Сжигаем ли мы больше калорий, когда усиленно думаем?
Все наши органы сжигают калории, когда они выполняют свои функции, правильно? Значит, так как мозг — это орган, мышление сжигает калории, а усиленное мышление сжигает больше калорий?
Вспомните, в мультфильмах, когда герой думает, большое количество пара выходит у него из ушей? Хорошо, немного преувеличенно, но серьезная встряска там действительно происходит, когда мы делаем умственное усилие. Мозг сжигает много калорий в состоянии покоя, и по внешним признакам мы можем с легкостью заключить, что концентрация способствует использованию энергии для потенциальных действий. Действительность , однако, более сложна, и, на мой взгляд, намного более интересна.
Наш мозг составляет только 2 процента всей нашей массы тела, но потребляет примерно 20 процентов всего нашего потребления калорий. Процент еще выше у детей, мозг которых все еще развивается. Мозг среднестатическо го новорожденного использует около 75 процентов доступной энергии, 11-летнего – одну треть, а взрослого человека, если перевести в единицы энергии, — около 20 ватт.
Около 60 — 80 процентов энергии мозга используется для «нейронной передачи сигналов» — думаю, так это называют обычные обыватели, посвящающие свою жизнь ремонту и пополнению припасов. Так же как и любая физическая материя, мозг «сжигает» глюкозу, которая взаимодействует с кислородом для выработки «топлива». Глюкозу и кислород несет кровь, таким образом, во время напряженной умственной деятельности мы можем почувствовать повышение мозгового кровотока и увеличение использования глюкозы и кислорода, и как следствие, большее потребление энергии.
И вот, что обнаружили ученые в процессе своих исследований:
• В 1878 году итальянский ученый, работающий с пациентом с повреждением черепа, обнаружил, что мозг пульсировал быстрее, когда подопытный решал арифметические задачи.
• В исследовании 1995 года, потребление глюкозы и мозговой кровоток волонтеров, проходивших тест сортировки карточек, увеличились на 12 процентов.
• Исследование 1987 года, которое требовало от волонтеров думать о дневной прогулке, увеличило их метаболизм мозга на 10 процентов.
• Исследование 1992 года игроков в тетрис показало, что, если они играли в игру 5 дней в неделю в течении месяца или двух, потребление мозгом глюкозы значительно увеличивалось, предполагалось, что их мышление становилось более эффективным с практикой.
Однако, при детальном рассмотрении не все просто. Например, вернемся к тесту сортировки карточек, в то время как мозговой кровоток и потребление глюкозы повысились, использование кислорода — нет, это значит, что не было никакого увеличения сгорания — мозг не «сжег» заметно большего количества «топлива». Именно это и пытаются выяснить нейробиологи до сих пор. Мозговой кровоток не увеличивается настолько быстро, чтобы обеспечить мгновенное увеличение потребления энергии; исследователи теперь предполагают, что скорость течения крови увеличивается, чтобы охладить мозг или унести ненужные продукты. Распад глюкозы усиливается, но без сгорания (окисления) энергетический скачок невелик, возможно, менее 1-го процента.
Тем не менее, факт остается фактом: мозг потребляет непропорциональн о большую долю энергии, большая часть которой тратится на мышление. При этом некоторые ученые, изучающие мозг, говорят, что мы должны придерживаться иного мнения о том, что там происходит. Ранее считалось, что мозг чрезвычайно пассивно реагирует на внешние стимулы. Теперь, когда мы понимаем, что внешние события не влияют настолько сильно на изменение в потреблении мозгом энергии, вырисовывается другая картина: большая часть нашей умственной деятельности происходит строго в наших головах.
«Ну и что», — скажете вы. Секунду. Невропатолог Маркус Рэйчл, пишущий для журнала «Science», называет мозг «механизмом логического вывода Байеса, разработанным, чтобы делать предсказания о будущем». Другими словами, мозг сам создает воспоминания, заключения и желания, из которых и состоит наша личность. Вся эта энергия идет на то, чтобы накормить команду «курящих трубу карликов» между нашими ушами, которые принимают все наши чувства, обдумывают их и организуют наши дальнейшие действия.
И эти карлики работают достаточно эффективно. В человеческом мозге содержится приблизительно 86 миллиардов нейронов, занимающих объем соизмеримый с грейпфрутом (у горилл и орангутангов, самых близких к нам по размеру мозга приматов, их около 33 миллиардов). Самый мощный электронный мозг в мире в настоящее время — суперкомпьютер Titan, расположенный в Окриджской национальной лаборатории в Теннесси, который может выполнить 17.6 квадрильонов операций с плавающей запятой в секунду или 17.6 петафлоп. Принимая во внимание, что ум и компьютеры не совсем сопоставимы, считается, что вычислительная мощность человеческого мозга составляет 1 эксафлоп (в 57 раз больше компьютерной).
Конечно, с точки зрения чисто вычислительной мощности машины несомненно превзойдут людей, некоторые полагают, что в течение десятилетия. Но давайте отнесем это к будущему. Помните, взрослый мозг использует приблизительно 20 ватт, это значит, что его производительнос ть — приблизительно 50 петафлоп на ватт. Производительнос ть обычного суперкомпьютера — 2.5 гигафлоп на ватт. Это 1/20 миллионных эффективности мозга. Другими словами, суперкомпьютер Titan – 8.2. мега ваттный монстр жидкостного охлаждения, размером с большой пригородный дом. Более мощная человеческая модель работает на хлопьях Cheerios может поместиться в шляпу.