Память и энергобаланс мозга

Примерное время на чтение статьи: 6 минуты

Память человека является свойством высшей нервной системы головного мозга. Она имеет свой носитель в виде нейронных сетей, в которых биоэлетрохимические процессы происходят постоянно при жизни (днем и ночью),  прекращаются только после смерти. Если человек ведет активную деятельность, то энергетические затраты мозга возрастают. Наивысшего пика потребление мозгом энергии достигается при активной умственной деятельности. Из этого следует, что энергетические затраты на содержание памяти целесообразно разделять на постоянные и временные, соотносить их с массой тела.

Соотношение затрат мозга и тела

Для определения затрат мозга обычно пользуются двумя видами расчетов: абсолютными, вытекающими из массы мозга, и относительными — определяющимися из отношения массы мозга к массе всего тела. Исходя из показателей, определяют уровень обмена и соответствующую долю энергетических затрат на содержание умственной деятельности.

Для оценки интеллекта критерий относительности массы мозга и телу неприемлем. С максимальной относительной массой мозга по отношению к массе тела среди животных считается колибри, где эта пропорция составляет 1/12. Соответственно, принимать соотношение массы мозга к телу для определения уровня интеллекта представляется ошибочным. Мелким птицам, как мы знаем, не принадлежат выдающиеся научные открытия, хотя по относительности размеров мозга к телу они опережают человека. Количественные отношения мозга и тела только косвенно отражают основные направления эволюции мозга, в результате которого он претерпел существенные качественные изменений, приобрел относительно новую структурную часть головного мозга – новую кору или неокортекс.

Приведенные в таблице соотношения массы мозга к телу, показывают, что у лягушки и жука-плавунца индексы мозговых замеров соотносятся с индексами приматов и высокоразвитых млекопитающих. Это лишний раз подтверждает, что масса мозга не является критерием интеллекта.

Энергетический баланс мозга

  Для начала нужно понять, что мозг содержит до 150 миллиардов нервных клеток — нейронов, которые образуют сложную сеть связей: синапсов, дендритов, аксонов, глиальных клеток и др. Нейроны постоянно обмениваются сигналами между собой с помощью электрических сигналов и химических веществ — нейромедиаторов. Для того чтобы нейроны и синапсы работали эффективно, им нужна энергия.

    Общий баланс энергетических затрат мозга складывается из потребления: кислорода, питательных веществ и воды.

Мозг получает кислород, воду с растворами электролитов и питательные вещества, по законам, не имеющим никакого отношения к метаболизму других органов тела. Величины потребления мозгом этих трех компонентов относительно стабильны и не могут быть ниже некоторых предельных значений для обеспечения работы мозга. К примеру, если у любого млекопитающего потребление кислорода становится меньше 12,6 л/(кг*час), наступает смерть. При таком уровне кислорода мозг может работать 10-15 секунд, через 2 минуты угасает рефлекторная активность, через 6 минут начинается отмирание нейронов.

Базовое потребление мозгом человека питательных веществ и кислорода составляет примерно 15-18% всего организма.

Мозг — это самый энергоемкий орган в организме человека. Он составляет около 2% от общей массы тела, но потребляет от 10% всей энергии, т.е. в 5 раз больше любого другого органа.

При активно работающем мозге его энергетические затраты возрастают в 2 раза, а если учесть активность всей нервной системы на пике активности мозга, то энергозатраты увеличиваются до 25-30%.

Получается, что мышление и память — самые дорогие деятельные процессы в человеческом организме, поэтому, чем меньше используется мозг для мыслительной деятельности, тем дешевле он обходится организму. Минимизация времени интенсивной работы мозга связана с большим набором врожденных,  инстинктивно-гормональных программ поведения, которые хранятся в мозге. Эти алгоритмы нуждаются лишь в небольших коррекциях со стороны мозга в зависимости от конкретных условий. Пример экономии энергии мозга воочию можно наблюдать, когда люди изъясняются шаблонными фразами. Многие жизненные ситуации люди решают на уровне инстинктивно-гормонального поведения, использую мыслительную деятельность коры головного мозга, когда не могут решить проблем на уровне имеющихся в памяти шаблонов. Ответ на вопрос, почему люди часто совершают ошибки, прост: решения принимаются не на основе мыслительных процессов, а под влияние инстинктивно-гормонального поведения.

   Из приведенных данных  скорости обменных процессов в мозге при разных режимах видно, что напряженная работа мозга требует удвоения энергозатрат, а значит и потребления пищи, что является сдерживающим фактором при выборе поведения человеком: «лежать на диване» или заниматься умственным трудом — обучением, творчеством. При такой организации жизни энергетическая ценность мозга невысока, тип поведения характеризуется послушанием и повиновением, результат использования мозга очень скромный, собственных мыслей и благородных поступков — мало.

Питание памяти мозга

Питание памяти мозга — это комплекс факторов, которые обеспечивают доставку и утилизацию веществ, необходимых для нормальной работы нейронов и глиальных клеток. К таким факторам относятся:

• Кислородный обмен — это процесс, при котором кислород из крови переходит в мозговые клетки, а углекислый газ из мозговых клеток переходит в кровь. Кислород необходим для окисления глюкозы и получения энергии в форме АТФ (аденозинтрифосфата) — универсальное “топливо” для всех клеток.  Углекислый газ является продуктом обмена веществ и должен быть удален из мозга, чтобы поддерживать оптимальный уровень pH. Эффективность кислородного обмена зависит от развитости капиллярной системы тканей мозга. Протяженность капилляров в мозге человека на 1 куб.мм составляет 1200-1400 мм (у лягушки — 160 мм, черепахи – 350, кролика – 600, крысы, кошки, собаки – 900, приматов – 1200 мм.) Для того чтобы потребление кислорода было на высоком уровне, необходимо обеспечивать хорошее кровоснабжение мозга, а для этого нужно регулярно заниматься физической активностью, избегать курения и загрязненного воздуха, а также делать дыхательные упражнения.
• Вода и электролиты — это жидкость и минеральные соли, которые поддерживают объем и давление мозговой жидкости, а также регулируют работу нервных импульсов. Вода составляет около 75% от массы мозга и участвует во всех химических реакциях. Электролиты, такие как натрий, калий, кальций и хлор, создают электрический потенциал на мембранах нейронов и позволяют передавать сигналы между клетками. Средняя норма потребления воды для человека составляет около 2 литров в день. Однако этот показатель может меняться в зависимости от возраста, пола, климата и других факторов. Для того чтобы определить свою индивидуальную норму потребления воды, можно использовать следующую формулу: 30 мл на 1 кг тела. Например, если ваш вес составляет 70 кг, то вы должны пить около 2.1 литра воды в день.
• Питательные вещества — это органические соединения, которые необходимы для синтеза различных биомолекул в мозге, таких как ДНК, РНК, белки, липиды и нейромедиаторы. К питательным веществам относятся глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, холестерин, витамины и микроэлементы. Глюкоза — это основной источник энергии для мозга, аминокислоты — это строительный материал для белков, жирные кислоты — это компоненты для липидов, холестерин — это структурный элемент для мембран, витамины и микроэлементы — это кофакторы для различных ферментов. Для того чтобы получать полезные питательные вещества, необходимо употреблять разнообразную и сбалансированную пищу, богатую белками, здоровыми жирами, овощами, фруктами, орехами и семенами.

При недостатке или избытке какого-либо из перечисленных факторов может нарушаться работа памяти. Например, при гипогликемии (низком уровне глюкозы в крови) может возникать затруднение с концентрацией внимания, снижение способности к запоминанию и воспроизведению информации, а также развитие депрессии и апатии. При гипергликемии (высоком уровне глюкозы в крови) может происходить повреждение сосудов мозга, ухудшение кровообращения и кислородоснабжения мозговых клеток, а также повышение риска развития болезни Альцгеймера.

Выводы

Энергетическая цена памяти мозга очень высока. Память зависит от питания мозга, так как для ее формирования и сохранения требуется энергия и материал. Правильное питание мозга — это важный фактор для поддержания здоровья мозга и памяти. Для этого необходимо соблюдать режим питания, употреблять достаточное количество воды, избегать стресса и курения, а также заниматься физической и умственной активностью.

Надеюсь, эта статья была полезной для Вас!😊

Познайте свой мозг и улучшите память!💪

Записывайтесь на базовый курс обучения «Мнемотехника».❤️

Подписывайтесь на наши социальные сети: