Обеспечение жизнедеятельности нейронов головного Мозга

Опубликовано: 24.10.2014

Поддержание жизни нейронов. Нейроны головного мозга ничем принципиально не отличаются от нейронов спинного мозга, поэтому можно считать, что на поддержание жизни тех и других должно тратиться приблизительно одинаковое количество энергии.

Поскольку кровоснабжение спинного мозга во много раз меньше по сравнению с кровоснабжением головного мозга, предположим, что на поддержание жизни нейронов головного мозга требуется лишь незначительная часть (~ 13%) от потребляемой мозгом энергии.

Рождение новых нейронов и вывод из организма продуктов распада нервных клеток. Современная наука утверждает, что срок жизни нервных клеток совпадает со сроком жизни всего организма. Поэтому можно считать, что у человека в нормальных условиях нервные клетки не погибают и не размножаются, а следовательно на эти процессы энергия не тратится.

Недавние исследования ученых Принстонского университета показали, что вполне вероятно зарождение новых нейронов в коре головного мозга. Однако даже если такие процессы имеют место, энергозатраты на это будут весьма незначительными (~ 2%).

Выработка гормонов отделами головного мозга. В эндокринную систему организма входит много желез внутренней секреции, но ни к одной из них не подводится столь большое количество крови, как к головному мозгу. Снабжение кровью гипофиза или гипоталамуса существенно ниже, чем коры головного мозга, поэтому нельзя утверждать, что в них на производство гормонов затрачивается основное количество поступающей в мозг энергии. Даже если на производство гормонов в железах внутренней секреции, находящихся в головном мозге, тратится практически вся подводимая к ним энергия, то с учетом размеров этих желез и их кровоснабжения, на это уходит не более 4% от поступающей в мозг энергии.

Управление физиологическими процессами и деятельностью человека. Головной и спинной мозг — важнейшие составляющие нервной системы. Управление деятельностью внутренних органов осуществляется в основном вегетативной нервной системой. Она напрямую связана со спинным, а не с головным мозгом. Тем не менее головной мозг также осуществляет работу по управлению организмом.

Головной мозг:

принимает сигналы от различных рецепторов;
расшифровывает полученную информацию;
анализирует принятую информацию и программирует ответную реакцию;
генерирует ответные сигналы к исполнительным органам и системам;
получает ответные сигналы, позволяющие контролировать правильность исполнения своих команд.

Отметим, что из пяти типов операций, осуществляемых в головном мозге, только генерация сигналов управления связана с частичным отводом энергии от него. Во всех остальных случаях оттока энергии от мозга не происходит. Наоборот, энергия поступает в мозг с сигналами от многочисленных рецепторов.

Человеческий мозг можно рассматривать как электрохимический орган, который на межклеточном уровне производит очень небольшие электрические токи и напряжения. Во всех электрических цепях всегда выделяется тепло в соответствии с законом Джоуля-Ленца. То есть можно предположить, что (по аналогии с электрическими цепями) без выделения тепла электрические процессы в головном мозге невозможны. Поэтому выделяемое в головном мозге тепло может быть связано с электрохимической деятельностью мозга.

Даже если предположить, что амплитуды потенциала действия достигают 10—100 мВ, частоты генерации сигналов — сотен герц, сила тока — 1 —100 пА и при этом работают все нейроны головного мозга (до 10 млрд), то каждую секунду в тепло будет переходить менее 10 Дж, потребляемой головным мозгом энергии. Таким образом, на управленческую деятельность головного мозга должно тратиться до 17% от всей потребляемой мозгом энергии.

Высшая психическая деятельность. Мышление, чувства, эмоции, и т.д. составляют львиную долю активности коры головного мозга. Высшая психическая деятельность не предполагает управления исполнительными системами организма с помощью команд, поэтому можно предположить, что она вся сосредоточена в пределах головного мозга.

«Головной мозг - самое сложное и удивительное создание природы», такого рода деятельность мозга сопровождается спонтанной электрической активностью в его коре, при которой наблюдаются характерные электрические колебания — потенциалы событий. Возникающие при этом в нейронах коры головного мозга амплитуды напряжения и токи очень малы. Оценки показывают, что выделяемая при такой деятельности мозга тепловая энергия может составлять доли и единицы мДж в секунду. Естественно, эти цифры носят только оценочный характер.

По нашим оценкам, на обеспечение высшей психической деятельности головного мозга уходит до 54% потребляемой им энергии. В силу того, что энергопотери при такой деятельности очень малы, возникает вопрос, как и куда переходит потребляемая мозгом энергия.

Другие (пока неизученные) виды деятельности головного мозга. Можно предположить, что в результате деятельности головного мозга происходит излучение и прием энергоинформационных сигналов различной физической природы. Рассмотрим возможность использования потребляемой мозгом энергии для этих целей.

Излучение электромагнитных волн. Во всех диапазонах частот, где в настоящее время можно проводить измерения, энергетически значимых излучений от головного мозга не обнаружено. Поэтому этот канал рассеивания энергии если и существует, то является весьма незначительным (~ 2% от потребляемой мозгом энергии).

Излучение акустических волн. Насколько нам известно, экспериментально никаких акустических колебаний, исходящих от головного мозга, не обнаружено.

Излучение элементарных частиц и квантов энергии (фотонов). Нет никаких экспериментальных фактов, подтверждающих излучение головным мозгом элементарных частиц или квантов энергии, поэтому даже если такой канал рассеивания энергии и существует, то он весьма незначителен (~ 4% от потребляемой мозгом энергии).

Прием и анализ различных энергоинформационных сигналов из внешней среды. О природе и механизмах такого рода деятельности головного мозга пока известно немного, но она, бесспорно, существует и потребляет ~ 4% от всего энергоснабжения мозга.

Мы рассмотрели основные каналы использования энергии головным мозгом. Отметим, что практически все перечисленные выше процессы жизнедеятельности нейронов головного мозга сопровождаются тепловыми потерями, то есть в тканях мозга всегда выделяется тепло.

Главная --- Интересные факты --- Обеспечение жизнедеятельности нейронов головного Мозга

Проблемы алкоголизма

Рубрики: