεται στη ζήτηση; Ως νευροεπιστήμονας ο ίδιος, είχα εξετάσει προηγουμένως μια σειρά από άλλες υποθέσεις σχετικά με τα πιο βασικά στοιχεία για τον εγκέφαλο και βρήκα ότι δεν έβγαιναν έξω. Για να αναφέρουμε μερικά: Ανθρώπινοι εγκέφαλοι δεν έχουν 100 δισεκατομμύρια νευρώνες, αν και το κάνουν έχουν τους περισσότερους φλοιώδεις νευρώνες οποιουδήποτε είδους· ο βαθμός αναδίπλωσης του εγκεφαλικού φλοιού δεν υποδεικνύει πόσοι νευρώνες υπάρχουν. και δεν είναι τα μεγαλύτερα ζώα που ζουν περισσότερο, αλλά εκείνους με περισσότερους νευρώνες στον φλοιό τους.
Πιστεύω ότι το να καταλάβουμε τι καθορίζει την παροχή αίματος στον εγκέφαλο είναι απαραίτητο για την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του εγκεφάλου στην υγεία και τις ασθένειες. Είναι σαν το πώς οι πόλεις πρέπει να καταλάβουν εάν το τρέχον ηλεκτρικό δίκτυο θα είναι αρκετό για να υποστηρίξει μια μελλοντική αύξηση του πληθυσμού. Οι εγκέφαλοι, όπως και οι πόλεις, λειτουργούν μόνο εάν έχουν αρκετή ενέργεια.
Πόροι ως αυτοκινητόδρομοι ή ποτάμια
Αλλά πώς θα μπορούσα να ελέγξω εάν η ροή του αίματος στον εγκέφαλο βασίζεται πραγματικά στη ζήτηση; Οι καταψύκτες μου ήταν γεμάτοι με διατηρημένα, νεκρά μυαλά. Πώς μελετάτε τη χρήση ενέργειας σε έναν εγκέφαλο που δεν χρησιμοποιεί πια ενέργεια;
Ευτυχώς, ο εγκέφαλος αφήνει πίσω του στοιχεία για τη χρήση της ενέργειας του μέσω του σχεδίου των αγγείων που διανέμουν το αίμα σε αυτόν. Σκέφτηκα ότι μπορούσα να κοιτάξω το πυκνότητα τριχοειδών αγγείων – τα λεπτά αγγεία πλάτους ενός κυττάρου που μεταφέρουν αέρια, γλυκόζη και μεταβολίτες μεταξύ του εγκεφάλου και του αίματος. Αυτά τα τριχοειδή δίκτυα θα διατηρούνταν στους εγκεφάλους στους καταψύκτες μου.
Ένας εγκέφαλος που βασίζεται στη ζήτηση θα πρέπει να είναι συγκρίσιμος με ένα οδικό σύστημα. Εάν οι αρτηρίες και οι φλέβες είναι οι κύριοι αυτοκινητόδρομοι που μεταφέρουν εμπορεύματα στην πόλη συγκεκριμένων τμημάτων του εγκεφάλου, τα τριχοειδή αγγεία μοιάζουν με τους δρόμους της γειτονιάς που πραγματικά παραδίδουν αγαθά στους τελικούς χρήστες τους: μεμονωμένους νευρώνες και τα κύτταρα που συνεργάζονται με αυτούς. Οι δρόμοι και οι αυτοκινητόδρομοι κατασκευάζονται κατόπιν ζήτησης και ένας οδικός χάρτης δείχνει πώς μοιάζει ένα σύστημα που βασίζεται στη ζήτηση: Οι δρόμοι είναι συχνά συγκεντρωμένοι σε μέρη της χώρας όπου υπάρχουν περισσότεροι άνθρωποι – οι ενεργειακές μονάδες της κοινωνίας.
Αντίθετα, ένας εγκέφαλος περιορισμένης προσφοράς θα πρέπει να μοιάζει με τις κοίτες ενός ποταμού μιας χώρας, η οποία δεν θα μπορούσε να ενδιαφέρεται λιγότερο για το πού βρίσκονται οι άνθρωποι. Το νερό θα ρέει όπου μπορεί, και οι πόλεις πρέπει απλώς να προσαρμοστούν και να αρκεστούν με ό,τι μπορούν. Οι πιθανότητες είναι ότι οι πόλεις θα σχηματιστούν κοντά στις κύριες αρτηρίες – αλλά απουσία σημαντικής, σκόπιμης αναδιαμόρφωσης, η ανάπτυξη και οι δραστηριότητές τους περιορίζονται από το πόση ποσότητα νερού είναι διαθέσιμη.
Θα έβρισκα ότι τα τριχοειδή αγγεία είναι συγκεντρωμένα σε μέρη του εγκεφάλου με περισσότερους νευρώνες και υποτίθεται ότι απαιτούν περισσότερη ενέργεια, όπως δρόμοι και αυτοκινητόδρομοι που κατασκευάζονται με τρόπο που βασίζεται στη ζήτηση; Ή μήπως θα έβρισκα ότι μοιάζουν περισσότερο με κολπίσκους και ρυάκια που διαπερνούν τη γη όπου μπορούν, αγνοώντας πού βρίσκονται οι περισσότεροι άνθρωποι, με τρόπο που καθοδηγείται από την προσφορά;
Αυτό που βρήκα ήταν ξεκάθαρες αποδείξεις για το τελευταίο. Για και τα δύο ποντίκια και αρουραίους, η πυκνότητα των τριχοειδών αποτελεί ένα πενιχρό 2% έως 4% του όγκου του εγκεφάλου, ανεξάρτητα από το πόσοι νευρώνες ή συνάψεις υπάρχουν. Το αίμα ρέει στον εγκέφαλο σαν νερό στα ποτάμια: όπου μπορεί, όχι όπου χρειάζεται.
Εάν το αίμα ρέει ανεξάρτητα από την ανάγκη, αυτό σημαίνει ότι ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί πραγματικά αίμα όπως παρέχεται. Βρήκαμε ότι οι μικροσκοπικές διακυμάνσεις στην πυκνότητα των τριχοειδών σε διάφορα μέρη του εγκεφάλου των νεκρών αρουραίων ταίριαζαν τέλεια με τους ρυθμούς ροής αίματος και χρήσης ενέργειας στα ίδια μέρη άλλων ζωντανών εγκεφάλων αρουραίων που μέτρησαν οι ερευνητές 15 χρόνια πριν.
Επίλυση της ροής του αίματος και της ζήτησης ενέργειας
Θα μπορούσε η ειδική πυκνότητα των τριχοειδών αγγείων σε κάθε μέρος του εγκεφάλου να είναι τόσο περιοριστική που να υπαγορεύει πόση ενέργεια χρησιμοποιεί αυτό το μέρος; Και θα ισχύει αυτό για τον εγκέφαλο συνολικά;
Συνεργάστηκα με τον συνάδελφό μου Νταγκ Ρόθμαν να απαντήσει σε αυτές τις ερωτήσεις. Μαζί, ανακαλύψαμε ότι όχι μόνο ο εγκέφαλος του ανθρώπου και του αρουραίου κάνει ό,τι μπορούν με το αίμα που παίρνουν και συνήθως λειτουργούν με περίπου 85% ικανότητα, αλλά η συνολική εγκεφαλική δραστηριότητα είναι πράγματι που υπαγορεύεται από την πυκνότητα των τριχοειδών, όλα τα άλλα είναι ίσα.
Ο λόγος για τον οποίο στην πραγματικότητα χρησιμοποιείται μόνο το 40% του οξυγόνου που παρέχεται στον εγκέφαλο είναι επειδή αυτή είναι η μέγιστη ποσότητα που μπορεί να ανταλλάσσεται καθώς ρέει αίμα - όπως οι εργαζόμενοι που προσπαθούν να σηκώσουν αντικείμενα σε μια γραμμή συναρμολόγησης που πηγαίνει πολύ γρήγορα. Οι τοπικές αρτηρίες μπορούν να παραδώσουν περισσότερο αίμα στους νευρώνες εάν αρχίσουν να χρησιμοποιούν λίγο περισσότερο οξυγόνο, αλλά αυτό έχει το κόστος της εκτροπής του αίματος από άλλα μέρη του εγκεφάλου. Δεδομένου ότι η ανταλλαγή αερίων ήταν ήδη σχεδόν σε πλήρη δυναμικότητα από την αρχή, το κλάσμα της εξαγωγής οξυγόνου φαίνεται να μειώνεται ακόμη και με μια ελαφρά αύξηση στην παροχή.
Από μακριά, η χρήση ενέργειας στον εγκέφαλο μπορεί να φαίνεται βασισμένη στη ζήτηση – αλλά στην πραγματικότητα είναι περιορισμένη από την προσφορά.
Η παροχή αίματος επηρεάζει την εγκεφαλική δραστηριότητα
Γιατί, λοιπόν, κάτι από αυτά έχει σημασία;
Τα ευρήματά μας προσφέρουν μια πιθανή εξήγηση για το γιατί ο εγκέφαλος δεν μπορεί πραγματικά να κάνει πολλαπλές εργασίες – μόνο γρήγορα εναλλάσσονται οι εστίες. Επειδή η ροή του αίματος σε ολόκληρο τον εγκέφαλο ρυθμίζεται αυστηρά και παραμένει ουσιαστικά σταθερή καθ' όλη τη διάρκεια της ημέρας καθώς εναλλάσσετε δραστηριότητες, η έρευνά μας προτείνει ότι οποιοδήποτε μέρος του εγκεφάλου παρουσιάζει αύξηση στη δραστηριότητα - επειδή ξεκινάτε να κάνετε μαθηματικά ή να παίζετε ένα τραγούδι, Παράδειγμα – μπορεί να έχει ελαφρώς περισσότερη ροή αίματος σε βάρος της εκτροπής της ροής του αίματος από άλλα μέρη του εγκεφάλου. Έτσι, το αδυναμία να κάνει δύο πράγματα ταυτόχρονα μπορεί να έχει τις ρίζες της στο ότι η ροή του αίματος στον εγκέφαλο είναι περιορισμένη στην προσφορά και όχι στη ζήτηση.
Η καλύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του εγκεφάλου θα μπορούσε να προσφέρει πληροφορίες για την ανθρώπινη συμπεριφορά και τις ασθένειες. Peter Dazeley / The Image Bank μέσω Getty Images
Τα ευρήματά μας προσφέρουν επίσης μια εικόνα για τη γήρανση. Εάν οι νευρώνες πρέπει να αντεπεξέλθουν στην ενέργεια που μπορούν να λάβουν από μια κυρίως σταθερή παροχή αίματος, τότε τα μέρη του εγκεφάλου με τις υψηλότερες πυκνότητες νευρώνων θα είναι τα πρώτα που θα επηρεαστούν όταν υπάρχει έλλειψη - όπως οι μεγαλύτερες πόλεις αισθάνονται πόνος ξηρασίας πριν από μικρότερες.
Στον φλοιό, τα μέρη με το υψηλότερες πυκνότητες νευρώνων είναι ο ιππόκαμπος και ο ενδορινικός φλοιός. Αυτές οι περιοχές εμπλέκονται στη βραχυπρόθεσμη μνήμη και την πρώτος που υποφέρει στη γήρανση. Απαιτείται περισσότερη έρευνα για να ελεγχθεί εάν τα μέρη του εγκεφάλου που είναι πιο ευάλωτα στη γήρανση και τις ασθένειες είναι εκείνα με τον μεγαλύτερο αριθμό νευρώνων συγκεντρωμένοι και ανταγωνίζονται για περιορισμένη παροχή αίματος.
Αν είναι αλήθεια ότι τα τριχοειδή αγγεία, όπως οι νευρώνες, διαρκέσει μια ζωή στους ανθρώπους όπως και στα ποντίκια εργαστηρίου, τότε μπορεί να διαδραματίσουν μεγαλύτερο ρόλο στην υγεία του εγκεφάλου από ό,τι αναμενόταν. Για να βεβαιωθείτε ότι οι νευρώνες του εγκεφάλου σας παραμένουν υγιείς σε μεγάλη ηλικία, η φροντίδα των τριχοειδών αγγείων που τους κρατούν εφοδιασμένους με αίμα μπορεί να είναι ένα καλό στοίχημα. Τα καλά νέα είναι ότι υπάρχουν δύο αποδεδειγμένοι τρόποι για να γίνει αυτό: α υγιεινή διατροφή και άσκηση, που ποτέ δεν είναι αργά για να ξεκινήσουν.
Σχετικά με το Συγγραφέας
Suzana Herculano-Houzel, Αναπληρωτής Καθηγητής Ψυχολογίας, Πανεπιστήμιο Vanderbilt
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.
Σχετικές Βιβλία:
The Body Keeps the Score: Brain Mind and Body in the Healing of Trauma
από τον Bessel van der Kolk
Αυτό το βιβλίο διερευνά τις συνδέσεις μεταξύ του τραύματος και της σωματικής και ψυχικής υγείας, προσφέροντας ιδέες και στρατηγικές για τη θεραπεία και την ανάρρωση.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
Breath: The New Science of a Lost Art
από τον James Nestor
Αυτό το βιβλίο διερευνά την επιστήμη και την πρακτική της αναπνοής, προσφέροντας ιδέες και τεχνικές για τη βελτίωση της σωματικής και ψυχικής υγείας.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
Το παράδοξο των φυτών: Οι κρυμμένοι κίνδυνοι σε «υγιεινές» τροφές που προκαλούν ασθένειες και αύξηση βάρους
από τον Steven R. Gundry
Αυτό το βιβλίο διερευνά τους δεσμούς μεταξύ διατροφής, υγείας και ασθένειας, προσφέροντας ιδέες και στρατηγικές για τη βελτίωση της συνολικής υγείας και ευεξίας.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
The Immunity Code: The New Paradigm for Real Health and Radical Anti-aging
από τον Joel Greene
Αυτό το βιβλίο προσφέρει μια νέα προοπτική για την υγεία και την ανοσία, βασιζόμενη στις αρχές της επιγενετικής και προσφέροντας ιδέες και στρατηγικές για τη βελτιστοποίηση της υγείας και της γήρανσης.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
Ο πλήρης οδηγός νηστείας: Θεραπεύστε το σώμα σας μέσω διαλείπουσας, εναλλασσόμενης ημέρας και παρατεταμένης νηστείας
από τον Δρ Jason Fung και τον Jimmy Moore
Αυτό το βιβλίο διερευνά την επιστήμη και την πρακτική της νηστείας προσφέροντας ιδέες και στρατηγικές για τη βελτίωση της συνολικής υγείας και ευεξίας.
