北京時間 12 月 14 日消息，據(jù)國外媒體報道，目前，最新研究表明，大腦可能是人體“消耗能量最高”的器官，大腦可能持續(xù)流失能量，所消耗能量占人體消耗總能量的 20%。
研究人員稱，一種叫做囊泡的小囊結(jié)構(gòu)在腦細胞之間傳輸信息的時候，可能不斷地消耗人體能量，該能量消耗很可能是大腦的一種權(quán)衡作用，有利于隨時激活腦細胞。這項最新研究報告發(fā)表在 12 月 3 日出版的《科學進展雜志》上。
該研究報告第一作者蒂莫西?瑞安（Timothy Ryan）說：“大腦被認為是人體‘消耗能量最高’的器官?！睋?jù)悉，他是美國紐約市威爾康奈爾醫(yī)學院一位生物化學教授。
此前科學家認為這種能量消耗與大腦處于電活動狀態(tài)有關(guān)，這意味著腦細胞或者神經(jīng)元不斷發(fā)出電信號進行交流，該過程會燃燒大量能量分子，即 5‘-三磷酸腺苷（ATP）。
瑞安指出，在過去幾十年里，相關(guān)臨床研究表明，處于植物人或者昏迷狀態(tài)的大腦（該狀態(tài)下意味著非常少的腦電活動）仍然消耗大量能量。因此，神經(jīng)學家們面臨著一個難題：為什么腦電活動無法耗盡大腦中所有能量，這是怎么回事呢？
流失能量的囊泡
近年來，蒂莫西和研究同事一直在研究大腦中被稱為突觸的連接點，突觸神經(jīng)元通過釋放充滿叫做神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡，進行突觸神經(jīng)元之間接觸和交流。
之前他們發(fā)現(xiàn)活躍的突觸會消耗大量能量，但在一項最新研究中，他們在實驗室培養(yǎng)皿中用毒素滅活老鼠神經(jīng)元突觸，然后測量突觸內(nèi) 5‘-三磷酸腺苷水平，研究人員結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使神經(jīng)元不被激活，突觸也會消耗許多能量。
為了尋找其中的原因，他們破壞了囊泡表面各種不同的泵狀結(jié)構(gòu)，這些囊泡負責運輸和移除神經(jīng)遞質(zhì)和其他分子，因此該操作就相當于剝奪了突觸的動力，隨后他們使用熒光顯微鏡對突觸成像，并計算突觸燃燒了多少 5‘-三磷酸腺苷。
他們發(fā)現(xiàn)一種“質(zhì)子泵”，其負責維持突觸的剩余能量，大約是所有能量的 44%，當他們進一步深入研究時，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子泵必須持續(xù)工作，并燃燒 5‘-三磷酸腺苷，因為囊泡一直在流失質(zhì)子泵。
惰性突觸通過預(yù)先填充神經(jīng)遞質(zhì)，隨時準備激活這些囊泡，研究人員是在囊泡表面泵結(jié)構(gòu)的幫助下做到這一點，這種類型的泵結(jié)構(gòu)被稱為轉(zhuǎn)運蛋白，能夠改變形狀將神經(jīng)遞質(zhì)運送到囊泡中，作為交換，它們從囊泡內(nèi)捕獲質(zhì)子，改變其形狀并將質(zhì)子從囊泡中排出。為了使該過程有效，囊泡內(nèi)部的質(zhì)子濃度必須比周圍環(huán)境更高。
但是研究人員發(fā)現(xiàn)，即使囊泡充滿了神經(jīng)遞質(zhì)，轉(zhuǎn)運蛋白的形狀仍在繼續(xù)變化，盡管它們沒有向囊泡中運送神經(jīng)遞質(zhì)，但它們繼續(xù)噴出質(zhì)子，這就需要質(zhì)子泵持續(xù)工作，以補充囊泡中質(zhì)子數(shù)量。
瑞安說：“所以我們發(fā)現(xiàn)了囊泡的低效表現(xiàn)，盡管其泄漏的質(zhì)子數(shù)量很少，但一直處于泄漏狀態(tài)中，所消耗的能量是很大的，即使大腦沒有任何腦電活動，最終也會消耗很多的能量?！?/p>
據(jù)悉，這些研究是在實驗室中對老鼠神經(jīng)元進行試驗的，但是人類和老鼠之間的大腦機制十分相似，因此該研究結(jié)論很可能也適用于人類大腦。
目前還不清楚為什么人類大腦會進化形成這種能量泄漏機制，但這種簡單的形狀改變可能是為了讓囊泡能快速地存儲神經(jīng)遞質(zhì)，想象一下，如果你的汽車經(jīng)常低速高檔下行駛，高檔下加速多少就浪費相應(yīng)的燃料，或許讓突觸處于待命狀態(tài)下所付出的代價，相當于能量的低效利用。
賴安和研究同事希望這項發(fā)現(xiàn)不僅有助于人們對人類大腦的基本理解，而且還有助于臨床應(yīng)用研究，例如：該發(fā)現(xiàn)可能更好地理解和治療某些疾病，在帕金森氏癥等疾病中，大腦可能沒有足夠的能量來制造 5‘-三磷酸腺苷。在該情況下，就相當于一輛汽車低速高檔運行，如果切斷了輸油管，真的就會有麻煩了。
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