Ю. Нестерова
Источник: http://www.scientificamerican.com/article/thinking-hard-calories/
В отличие от физических упражнений, воркаут для головного мозга вряд ли требует повышенных затрат энергии. Однако уверенность в том, что наш мозг истощен активной работой, тем не менее, может вызвать чувство усталости.
Обновлено 12.11.2015 18:11
С октября по июнь они выползают из аудиторий, классов и физкультурных залов, их глаза щурятся от солнечного света, а пальцы нашаривают кнопку включения сотовых телефонов, молчавших на протяжении четырех часов подряд. Одни из них подносят руку ко лбу, словно пытаясь унять головную боль. Другие замирают перед входом на стоянку, не в силах решить, куда им двигаться дальше. Они полностью истощены, но не из-за напряженной физической деятельности. Скорее всего, эти школьники только что сдали SAT (Scholastic Aptitude Test). «Я крепко заснула, как только вернулась домой», - рассказывает Ikra Ahmad, которая давала интервью для статьи про «SAT-похмелье», опубликованной в блоге The Local газеты New York Times.
Временное истощение умственной деятельности является реально существующим и распространенным явлением. Важно отметить, что оно отличается от синдрома хронической усталости, ассоциирующегося с регулярными нарушениями сна и некоторыми медицинскими расстройствами. Умственная усталость ощущается ежедневно, на подсознательном уровне. Естественно, что напряженная мыслительная деятельность и повышенная концентрация требуют больше энергии, чем обычная работа мозга. Так же, как энергичные физические упражнения приводят к утомлению наших тел, интеллектуальное напряжение должно опустошать разум.
Но по данным последних научных исследований, популярный взгляд на понятие умственного истощения является слишком упрощенным. Мозг постоянно поглощает энергию в огромных для органа такого размера количествах, независимо от того, берем ли мы интегралы или кликаем еженедельный топ-10 забавных фотографий котиков. И хотя активизация нейронов требует повышенного поступления крови, кислорода и глюкозы, локальные всплески потребления энергии - мелочь по сравнению с естественной прожорливостью самого мозга. То есть, в большинстве случаев короткие периоды дополнительных умственных усилий требуют лишь небольшого увеличения мощности головного мозга по сравнению с его обычным состоянием, не более того. Однако в большинстве лабораторных экспериментов состояние добровольцев не подвергалось оценке после многочасовых упражнений в умственной акробатике. Но что-то должно объяснять чувство умственного истощения, даже если физиология этого процесса отличается от механизма накопления физической усталости. Проще всего считать, что наши мозги расходуют так много сил, что этого достаточно, чтобы сделать нас вялыми.
Несмотря на то, что вес головного мозга взрослого человека в среднем составляет около 1,4 кг, то есть только 2% от общей массы тела, на него приходится 20% от общего уровня метаболизма в состоянии покоя (RMR, resting metabolic rate), то есть от общего количества энергии, которое наше тело расходует за один очень «ленивый» день без особой активности. RMR варьируется от человека к человеку и зависит от возраста, пола, физических параметров и состояния здоровья. Предположим, что в среднем RMR составляет 1300 килокалорий, тогда мозг потребляет 260 килокалорий только для того, чтобы содержать себя. Это 10,8 килокалорий в час или 0,18 килокалорий в минуту. (Для сравнения см. таблицу Гарвардской медицинской школы по потреблению калорий во время разных видов деятельности). Минимальные математические расчеты позволяют преобразовать это число в меру мощности:
Таким образом, для работы типичного мозга взрослого человека требуется 12 Вт - это примерно пятая часть мощности, которая требуется для работы стандартной 60-ваттной лампочки. На фоне других органов мозг кажется прожорливым; но он удивительно эффективен по сравнению с созданными людьми электронными устройствами. IBM «Ватсон», суперкомпьютер, который выиграл телевикторину Jeopardy!, зависит от девяноста серверов IBM Power 750, каждый из которых потребляет около тысячи Вт.
Энергия подается в мозг по кровеносным сосудам в виде глюкозы, которая транспортируется через гематоэнцефалический барьер и используется для производства аденозинтрифосфата (АТФ), основной энергетической валюты внутри клеток, получаемой химическим путем. Эксперименты как на животных, так и на людях показали, что, когда активизируются нейроны в определенном участке головного мозга, местные капилляры расширяются, чтобы доставить туда больше, чем обычно, крови с дополнительной глюкозой и кислородом. Эта реакция делает возможной нейровизуализацию процесса: функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ) основана на уникальных магнитных свойствах крови, текущей по сосудам по направлению к и от активированных нейронов. Исследования подтвердили, что расширившиеся кровеносные сосуды обеспечивают приток дополнительной глюкозы, которую жадно поглощают клетки мозга.
Следуя логике полученных выводов, ряд ученых выдвинул следующую теорию: если активизация нейронов требует дополнительного поступления глюкозы, то особенно сложные головоломки должны понижать уровень глюкозы в крови, а кроме того, продукты, богатые углеводами, должны повышать производительность решения таких задач. Однако, хотя немало исследований подтвердили данные предположения, в целом полученные результаты разнятся и в большинстве случаев изменения уровня глюкозы колеблются в диапазоне от незначительных до небольших. В исследовании Нортумбрийского университета, например, добровольцы, которые выполняли серию вербальных и числовых заданий показали большее падение уровня глюкозы в крови, чем люди, которые просто нажимали на клавиши. В том же исследовании сладкий напиток повышал производительность при выполнении одной из задач, но не влиял на остальные.
В Ливерпульском университете им. Джона Мурса добровольцы проходили два варианта теста Струпа (Stroop task), в котором требовалось определить цвет чернил отпечатанного на принтере слова, не читая само слово. В одном из вариантов цвет слова и его значение совпадали: «синий» было напечатано синими чернилами; в более сложном варианте предлагалось слово «синий», напечатанное зеленой или красной краской. У добровольцев, выполнявших более сложную задачу, уровень глюкозы в крови снижался сильнее, что было интерпретировано исследователями, в результате повышенных умственных усилий. Некоторые исследования показали, что люди, плохо решающие определенные задачи, прилагают больше умственных усилий и тратят больше глюкозы, а, с другой стороны, чем более вы профессиональны в данной области, тем более эффективен ваш мозг и тем меньше глюкозы ему требуется. Осложняет ситуацию то, что, по крайней мере, одно исследование утверждает, что, напротив, более «продвинутый» мозг требует больше энергии.
Неудовлетворительные и неоднозначные выводы исследований роли глюкозы подчеркивают, что потребление энергии в головном мозге - это не просто вопрос приложения умственных усилий, высасывающих из организма доступную энергию. Клод Мессье (Claude Messier) из Университета Оттавы проанализировал множество подобных исследований. Они не смогли убедить его в том, что выполнение какой-либо когнитивной задачи меняет уровень глюкозы в головном мозге или в крови.
Авторы других обзоров пришли к аналогичным выводам. Роберт Курцбан (Robert Kurzban) из Университета Пенсильвании указывает на исследования, демонстрирующие, что умеренные физические нагрузки улучшают способность людей к концентрации. В одном из исследований, например, дети, которые ходили в течение 20 минут на беговой дорожке, показали лучшие результаты в тесте на академическую успеваемость, чем дети, которые спокойно читали перед экзаменом. Если бы умственные усилия и способности напрямую зависели бы от уровня доступной глюкозы, то дети, которые активно двигались и при этом сожгли больше энергии, должны были бы показать худшие результаты, чем их сверстники, находившиеся в состоянии покоя.
Зависимость потребления энергии от степени сложности поставленных умственных задач «проявляется слабо и, видимо, зависит от индивидуальных различий в прилагаемых усилиях, степени вовлеченности и имеющихся ресурсов, которые могут быть связаны с такими переменными, как возраст, личные характеристики и обмен глюкозы», - пишет Ли Гибсон (Leigh Gibson) из Университета Роухэмптон в обзоре, посвященном углеводам и умственной деятельности.
И Гибсон, и Мессье приходят к выводу, что когда человек имеет проблемы с поддержанием уровня глюкозы в пределах нормы или ограничивает себя в еде на протяжении длительного времени (например, постится), сладкий напиток или пища могут улучшать производительность мозга при решении определенных задач на память. Но у большинства людей организм с легкостью предоставляет ту небольшую добавку глюкозы, в которой нуждается мозг в ходе приложения дополнительных умственных усилий.
Если сложные когнитивные задачи требуют лишь небольшого увеличения объемов топлива для мозга, чем его обычное состояние, то как объяснить ощущение умственного истощения после сдачи SAT или аналогичного изнурительного умственного марафона? Как вариант, поддержание непрерывного состояния сосредоточения или навигация в заданном интеллектуальном пространстве на протяжении нескольких часов действительно сжигает достаточно энергии, чтобы оставалось чувство опустошения. Однако исследователи не подтвердили данную версию, потому что просто не пробовали создавать достаточно жесткие условия для своих добровольцев. В большинстве экспериментов участники выполняют единственную задачу умеренной сложности, причем время выполнения редко превышает один-два часа. «Может быть, если мы загрузим их больше и заставим людей делать те вещи, которые у них плохо получаются, мы получим более точные результаты», - считает Мессье.
Не менее важным, чем продолжительность умственной нагрузки, является отношение человека к ней. Просмотр захватывающего биографического фильма с закрученным сюжетом активизирует множество различных участков головного мозга на добрых два часа, однако обычно зрители не выползают из кинотеатра с жалобами на умственное истощение. Некоторые люди регулярно сворачиваются клубочком с романом, написанным таким убористым шрифтом, что другие в отчаянии швырнули бы его через всю комнату. Заполнение сложного кроссворда или решение судоку воскресным утром обычно не убивает способность сосредотачиваться в течение всего остального дня - более того, некоторые утверждают, что это даже обостряет их ум. Короче говоря, в обычной жизни интеллектуальная активность доставляет людям наслаждение и бодрит, не заставляя их страдать от умственного истощения.
Похоже, что утомление с гораздо большей вероятностью наступает в результате продолжительного умственного усилия, которое мы прилагаем, не рассчитывая на удовольствие - например, обязательный SAT - особенно, если мы ожидаем, что испытание истощит наш мозг. Если мы думаем, что экзамен или задание будут трудными, так оно часто и случается. Исследования показали, что нечто подобное происходит, когда люди занимаются спортом: в значительной мере физическое истощение - в наших головах. В соответствующих исследованиях добровольцы, которые занимались на велотренажере после прохождения 90-минутного компьютерного теста на концентрацию внимания, бросали педали от истощения раньше, чем участники эксперимента, которые перед физическими нагрузками смотрели эмоционально нейтральные документальные фильмы. И хотя тесты на внимание потребляли не намного больше энергии, чем просмотр фильмов, добровольцы сообщали, что чувствуют себя менее энергичными. Это чувство было достаточно сильным, чтобы уменьшить их физическую работоспособность.
В конкретном случае с SAT есть кое-что, выходящее за пределы чистого умственного усилия и, вероятно, вносящее свой вклад в пост-экзаменационный ступор - стресс. В конце концов, мозг работает не в вакууме. Другие органы тоже сжигают энергию. Сдача экзамена, который определяет, где человек проведет следующие четыре года, сама по себе является достаточно нервирующим событием, чтобы запустить в кровь гормоны стресса, которые вызывают потливость, повышают частоту сердечных сокращений, заставляют вертеться и принимать неудобные позы. SAT и другие подобные испытания не только изнурительны психически - они также приводят к физическому истощению.
Согласно небольшому, но показательному исследованию, незначительные по уровню стресса интеллектуальные задачи тоже меняют наше эмоциональное состояние и поведение, даже если они практически не влияют на метаболизм головного мозга. Четырнадцать студенток Канадского колледжа во время подведения итогов пройденного теста или сидели без дела, или проходили серию компьютерных тестов на внимание и память - за 45 минут до пиршества в формате «шведский стол». Студенты, которые упражняли свой головной мозг, угостились на 200 килокалорий больше, чем студенты, которые перед этим расслаблялись. Уровень глюкозы в крови у проходивших тесты студентов также колебался больше, чем у студентов, которые сидели просто так - какую-либо последовательность колебаний выявить не удалось. Однако и уровень гормона стресса кортизола был значительно выше у студентов, чьи мозги были заняты, как и частота их сердечных сокращений, артериальное давление и самооценка уровня тревожности. Весьма вероятно, что эти студенты ели больше не потому, что их изнуренный мозг нуждался в дополнительном топливе; скорее, они просто заедали стресс едой.
Мессье предложил следующее объяснение повседневным приступам умственной усталости: «Моя основная гипотеза состоит в том, что головной мозг - это ленивый дурак, - говорит он. - Ему тяжело фокусироваться на чем-то одном на протяжении достаточно длительного времени. Возможно, что поддержание состояния концентрации приводит к определенным изменениям в головном мозге, которые заставляют его избегать подобных состояний. Это, может быть, своего рода, таймер, который говорит: “Ок, теперь ты это сделал”. Может быть, мозгу просто не нравится работать так тяжело и так долго».
Jabr F. Does Thinking Really Hard Burn More Calories? Scientific American. July 18, 2012. URL: http://www.scientificamerican.com/article/thinking-hard-calories/
Научные исследования, Психология / Мотивация, Физиология
fitness-pro.ru
Уже с первых занятий фридайвингом мы узнаем, что мозг - это основной потребитель кислорода и в дальнейшем учимся его успокаивать, пытаемся "выключать" мысли, осваиваем различные психотехники и т.д., чтобы снизить свой метаболизм и увеличить время задержки. Ниже наш перевод научной статьи с www.scientificamerican.com, которая подробно исследует эту тему. В статье используется оценка количества сожженных калорий, но надо понимать, что между калориями и потреблением кислорода есть прямая зависимость. Очень интересны результаты исследования, которые утверждают, что потребление калорий/кислорода мозгом примерно постоянно и не зависит от активности умственной деятельности. Так что, наше умение успокаиваться или впадать в медитационное состояние во время подготовки к погружению или самого погружения не влияет на потребление кислорода мозгом. А вот на что влияет, так это на общее напряжение в теле и на работу гармональной системы.Но не будем забегать вперед и предоставим слово ученым.
Умственное утомление – явление, хорошо известное каждому. Практически любой выпускник школы хорошо помнит ощущение полнейшего измождения после выпускных экзаменов, а взрослым наверняка знакомо опустошение после напряженного собеседования или сдачи проекта за пять минут до (или после) окончания дедлайна. При этом состояние «выжатого лимона» достигается не за счёт напряженной физической активности.
Временное умственное переутомление распространено довольно широко и, в отличие от хронической усталости не связано с недосыпом или рядом медицинских расстройств. Интуитивно очевидно, что сложные мыслительные процессы и глубокая концентрация требуют больше энергии, чем работа мозга в обычном режиме. Так же как энергичные упражнения утомляют наше тело, интеллектуальные нагрузки должны истощать наш мозг. Последние научные данные, однако, указывают на то, что такое представление об умственной усталости является слишком упрощённым. Для своих размеров мозг поглощает просто гигантское количество энергии вне зависимости от того, решаем мы дифференциальное уравнение или листаем страницы Вконтакте с котиками.
Несмотря на то, что интеллектуальная деятельность вызывает дополнительный приток крови, кислорода и глюкозы, любые местные увеличения потребления энергии ничтожны по сравнению с тем, сколько нужно мозгу просто для поддержания базовой деятельности. Это значит, что, в большинстве случаев, короткие периоды дополнительных умственных усилий требуют лишь немногим больше калорий, чем обычно. Правда, большинство лабораторных экспериментов, посвященных этой теме, были достаточно гуманны и не подвергали добровольцев перегрузкам наподобие многочасовой сдачи экзаменов. Тем не менее, что-то должно объяснить ощущение психического истощения, даже если его физиология отличается от физической усталости. В принципе, даже простой веры в то, что наш мозг приложил много усилий, может быть достаточно, чтобы заставить почувствовать себя вялым.
Хотя средний мозг взрослого человека весит около 1.4 кг, лишь 2 процента от общего веса тела, он отъедает примерно 20 процентов от нашего уровня обмена веществ в состоянии покоя (англ. RMR resting metabolic rate) - общего объема энергии, которую наши тела тратят за день полнейшего безделья. RMR варьируется от человека к человеку в зависимости от возраста, пола, размера и состояния здоровья. Если мы возьмём за среднее значение RMR 1300 калорий, то окажется, что мозгу необходимо 260 калорий просто для поддержания себя в форме. Это 10,8 калорий в час или 0,18 калорий в минуту. (Для сравнения можно посмотреть Гарвардскую таблицу калорий, сжигаемых во время разных занятий). С помощью несложных преобразований мы можем получить мощность:
RMR: 1300 ккал1300 ккал/сутки = 54.16 ккал/час = 15.04 кал/сек15.04 кал/сек = 62.93 Дж/сек = около 63 Вт20 процентов от 63 Вт = 12,6 Ватт
Таким образом, мощность среднестатистического мозга взрослого человека равна 12 Вт, что всего в пять раз меньше мощности стандартной электрической лампочки в 60 Вт. Если сравнить мозг с другими органами, он окажется очень прожорливым, но, тем не менее, он работает гораздо эффективней всякой электроники, созданной человеческими руками. Например, работа IBM Watson, суперкомпьютера, победившего чемпионов американского аналога телевикторины "Своя игра", основана на взаимодействии девяноста серверов IBM Power 750, каждый из которых требует около 1000 ватт.
Энергия поступает в мозг через кровеносные сосуды в виде глюкозы, которая проходит через гематоэнцефалический барьер и используется для производства аденозинтрифосфата (АТФ), основной энергетической валюты в клетках. Эксперименты с участием животных и людей подтверждают, что при возбуждении нейронов в определенной области мозга, местные капилляры расширяются, чтобы доставить больше крови, а вместе с ней дополнительные глюкозу и кислород. Именно это делает возможными нейровизуализационные исследования: функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) зависит от уникальных магнитных свойств крови и активности нейронов. Исследования также подтвердили, что после того, как расширенные кровеносные сосуды обеспечивают приток глюкозы, клетки головного мозга начинают её активно всасывать.
Следуя этой логике дальше, некоторые ученые предложили следующее: если возбуждение нейронов требуют дополнительной глюкозы, то особенно сложные психические задачи должны снизить уровень глюкозы в крови, а поедание сладкого должно улучшить производительность при решении таких задач. Хотя некоторые исследования подтверждают эти прогнозы, доказательств в целом недостаточно и большинство изменений уровня глюкозы колеблется в очень небольших пределах. Например, в одном из исследований в Нортумбрийском университете добровольцы, выполнившие ряд устных и вычислительных задач, показали большее снижение уровня глюкозы в крови, чем те, кто просто нажал несколько раз на клавишу. В том же исследовании употребление сладкого напитка улучшило производительность на одной из задач, но этот эффект не распространялся на другие задачи.
В Ливерпульском Университете им. Джона Мурса добровольцев заставили выполнять две версии теста Струпа, в ходе которого они должны были определить цвет чернил, которым было напечатано слово, а не читать его. В простой версии слово синий и синий цвет совпадали, а в усложнённом варианте слово синий было напечатано красным или зелёным. Различия в уровне глюкозы были больше у тех, кто выполнял усложнённый вариант, что было интерпретировано исследователями как прямое следствие больших мысленных усилий. Некоторые исследования показали, что когда люди не очень хорошо справляются с поставленной задачей, им приходится сильнее шевелить мозгами и использовать больше глюкозы, тогда как по мере накопления опыта мозг начинает работать более эффективно и требует меньше глюкозы. Ну и наконец, есть по-крайней мере одно исследование, результаты которого говорят против того, что выполнение сложных умственных задач требует большего количества энергии.
Неудовлетворительные и противоречивые результаты исследований глюкозы подчёркивают, что потребление энергии мозгом - это не просто вопрос большего количества умственных усилий, требующих больше доступной энергии. Клод Мессер из Оттавского университета провёл обзор многих таких исследований. Он по-прежнему не убежден в том, что какие-либо когнитивные задачи в значительной степени влияют на уровень глюкозы в крови или в мозгу. «В теории, да, более сложная психическая задача требует больше энергии, потому что повышена нервная активность» - говорит он, «но когда люди решают в голове задачку, вы не увидите значительной прибавки потребления глюкозы. Базовый уровень потребления энергии мозгом, даже в медленную фазу сна при минимальной активности, очень и очень высок.» Большинство органов не требуют такого количества энергии для базового метаболизма. Но мозг должен активно поддерживать соответствующие концентрации заряженных частиц по обе стороны от мембран миллиардов нейронов даже когда клетки не возбуждены. Из-за этого дорогого и непрерывного техобслуживания мозг, как правило, и располагает некоторым запасом энергии, который можно потратить на небольшую дополнительную работу.
Авторы других обзоров пришли к аналогичным выводам. Robert Kurzban из университета Пенсильвании указывает на исследования, демонстрирующие улучшение способности людей сосредоточиться после умеренных физических нагрузок. В одном из них дети, которые ходили 20 минут по беговой дорожке выполняли тест академической успеваемости лучше, чем те, кто сидел и тихонько читал до экзамена. Если способности мозга к работе были бы просто вопросом доступности глюкозы, то дети, которые бегали и сожгли больше энергии, должны были показать худшие результаты, чем те, кто читал.
Влияние трудности задачи на количество потребляемой энергии "представляется неочевидным и возможно зависит от необходимых усилий и имеющихся ресурсов, которые могут быть связаны с такими индивидуальными переменными, как возраст, личность и регуляция сахарного метаболизма", - написал Ли Гибсон из университета Рохемптона в обзоре, посвященном связи углеводов и психических функций.
И Гибсон и Мессер заключили, что, если кто-то имеет проблемы регулирования глюкозы или постится долгое время, сладкий напиток или еда могут улучшить их последующие результаты при выполнении определенных заданий на память. Но, в случае большинства людей, тело легко предоставляет мозгу ту небольшую добавку глюкозы, которая ему необходима для дополнительной работы.
Если сложные познавательные задачи потребляют только немного больше топлива, чем обычно, что же тогда объясняет чувство умственного истощения после экзамена или аналогичного изнурительного психического марафона? Один из ответов заключается в том, что поддержание внимания в фокусе или напряженная умственная работа в течение нескольких часов действительно сжигает достаточно энергии, чтобы оставить чувство изнурения, но исследователи не подтвердили это потому, что они просто не были достаточно жестоки по отношению к добровольцам. В большинстве экспериментов участники выполняют одну задачу средней сложности и редко дольше, чем час или два. "Может быть, если мы придумаем тест пожёстче и заставим людей делать то, что они не очень хорошо умеют, мы увидим более четкие результаты", - предполагает Мессер.
Помимо продолжительности психических нагрузок также важно отношение к ним. Просмотр захватывающего кино со запутанным сюжетом заставляет мозг работать добрых два часа, но люди обычно не выползают из кинотеатров еле живыми и с жалобами на психическую усталость. Некоторые люди регулярно проводят приятнейшие вечера в компании толстых сложных книг, которые другие от отчаяния могут швырнуть в стенку. Решение сложных кроссвордов или судоку в воскресенье утром тоже обычно не ведёт к потере концентрации на весь оставшийся день; некоторые даже утверждают, что это обостряет их ум. Всё это говорит о том, что люди регулярно занимаются активнейшей умственной деятельностью без особых при этом страданий.
Появление усталости гораздо вероятней в случае устойчивых умственных усилий, которых хочется избежать, – обязательного экзамена или собеседования, – и при этом ожидается что это испытание нас измотает. Если мы считаем, что экзамен или головоломка будет трудной, истощение может наступить раньше. Исследования показали, что нечто похожее происходит, когда люди тренируются и занимаются спортом: большая часть физической усталости находится в наших головах. В соответствующих исследованиях добровольцы, которые катались на велосипеде после 90-минутного компьютерного теста, требующего постоянного внимания, сдыхали раньше, чем участники, которые до этого смотрели эмоционально нейтральные документальные фильмы. Даже если выполнение теста не потребляет значительно больше энергии, чем просмотр фильмов, добровольцы сообщили, что чувствуют себя всё равно более уставшими. Это чувство было достаточно мощным, чтобы ограничить их физическую работоспособность.
В конкретном случае экзаменов или собеседования есть кое-что ещё, что способствует ступору после прохождения: стресс. В конце концов, мозг не работает в вакууме. Другие органы тоже сжигают энергию. Сдача экзамена, который частично определяет, где ты проведёшь следующие несколько лет, достаточно волнительна, чтобы выпустить в кровь гормоны стресса, вызвать потоотделение, увеличить частоту сердцебиения и заставить ёрзать или сидеть зажатым в неудобной позе. Экзамены и аналогичные испытания являются не только психически, но и физически изнурительными.
Небольшое, но показательное исследование показывает, что даже небольшое умственное напряжение изменяет наши эмоциональное состояние и поведение, даже если оно не сильно влияет на метаболизм мозга. В ходе эксперимента участники либо ничего не делали, либо читали, либо выполняли серию головоломных компьютерных тестов на память и внимание, а потом все отправлялись на обед. Учёные подсчитали количество съеденного и увидели, что после тестов люди съедали примерно на 200 калорий больше, чем после отдыха.
Уровень глюкозы в крови также колебался в первом случае больше, но без очевидных зависимостей. Ну и уровень гормона стресса кортизола был значительно выше у тех, чьи мозги были заняты, также как и их сердечный ритм, кровяное давление и самоощущение тревожности. По всей вероятности эти студенты ели больше не потому, что их изможденные мозги отчаянно нуждались в топливе, а просто заедали стресс.
Сходным образом Мессер объясняет повседневную умственную утомляемость. "Суть моей гипотезы заключается в том, что мозг это ленивый бездельник", – говорит он. "Ему сложно сосредоточиться на чём-либо одном в течение продолжительного времени и не отвлекаться. Вполне возможно, что постоянное внимание создает некоторые изменения в мозге, которые способствуют выходу из этого состояния. Можно сравнить это с таймером, который говорит: "Отлично, а теперь закончим." Может быть, мозг просто не любит работать так тяжело и так долго."
Источник на английском языке
freediver.me
Наше серое вещество, как известно, потребляет огромное количество энергии. Это означает, что для его «заправки» требуется соответствующее питание. Возникает резонный вопрос: почему от занятий умственным трудом никто не худеет?
В любом документальном фильме, посвященном эволюции человека, речь обязательно заходит об увеличенном размере мозга. Обычно в качестве подтверждения демонстрируют выстроенные в ряд черепа — от самых мелких и древних, до самых крупных, относящихся к наиболее близкому нам периоду.
И всегда подчёркивается — чем крупнее мозг, тем больше энергии он потребляет. То есть, чем больше становился мозг, тем больше еды мы могли добывать, совершенствуя с его помощью орудия труда; чем лучше мы питались — тем больше становился мозг, и так далее. Этот цикл, утверждают учёные, продолжается и поныне.
Так почему же тогда программисты и математики не становятся счастливыми обладателями стройных тел, просто сидя перед экранами своих компьютеров и решая сложные задачки?
Чтобы было с чем сравнивать: для выживания обычному человеку требуется около 1300 калорий в день. За минуту ходьбы организм сжигает 4 калории. А занятия кикбоксингом отнимают 10 калорий в минуту.
Мозг, если ничем особенным не занят, сжигает примерно 1/10 калории в минуту. На самом деле это не так мало, как кажется, если принять во внимание, что мозг — инертная масса, составляющая всего лишь два процента человеческого тела.
А вот когда мы «включаем мозги на полную мощность»: решаемкакую-нибудьхитроумную задачку или обдумываем проблему, то количество сжигаемых калорий может возрасти до 1,5 в минуту. Вот это действительно много.
Ещё больше впечатляет тот факт, что группа учёных нашла способ измерить, с какой интенсивностью человек мыслит в тот или иной момент времени. Для этого при помощи специальной аппаратуры они подсчитали, сколько глюкозы поглощают разные отделы головного мозга.
Выяснилось, что в процесс активного мышления вовлечены, главным образом, лобные доли мозга. Проблема в том, что мы не задействуем эти доли постоянно. Поэтому, хотя мозг, в среднем, сжигает в день около 300 калорий, у него всегда остаётся возможность сжигать больше.
Вопрос только в том, как часто мы напрягаем наше серое вещество.
www.factroom.ru
Мозг человека даже в состоянии относительного покоя и сна потребляет необычайно много энергии — в 16 раз больше, чем мышечная ткань (в пересчете на единицу массы). «Мозг, имея массу не более 1,5—2% от массы тела, потребляет 25% всей энергии. При этом одной из самых энергозатратных операций является концентрация внимания. Человек не в состоянии удержать внимание на неизменно высоком уровне более 20—25 минут, потому что за это время мозг «съест» столько глюкозы, сколько не съел бы и за день относительного покоя. Так что задания на внимание и реакцию, да еще и в ситуации цейтнота, способны выжать всю энергию, — рассказал РБК daily кандидат биологических наук сотрудник Института нейрохирургии РАМН Игорь Лалаянц. — Снижается же потребность в энергии лишь во время сна, т.к. возрастает синхронизация левого и правого полушарий и мозгу не приходится тратить энергию на «согласование» их работы. Также нейроны снижают энергопотребление с возрастом, из-за чего замедляется синтез белковых молекул и, как следствие, ухудшается способность к запоминанию». У взрослого человека доля мозгового метаболизма от общих энергетических потребностей организма составляет 9% во время сна и 20—25% во время напряженного интеллектуального труда, что значительно больше, чем у других приматов (8—10%), не говоря уже о прочих млекопитающих (3—5%). Так, только на поддержание необходимых жизненных функций, передачу нервных сигналов и воспроизведение элементарных операций мозг человека в среднем нуждается примерно в 400—500 ккал. Между тем, по самым скромным оценкам, энергетические затраты мозга в активном состоянии возрастают более чем в два раза. «Больше всего энергии потребляет тот участок мозга, который сильнее всего напрягается. Поэтому при решении многосоставных тестов и головоломок, где поочередно задействованы все типы мышления, потребление энергии резко возрастает. Больше калорий придется потратить и на непривычные задания. Так, если заставить гуманитария решать задачку по геометрии, энергозатраты его мозга сильно возрастут. Однако довести себя умственными упражнениями до степени физического истощения может далеко не каждый. Как правило, такой реакцией на умственную работу обладают ученые, математики, шахматисты», — пояснил кандидат биологических наук старший научный сотрудник Института биологии развития РАН Александр Ревищин. Кроме того, интеллектуальная работа непременно сопровождается активизацией нервной системы и под влиянием эмоциональных переживаний энергетические затраты увеличиваются на 10—20%. А непривычно большие интеллектуальные нагрузки вкупе со стрессом, сопровождающим любой экзамен или тестирование, по данным РАМН, повышают энергозатраты организма на все 30—40%. Так, ученые из НИИ нормальной физиологии имени П.К. Анохина РАМН рассчитали энергозатраты 75 студентов за несколько дней до экзамена и непосредственно во время тестирования. Оказалось, что потребность в калориях повышалась по мере приближения экзаменов, и если за трое суток до дня «Х» студент тратил сверх основного обмена примерно 750 ккал, то в день экзамена — 1000—1100 ккал.
источник: rbcdaily.ru
thequestion.ru
В отличие от физических упражнений, воркаут для головного мозга вряд ли требует повышенных затрат энергии. Однако уверенность в том, что наш мозг истощен активной работой, тем не менее, может вызвать чувство усталости.
С октября по июнь они выползают из аудиторий, классов и физкультурных залов, их глаза щурятся от солнечного света, а пальцы нашаривают кнопку включения сотовых телефонов, молчавших на протяжении четырех часов подряд. Одни из них подносят руку ко лбу, словно пытаясь унять головную боль.
Другие замирают перед входом на стоянку, не в силах решить, куда им двигаться дальше. Они полностью истощены, но не из-за напряженной физической деятельности. Скорее всего, эти школьники только что сдали SAT (Scholastic Aptitude Test). «Я крепко заснула, как только вернулась домой», — рассказывает Ikra Ahmad, которая давала интервью для статьи про «SAT-похмелье», опубликованной в блоге The Local газеты New York Times.
Временное истощение умственной деятельности является реально существующим и распространенным явлением. Важно отметить, что оно отличается от синдрома хронической усталости, ассоциирующегося с регулярными нарушениями сна и некоторыми медицинскими расстройствами.
Умственная усталость ощущается ежедневно, на подсознательном уровне. Естественно, что напряженная мыслительная деятельность и повышенная концентрация требуют больше энергии, чем обычная работа мозга. Так же, как энергичные физические упражнения приводят к утомлению наших тел, интеллектуальное напряжение должно опустошать разум.
Но по данным последних научных исследований, популярный взгляд на понятие умственного истощения является слишком упрощенным. Мозг постоянно поглощает энергию в огромных для органа такого размера количествах, независимо от того, берем ли мы интегралы или кликаем еженедельный топ-10 забавных фотографий котиков.
И хотя активизация нейронов требует повышенного поступления крови, кислорода и глюкозы, локальные всплески потребления энергии — мелочь по сравнению с естественной прожорливостью самого мозга.
То есть, в большинстве случаев короткие периоды дополнительных умственных усилий требуют лишь небольшого увеличения мощности головного мозга по сравнению с его обычным состоянием, не более того. Однако в большинстве лабораторных экспериментов состояние добровольцев не подвергалось оценке после многочасовых упражнений в умственной акробатике.
Но что-то должно объяснять чувство умственного истощения, даже если физиология этого процесса отличается от механизма накопления физической усталости. Проще всего считать, что наши мозги расходуют так много сил, что этого достаточно, чтобы сделать нас вялыми.
МОЩНОСТЬ ГОЛОВНОГО МОЗГА
Несмотря на то, что вес головного мозга взрослого человека в среднем составляет около 1,4 кг, то есть только 2% от общей массы тела, на него приходится 20% от общего уровня метаболизма в состоянии покоя (RMR, resting metabolic rate), то есть от общего количества энергии, которое наше тело расходует за один очень «ленивый» день без особой активности. RMR варьируется от человека к человеку и зависит от возраста, пола, физических параметров и состояния здоровья.
Предположим, что в среднем RMR составляет 1300 килокалорий, тогда мозг потребляет 260 килокалорий только для того, чтобы содержать себя. Это 10,8 килокалорий в час или 0,18 килокалорий в минуту. (Для сравнения см. таблицу Гарвардской медицинской школы по потреблению калорий во время разных видов деятельности). Минимальные математические расчеты позволяют преобразовать это число в меру мощности:
Уровень метаболизма (RMR):
1300 килокалорий, или ккал, в виде питания
1300 ккал за 24 часа = 54,16 ккал в час = 15,04 кал в секунду
15,04 калорий в секунду = 69,23 Дж/сек = около 63 Ватт
20 процентов от 63 Ватт = 12,6 Ватт.
Таким образом, для работы типичного мозга взрослого человека требуется 12 Вт — это примерно пятая часть мощности, которая требуется для работы стандартной 60-ваттной лампочки. На фоне других органов мозг кажется прожорливым; но он удивительно эффективен по сравнению с созданными людьми электронными устройствами. IBM «Ватсон», суперкомпьютер, который выиграл телевикторину Jeopardy!, зависит от девяноста серверов IBM Power 750, каждый из которых потребляет около тысячи Вт.
Энергия подается в мозг по кровеносным сосудам в виде глюкозы, которая транспортируется через гематоэнцефалический барьер и используется для производства аденозинтрифосфата (АТФ), основной энергетической валюты внутри клеток, получаемой химическим путем. Эксперименты как на животных, так и на людях показали, что, когда активизируются нейроны в определенном участке головного мозга, местные капилляры расширяются, чтобы доставить туда больше, чем обычно, крови с дополнительной глюкозой и кислородом.
Эта реакция делает возможной нейровизуализацию процесса: функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ) основана на уникальных магнитных свойствах крови, текущей по сосудам по направлению к и от активированных нейронов. Исследования подтвердили, что расширившиеся кровеносные сосуды обеспечивают приток дополнительной глюкозы, которую жадно поглощают клетки мозга.
Следуя логике полученных выводов, ряд ученых выдвинул следующую теорию: если активизация нейронов требует дополнительного поступления глюкозы, то особенно сложные головоломки должны понижать уровень глюкозы в крови, а кроме того, продукты, богатые углеводами, должны повышать производительность решения таких задач. Однако, хотя немало исследований подтвердили данные предположения, в целом полученные результаты разнятся и в большинстве случаев изменения уровня глюкозы колеблются в диапазоне от незначительных до небольших.
В исследовании Нортумбрийского университета, например, добровольцы, которые выполняли серию вербальных и числовых заданий показали большее падение уровня глюкозы в крови, чем люди, которые просто нажимали на клавиши. В том же исследовании сладкий напиток повышал производительность при выполнении одной из задач, но не влиял на остальные.
В Ливерпульском университете им. Джона Мурса добровольцы проходили два варианта теста Струпа (Stroop task), в котором требовалось определить цвет чернил отпечатанного на принтере слова, не читая само слово. В одном из вариантов цвет слова и его значение совпадали: «синий» было напечатано синими чернилами; в более сложном варианте предлагалось слово «синий», напечатанное зеленой или красной краской.
У добровольцев, выполнявших более сложную задачу, уровень глюкозы в крови снижался сильнее, что было интерпретировано исследователями, в результате повышенных умственных усилий. Некоторые исследования показали, что люди, плохо решающие определенные задачи, прилагают больше умственных усилий и тратят больше глюкозы, а, с другой стороны, чем более вы профессиональны в данной области, тем более эффективен ваш мозг и тем меньше глюкозы ему требуется. Осложняет ситуацию то, что, по крайней мере, одно исследование утверждает, что, напротив, более «продвинутый» мозг требует больше энергии.
НЕ ПРОСТО УГЛЕВОДЫ
Неудовлетворительные и неоднозначные выводы исследований роли глюкозы подчеркивают, что потребление энергии в головном мозге — это не просто вопрос приложения умственных усилий, высасывающих из организма доступную энергию. Клод Мессье (Claude Messier) из Университета Оттавы проанализировал множество подобных исследований. Они не смогли убедить его в том, что выполнение какой-либо когнитивной задачи меняет уровень глюкозы в головном мозге или в крови.
Читайте также: Есть старая индейская поговорка: «Лошадь сдохла — слезь». Казалось бы, всё ясно, но…
Теоретически, да, решение более сложной умственной задачи требует большей энергии, так как при этом развивается большая нейронная активность, — объясняет он. — Но когда люди решают одну задачку, вы не увидите существенного увеличения потребления глюкозы на значимый процент от общего уровня. Базовый уровень сам по себе требует много энергии — даже в фазе медленного сна с минимальной мозговой деятельностью базовый уровень потребления глюкозы остается довольно высоким».
Большинству органов не требуется много энергии для поддержания своего «домашнего хозяйства» в базовом состоянии. Но мозг должен поддерживать в активном состоянии определенные концентрации заряженных частиц для прохождения через мембраны миллиардов нейронов, даже когда они не находятся в возбужденном состоянии. А так как такая поддержка требуется постоянно и обходится мозгу дорого, у него, как правило, находится энергия, необходимая для выполнения небольших дополнительных работ.
Авторы других обзоров пришли к аналогичным выводам. Роберт Курцбан (Robert Kurzban) из Университета Пенсильвании указывает на исследования, демонстрирующие, что умеренные физические нагрузки улучшают способность людей к концентрации. В одном из исследований, например, дети, которые ходили в течение 20 минут на беговой дорожке, показали лучшие результаты в тесте на академическую успеваемость, чем дети, которые спокойно читали перед экзаменом.
Если бы умственные усилия и способности напрямую зависели бы от уровня доступной глюкозы, то дети, которые активно двигались и при этом сожгли больше энергии, должны были бы показать худшие результаты, чем их сверстники, находившиеся в состоянии покоя.
Зависимость потребления энергии от степени сложности поставленных умственных задач «проявляется слабо и, видимо, зависит от индивидуальных различий в прилагаемых усилиях, степени вовлеченности и имеющихся ресурсов, которые могут быть связаны с такими переменными, как возраст, личные характеристики и обмен глюкозы», — пишет Ли Гибсон (Leigh Gibson) из Университета Роухэмптон в обзоре, посвященном углеводам и умственной деятельности.
И Гибсон, и Мессье приходят к выводу, что когда человек имеет проблемы с поддержанием уровня глюкозы в пределах нормы или ограничивает себя в еде на протяжении длительного времени (например, постится), сладкий напиток или пища могут улучшать производительность мозга при решении определенных задач на память. Но у большинства людей организм с легкостью предоставляет ту небольшую добавку глюкозы, в которой нуждается мозг в ходе приложения дополнительных умственных усилий.
ТЕЛО И РАЗУМ
Если сложные когнитивные задачи требуют лишь небольшого увеличения объемов топлива для мозга, чем его обычное состояние, то как объяснить ощущение умственного истощения после сдачи SAT или аналогичного изнурительного умственного марафона? Как вариант, поддержание непрерывного состояния сосредоточения или навигация в заданном интеллектуальном пространстве на протяжении нескольких часов действительно сжигает достаточно энергии, чтобы оставалось чувство опустошения.
Однако исследователи не подтвердили данную версию, потому что просто не пробовали создавать достаточно жесткие условия для своих добровольцев. В большинстве экспериментов участники выполняют единственную задачу умеренной сложности, причем время выполнения редко превышает один-два часа. «Может быть, если мы загрузим их больше и заставим людей делать те вещи, которые у них плохо получаются, мы получим более точные результаты», — считает Мессье.
Не менее важным, чем продолжительность умственной нагрузки, является отношение человека к ней. Просмотр захватывающего биографического фильма с закрученным сюжетом активизирует множество различных участков головного мозга на добрых два часа, однако обычно зрители не выползают из кинотеатра с жалобами на умственное истощение. Некоторые люди регулярно сворачиваются клубочком с романом, написанным таким убористым шрифтом, что другие в отчаянии швырнули бы его через всю комнату. Заполнение сложного кроссворда или решение судоку воскресным утром обычно не убивает способность сосредотачиваться в течение всего остального дня — более того, некоторые утверждают, что это даже обостряет их ум. Короче говоря, в обычной жизни интеллектуальная активность доставляет людям наслаждение и бодрит, не заставляя их страдать от умственного истощения.
Похоже, что утомление с гораздо большей вероятностью наступает в результате продолжительного умственного усилия, которое мы прилагаем, не рассчитывая на удовольствие — например, обязательный SAT — особенно, если мы ожидаем, что испытание истощит наш мозг. Если мы думаем, что экзамен или задание будут трудными, так оно часто и случается.
Исследования показали, что нечто подобное происходит, когда люди занимаются спортом: в значительной мере физическое истощение — в наших головах. В соответствующих исследованиях добровольцы, которые занимались на велотренажере после прохождения 90-минутного компьютерного теста на концентрацию внимания, бросали педали от истощения раньше, чем участники эксперимента, которые перед физическими нагрузками смотрели эмоционально нейтральные документальные фильмы. И хотя тесты на внимание потребляли не намного больше энергии, чем просмотр фильмов, добровольцы сообщали, что чувствуют себя менее энергичными. Это чувство было достаточно сильным, чтобы уменьшить их физическую работоспособность.
В конкретном случае с SAT есть кое-что, выходящее за пределы чистого умственного усилия и, вероятно, вносящее свой вклад в пост-экзаменационный ступор — стресс. В конце концов, мозг работает не в вакууме. Другие органы тоже сжигают энергию. Сдача экзамена, который определяет, где человек проведет следующие четыре года, сама по себе является достаточно нервирующим событием, чтобы запустить в кровь гормоны стресса, которые вызывают потливость, повышают частоту сердечных сокращений, заставляют вертеться и принимать неудобные позы. SAT и другие подобные испытания не только изнурительны психически — они также приводят к физическому истощению.
Согласно небольшому, но показательному исследованию, незначительные по уровню стресса интеллектуальные задачи тоже меняют наше эмоциональное состояние и поведение, даже если они практически не влияют на метаболизм головного мозга. Четырнадцать студенток Канадского колледжа во время подведения итогов пройденного теста или сидели без дела, или проходили серию компьютерных тестов на внимание и память — за 45 минут до пиршества в формате «шведский стол».
Студенты, которые упражняли свой головной мозг, угостились на 200 килокалорий больше, чем студенты, которые перед этим расслаблялись. Уровень глюкозы в крови у проходивших тесты студентов также колебался больше, чем у студентов, которые сидели просто так — какую-либо последовательность колебаний выявить не удалось. Однако и уровень гормона стресса кортизола был значительно выше у студентов, чьи мозги были заняты, как и частота их сердечных сокращений, артериальное давление и самооценка уровня тревожности. Весьма вероятно, что эти студенты ели больше не потому, что их изнуренный мозг нуждался в дополнительном топливе; скорее, они просто заедали стресс едой.
Мессье предложил следующее объяснение повседневным приступам умственной усталости: «Моя основная гипотеза состоит в том, что головной мозг — это ленивый дурак, — говорит он. — Ему тяжело фокусироваться на чем-то одном на протяжении достаточно длительного времени. Возможно, что поддержание состояния концентрации приводит к определенным изменениям в головном мозге, которые заставляют его избегать подобных состояний. Это, может быть, своего рода, таймер, который говорит: “Ок, теперь ты это сделал”. Может быть, мозгу просто не нравится работать так тяжело и так долго».
Источник
Делитесь этой информацией с друзьями в социальных сетях!
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
loveandmoney.ru
Наука Наше серое вещество требует много энергии, а это означает, что нам нужна еда, чтобы подпитывать мозг энергией. Но почему же, в этом случае, мы не худеем, просто сидя за столом.
Так сколько же на самом деле можно сжечь калорий, используя только свой мозг?
Чтобы понять, сколько калорий мы сжигаем в любой момент времени, стоит разобраться в затратах на физическую активность. Процесс ходьбы сжигает около 4-х калорий в минуту, что больше 1300 калорий в день, которые требуются большинству людей для выживания. Более интенсивная физическая активность, как например кикбоксинг сжигает 10 калорий в минуту. Мозг же, сам по себе, сжигает всего одну десятую калории в минуту.
В процентном отношении это довольно много для ткани, находящейся в состоянии покоя. Когда же мы активно над чем-то думаем, мозг может начать сжигать до 1,5 калорий в минуту. Учитывая, что это инертная масса, которая составляет всего 2 процента от веса человека, это довольно впечатляющая цифра.
Когда мы думаем, миллионы нейронов запускают сообщения друг другу и различным тканям нашего тела. Этим нейронам нужно топливо и они потребляют около 75 процентов сахара в крови из печени и 20 процентов всего использованного кислорода нашего организма. Вот как питаются нейроны: специальные клетки высасывают глюкозу из крови и превращают ее в ту форму, которую могут потреблять нейроны. Затем нейроны используют это для производства нейромедиатора - передатчика нервного импульса и, в конце концов, для создания осознанной мысли. Чем больше энергии требуется области мозга, тем больше глюкозы эта часть мозга расщепляет.
Если вы усиленно думаете и боретесь со своими мыслями, нейроны в лобных долях мозга будут сжигать больше глюкозы. К сожалению мы не задействуем эту часть все время. Хотя мозг забирает около 20 процентов или 300 калорий из 1300 калорий нашего тела, находящегося в покое, специалисты подсчитали, что активный мыслительный процесс может увеличить количество калорий, сжигаемых мозгом, на 20-50 калорий в день. Но мы, как правило, недолго занимаемся такой активностью.
Какой же вывод можно сделать из всего этого? Усиленный мыслительный процесс – не самый лучший способ похудения и потому стоит заняться физическими упражнениями.
Перевод: Филипенко Л. В.
www.infoniac.ru
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 среднестатического 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.
• Остается ли стоимость проституции неизменной на протяжении тысячелетий, с поправкой на инфляцию, конечно?
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 непропорционально 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.
• Действительно ли Bitcoin – это валюта будущего?
«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).
• Почему на монетах портреты изображены в профиль, в то время как на банкнотах — в анфас?
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 производительность — приблизительно 50 петафлоп на ватт. Производительность 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.
hawkish.ru
