למוח יש בעיות בשרשרת האספקה ​​והנוירונים מסתפקים במה שהם מקבלים
הדם נושא חמצן וחומרי תזונה חיוניים למוח. מר Suphachai Praserdumrongchai/iStock דרך Getty Images

מדעני מוח הניחו מזמן שהנוירונים הם יחידות חמדניות ורעבות הדורשות יותר אנרגיה כשהן הופכות פעילות יותר, ומערכת הדם עומדת בכך בכך שהיא מספקת את כמות הדם הנדרשת כדי לתדלק את פעילותן. ואכן, ככל שהפעילות הנוירונית עולה בתגובה למשימה, זרימת הדם לאותו חלק במוח עולה אפילו יותר מקצב השימוש באנרגיה שלו, מה שמוביל לעודף. עלייה זו היא הבסיס למשותף טכנולוגיית הדמיה פונקציונלית שמייצר מפות צבעוניות של פעילות המוח.

מדענים נהגו לפרש את חוסר ההתאמה הנראה לעין בזרימת הדם ובביקוש לאנרגיה כהוכחה לכך שאין מחסור באספקת דם למוח. הרעיון של אספקה ​​בלתי מוגבלת התבסס על התצפית ש רק כ-40% מהחמצן נעשה שימוש בכל חלק של המוח - ואחוז זה יורד למעשה ככל שחלקים במוח הופכים פעילים יותר. זה נראה הגיוני אבולוציוני: המוח היה מפתח את העלייה המהירה מהנדרש בזרימת הדם כתכונה בטיחותית שמבטיחה אספקת חמצן מספקת בכל עת.

הדמיית תהודה מגנטית פונקציונלית היא אחת מכמה דרכים למדידת המוח.

אבל האם חלוקת הדם במוח אכן תומכת במערכת מבוססת ביקוש? בתור מדען מוח בעצמי, בדקתי בעבר מספר הנחות אחרות לגבי העובדות הבסיסיות ביותר על מוחות וגיליתי שהן לא הסתדרו. אם להזכיר כמה: מוח אנושי אין להם 100 מיליארד נוירונים, למרות שהם כן יש הכי הרבה נוירונים בקליפת המוח מכל מין; ה מידת הקיפול של קליפת המוח אינו מציין כמה נוירונים קיימים; ולא חיות גדולות יותר חיות יותר, אבל אלה עם יותר נוירונים בקליפת המוח שלהם.

אני מאמין שהבנת מה קובע את אספקת הדם למוח חיונית להבנת האופן שבו מוחות פועלים בבריאות ובמחלות. זה כמו איך ערים צריכות להבין אם רשת החשמל הנוכחית תספיק כדי לתמוך בגידול אוכלוסייה עתידי. מוחות, כמו ערים, פועלים רק אם יש להם מספיק אנרגיה.


גרפיקת מנוי פנימית


משאבים כמו כבישים מהירים או נהרות

אבל איך אוכל לבדוק אם זרימת הדם למוח באמת מבוססת ביקוש? המקפיאים שלי היו מלאים במוחות משומרים ומתים. איך לומדים שימוש באנרגיה במוח שאינו משתמש יותר באנרגיה?

למרבה המזל, המוח מותיר אחריו עדויות לשימוש באנרגיה שלו דרך תבנית הכלים המפיצים את הדם לאורכו. חשבתי שאני יכול להסתכל על צפיפות של נימים – הכלים הדקים, ברוחב תא אחד, המעבירים גזים, גלוקוז ומטבוליטים בין המוח והדם. הרשתות הנימים האלה ישמרו במוח במקפיאים שלי.

מוח מבוסס ביקוש צריך להיות דומה למערכת כבישים. אם עורקים וורידים הם הכבישים המהירים המובילים סחורות לעיר של חלקים ספציפיים במוח, נימים דומים לרחובות השכונתיים המספקים למעשה סחורה למשתמשים הסופיים שלהם: נוירונים בודדים והתאים שעובדים איתם. רחובות וכבישים מהירים נבנים לפי דרישה, ומפת דרכים מראה איך נראית מערכת מבוססת ביקוש: הכבישים מרוכזים לרוב בחלקים של המדינה שבהם יש יותר אנשים - היחידות זוללות האנרגיה של החברה.

לעומת זאת, מוח מוגבל באספקה ​​צריך להיראות כמו אפיקי הנהר של מדינה, שלא אכפת לה פחות מהמקום שבו אנשים נמצאים. המים יזרמו היכן שהם יכולים, והערים פשוט צריכות להסתגל ולהסתפק במה שהן יכולות להשיג. רוב הסיכויים, ערים ייווצרו בקרבת העורקים הראשיים - אך בהיעדר שיפוץ גדול ותכליתי, צמיחתן ופעילותן מוגבלות לפי כמות המים הזמינה.

האם הייתי מגלה שנימים מרוכזים בחלקים של המוח עם יותר נוירונים וכביכול דורשים יותר אנרגיה, כמו רחובות וכבישים מהירים שנבנו בצורה מבוססת ביקוש? או שמא אגלה שהם דומים יותר לנחלים ונחלים שמחלחלים לארץ היכן שהם יכולים, בלי לדעת היכן נמצאים רוב האנשים, באופן מונע היצע?

מה שמצאתי היה הוכחה ברורה לאחרון. ל שני העכברים וחולדות, צפיפות נימים מהווה דל 2% עד 4% מנפח המוח, ללא קשר לכמה נוירונים או סינפסות קיימים. דם זורם במוח כמו מים במורד נהרות: היכן שהוא יכול, לא היכן שהוא נחוץ.

אם הדם זורם ללא קשר לצורך, הדבר מרמז שהמוח באמת משתמש בדם בזמן שהוא מסופק. מצאנו שהשינויים הזעירים בצפיפות הנימים על פני חלקים שונים של מוחות של חולדות מתות תאמו בצורה מושלמת את שיעורי זרימת הדם וצריכת האנרגיה באותם חלקים של מוחות אחרים של חולדות חיים, שחוקרים מדדו 15 שנים קודם לכן.

פתרון זרימת דם ודרישת אנרגיה

האם הצפיפות הספציפית של נימים בכל חלק של המוח יכולה להיות כל כך מגבילה שהיא מכתיבה כמה אנרגיה חלק זה משתמש? והאם זה יחול על המוח בכללותו?

שיתפתי פעולה עם עמית שלי דאג רוטמן לענות על שאלות אלו. יחד, גילינו שלא רק שהמוח של בני אדם וגם של חולדה עושים מה שהם יכולים עם הדם שהם מקבלים ובדרך כלל פועלים בקיבולת של כ-85%, אלא שפעילות המוח הכוללת היא אכן מוכתב על ידי צפיפות נימי, כל השאר שווים.

הסיבה לכך שרק 40% מהחמצן שסופק למוח מתרגל בפועל היא מכיוון שזו הכמות המקסימלית שניתן להחליף תוך כדי זרימת הדם - כמו עובדים שמנסים לאסוף פריטים בפס ייצור מהר מדי. עורקים מקומיים יכולים להעביר יותר דם לנוירונים אם הם יתחילו להשתמש במעט יותר חמצן, אבל זה בא במחיר של הסטת דם מחלקים אחרים של המוח. מכיוון שחילופי הגז כבר היו קרובים לקיבולת מלאה מלכתחילה, נראה שחלק מיצוי החמצן אפילו יורד עם עלייה קלה באספקה.

מרחוק, השימוש באנרגיה במוח עשוי להיראות מבוסס ביקוש - אבל הוא באמת מוגבל בהיצע.

אספקת הדם משפיעה על פעילות המוח

אז למה כל זה משנה?

הממצאים שלנו מציעים הסבר אפשרי מדוע המוח לא יכול לבצע ריבוי משימות באמת - רק לעבור במהירות בין מוקדים. מכיוון שזרימת הדם לכל המוח מווסתת בקפידה ונשארת קבועה למעשה לאורך היום כאשר אתה מחליף בין פעילויות, המחקר שלנו מציע שכל חלק במוח שחווה עלייה בפעילות - בגלל שאתה מתחיל לעשות מתמטיקה או לנגן שיר, עבור לדוגמה - יכול לקבל רק מעט יותר זרימת דם על חשבון הסטת זרימת הדם מחלקים אחרים של המוח. לפיכך, ה חוסר יכולת לעשות שני דברים בו זמנית ייתכן שמקורו בזרימת הדם למוח מוגבלת בהיצע, לא מבוססת ביקוש.

סריקות מוח רבות
הבנה טובה יותר של אופן פעולת המוח יכולה להציע תובנות לגבי התנהגות אנושית ומחלות.
פיטר דאזלי / בנק התמונות באמצעות Getty Images

הממצאים שלנו מציעים גם תובנות לגבי ההזדקנות. אם נוירונים חייבים להסתפק באנרגיה שהם יכולים לקבל מאספקת דם קבועה ברובה, אזי חלקי המוח בעלי הצפיפות הגבוהה ביותר של נוירונים יהיו הראשונים להיפגע כאשר יש מחסור - בדיוק כמו שהערים הגדולות מרגישות את כאב של בצורת לפני קטנים יותר.

בקורטקס, החלקים עם ה צפיפות הנוירונים הגבוהה ביותר הם ההיפוקמפוס והקורטקס האנטורינאלי. אזורים אלה מעורבים בזיכרון לטווח קצר וב הראשון שסובל בהזדקנות. יש צורך במחקר נוסף כדי לבדוק אם החלקים במוח הפגיעים ביותר להזדקנות ומחלות הם אלו עם המספר הרב ביותר של נוירונים ארוזים יחד ומתחרים על אספקת דם מוגבלת.

אם זה נכון שנימים, כמו נוירונים, יימשך כל החיים בבני אדם כפי שהם עושים בעכברי מעבדה, אז הם עשויים למלא תפקיד גדול יותר בבריאות המוח מהצפוי. כדי לוודא שהנוירונים במוח שלך נשארים בריאים בגיל מבוגר, טיפול בנימים שמספקים להם דם עשוי להיות הימור טוב. החדשות הטובות הן שישנן שתי דרכים מוכחות לעשות זאת: א תזונה בריאה ו להתעמל, שאף פעם לא מאוחר מדי להתחיל.

שיחה

על המחבר

סוזנה הרקולנו-הוזל, פרופסור חבר לפסיכולוגיה, האוניברסיטה ונדרבילט

מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.

ספרים קשורים:

הגוף שומר על הציון: מוח וגוף בריפוי טראומה

מאת בסל ואן דר קולק

ספר זה בוחן את הקשרים בין טראומה לבריאות גופנית ונפשית, ומציע תובנות ואסטרטגיות לריפוי והחלמה.

לחץ למידע נוסף או להזמנה

נשימה: המדע החדש של אמנות אבודה

מאת ג'יימס נסטור

ספר זה חוקר את המדע והפרקטיקה של הנשימה, ומציע תובנות וטכניקות לשיפור הבריאות הגופנית והנפשית.

לחץ למידע נוסף או להזמנה

פרדוקס הצמח: הסכנות הנסתרות במזונות "בריאים" הגורמים למחלות ולעלייה במשקל

מאת סטיבן ר. גונדרי

ספר זה בוחן את הקשרים בין תזונה, בריאות ומחלות, ומציע תובנות ואסטרטגיות לשיפור הבריאות והרווחה הכללית.

לחץ למידע נוסף או להזמנה

קוד החסינות: הפרדיגמה החדשה לבריאות אמיתית ואנטי אייג'ינג רדיקלי

מאת ג'ואל גרין

ספר זה מציע נקודת מבט חדשה על בריאות וחסינות, תוך הסתמכות על עקרונות של אפיגנטיקה ומציע תובנות ואסטרטגיות לייעול בריאות והזדקנות.

לחץ למידע נוסף או להזמנה

המדריך המלא לצום: רפא את גופך באמצעות צום לסירוגין, יום חלופי וארוך

מאת ד"ר ג'ייסון פונג וג'ימי מור

ספר זה חוקר את המדע והפרקטיקה של צום ומציע תובנות ואסטרטגיות לשיפור הבריאות והרווחה הכללית.

לחץ למידע נוסף או להזמנה