Сколько энергии тратит мозг человека. Как худеть, не вставая из-за компа? Мозг и калории

Все перечисленное способствует торможению мозговой деятельности и, как следствие, выпадению из социума. Человек становится агрессивным, падким на объективные упреки сослуживцев и домочадцев. Растет депрессивное напряжение, ведущее к физиологическим сбоям в работе организма.

Мозг является «лидером» среди внутренних органов по потреблению глюкозы, невзирая на то что масса мозга составляет 2 процента от всей массы тела человека, он потребляет около 25 процентов глюкозы в организме. Лишенный глюкозы мозг провоцирует обморок, или другим языком – потерю сознания.

Потребление энергии мозгом

Способность осознавать окружающий мир и адекватно на него реагировать зависит от мозга в целом, для чего ему необходимо потреблять энергию, поглощаемую при осознанном поведении. Осознанность поведения людей и животных, с точки зрения ученых, определяется как способность осмысленно реагировать на внешние раздражители. Для проявления осмысленной реакции на внешние раздражители задействуется одновременно большинство отделов головного мозга. При этом увеличение их активности, сравнительно с фоновой активностью головного мозга, незначительно и составляет 1 процент от всей энергии, которая потребляется мозгом.

На основании исследований ученые Йельского университета сделали выводы, что 99 процентов энергии, которую потребляет головной мозг, необходимы для постоянного поддержания состояния осознанности поведения, продиктованного именно своевременным включением в решение тех или иных задач всех областей головного мозга.

При нанесении раздражающего фактора на поверхность тела у крыс, подверженных мощной анестезии, уровень фонового шума, определяющегося фоновой активностью головного мозга, и, соответственно, уровень энергии, потребляемой мозгом, был почти в два раза ниже, чем у крыс, не подвергавшихся анестезии. Из чего следует, что способность проявлять осознанное поведение является не столько свойством мозга, сколько свойством конкретного человека или животного, обладающего данным мозгом.

Польза тренировок

Современной ортодоксальной медициной установлено, что во время интенсивных физических упражнений мозг переключается на альтернативный источник энергии, то есть вместо «традиционного» питания глюкозой он переходит на потребление (сжигание) молочной кислоты – вещества, которое образуется в мышцах во время физической нагрузки.

Современные исследования добровольцев во время спортивной нагрузки показали, что выходящая из головы кровь содержит значительно меньше молочной кислоты, чем входящая. По данным исследований было доказано, что мозг не накапливает молочную кислоту, а использует ее в качестве источника энергии.

Физическая нагрузка приводит к значительному расходу глюкозы мускулатурой, поэтому уровень глюкозы в крови падает. Именно поэтому происходит переключение мозга на потребление молочной кислоты.

Пси излучения – загадки современности

Ученый мир совместно с парапсихологией уже много лет бьется над загадкой паранормальных способностей человека. До разгадки пока далеко, но одно совершенно ясно: тайна необычных способностей неординарных личностей кроется в их мозгу.

В 1972 году группа московских ученых во главе с В. П. Казначеевым зарегистрировала открытие, установившее электромагнитную связь живых организмов между собой.

Живые клетки были помещены в две камеры, разделенные между собой кварцевой перегородкой. После того как клетки в одной камере были намеренно заражены злокачественным вирусом, клетки в соседней камере тоже начали гибнуть. Это свидетельствовало о том, что живые организмы способны обмениваться между собой информацией на клеточно-волновом уровне, что впоследствии и было названо пси-излучениями.

Лабораторно при помощи энцефалографа было доказано, что источники испускаемых мозгом излучений фиксируются на фотографиях в виде белых пятнышек. У большинства людей эти пятнышки беспорядочно рассыпаны по всей поверхности мозга. Исключением оказались люди, обладающие экстрасенсорными способностями. У них источники излучения энергии концентрировались в скопления и, кроме того, выстраивались в виде луча, идущего по направлению к темени. При продолжении эксперимента передачи образа на расстояние от экстрасенса к пациенту в мозгу последнего энергетически активные центры выстраивались аналогично первоисточнику.

Современная наука считает, что способности к телепатии, ясновидению и целительству объясняются тем, что в процессе эволюции у людей лучше других органов восприятия развился зрительный канал и мозг способен переводить кожно-мускульные и другие ощущения в визуальные образы. Подобным образом, например, осуществляется связь между гуру и неофитом в эзотерике.

Энергия разума

По мере эволюции человека энергия разума задействуется в различных фазах развития в зависимости от тела, в котором он действует. Таким образом, энергия мозга прогрессирует от подсознания до простого сознания, постепенно развиваясь до самосознания, пока не достигает энергии всемирного сознания, доступного только продвинутым, на пути самопостижения йогам.

В низших царствах, таких, как царство растений и животных, энергия разума проявляется в состоянии, в котором сознание является автоматическим. Эта энергия разума известна как подсознательная или инстинктивная (на санскрите «чита»). Энергия разума человека, для которого данный уровень энергии является базовым, функционирует сложнее.

Фридайверы с первых занятий знают, что мозг – основной потребитель кислорода и в дальнейшем учатся “выключать” мысли. Но можно ли, делая сложную умственную работу, сжигать больше калорий? Или, например, заменить гири головоломками? Кирилл Попов перевел на эту тему статью с сайта scientificamerican.com.

– При среднем весе 1,4 кг (или около 2% тела) мозг потребляет 20% энергии (от уровня RMR),

– Ряд исследований показывает бОльшее потребление глюкозы при более сложных умственных задачах. Если вы не сидите на строгой безуглеводной диете, потребляемых углеводов достаточно для полноценной деятельности мозга.

– Однако мозг потребляет значительное количество энергии тела в любом случае, даже во сне. Разница в потреблении энергии при сложных задачах или просмотре кинофильма ничтожна.

– Ощущение опустошения после сложных задач не связано напрямую с затратами мозгом энергии, а скорее относится к личному восприятию ситуации.

Умственное утомление – явление, хорошо известное каждому. Практически любой выпускник школы хорошо помнит ощущение полнейшего измождения после экзаменов, а взрослым знакомо опустошение после напряженного собеседования или сдачи проекта. Состояние «выжатого лимона» достигается не за счёт напряженной физической активности.

Мозг тратит много калорий независимо от умственых задач

Временное умственное переутомление, в отличие от хронической усталости, не связано с недосыпом или медицинскими расстройствами. Интуитивно очевидно, что сложные мыслительные процессы и глубокая концентрация требуют больше энергии, чем работа мозга в обычном режиме. Также как энергичные упражнения утомляют наше тело, интеллектуальные нагрузки должны истощать наш мозг.

Для своих размеров (в среднем около 1,4 кг) мозг поглощает гигантское количество энергии вне зависимости от того, решаем мы дифференциальное уравнение или листаем страницы соцсетей.

Последние научные данные, однако, указывают на то, что такое представление об умственной усталости является слишком упрощённым. Несмотря на то, что интеллектуальная деятельность вызывает дополнительный приток крови, кислорода и глюкозы, любые временные 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.

Сила мозга

Хотя средний мозг взрослого человека весит около 1.4 кг (лишь 2% от общего веса тела), он отъедает примерно 20% от нашего базового уровня обмена веществ (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.

Калькулятор калорий Зожника (под лого) выдает как раз 2 цифры: ваш базовый уровень RMR и вашу обычную норму калорий, связанную с вашей активностью.

То есть из этих 1654 ккал – которые тело тратит просто на поддержание своей базовой жизнедеятельности, мозг забирает 20% или 330 ккал / сутки, это соответствует примерной мощности мозга в 16 Вт.

То есть мозг потребляет энергии, как вот такая энергосберегающая лампочка:

Если сравнить мозг с другими органами, он окажется очень прожорливым, но, тем не менее, он работает гораздо эффективнее всякой электроники, созданной человеческими руками.

Например, работа IBM Watson, суперкомпьютера, победившего чемпионов американского аналога телевикторины “Своя игра”, основана на взаимодействии 90 серверов IBM Power 750, каждый из которых требует около 1000 ватт.

Да и вообще, заканчивая эту тему, при текущем быстром росте производительности компьютеров, домашний ПК достигнет производительности 1 человеческого мозга примерно в 2030-м году:

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 (МРТ) зависит от уникальных магнитных свойств крови и активности нейронов.

Мозг и глюкоза при сложных задачах

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 требует 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 цветом.

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 .

Мозг и калории

Ну и наконец, есть по крайней мере одно исследование, результаты которого говорят против того, что выполнение сложных умственных задач требует бОльшего количества энергии (то есть, калорий).

Местами противоречивые результаты исследований потребления мозгом глюкозы подчёркивают, что потребление мозгом энергии – 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 энергозатратного и непрерывного техобслуживания мозг, как правило, и располагает некоторым запасом энергии, который можно потратить на небольшую дополнительную работу.

Головной мозг человека всегда тратит примерно одинаковое количество энергии

Авторы других обзоров пришли к аналогичным выводам. Роберт Курцбан 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 .

Психическое истощение от напряженной работы мозга

Если сложные познавательные задачи потребляют лишь 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.

Однако помимо продолжительности психических нагрузок также важно отношение к ним. Просмотр захватывающего кино со запутанным сюжетом заставляет мозг работать добрых 2 часа, но люди обычно не выползают из кинотеатров еле живыми и с жалобами на психическую усталость.

Некоторые люди регулярно проводят приятные вечера в компании 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 активной 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, изматывались 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.

Стресс и затраты калорий

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 (а значит – с напряженными мышцами) 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 ккал 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”.

В материалах рубрики использованы сообщения следующих изданий: «New Scientist», «Economist» и «Fortean Times» (Англия), «Bild der Wissenschaft» и «Na-tur und Kosmos» (Германия), «Discover», «Psychology Today», «Skeptical Inquirer» и «Wired» (США), «Qa m"interesse», «Le Journal du CNRS», «La Recherche», «Science et Vie» и «Science et Vie Junior» (Франция), а также сообщения агентств печати и информация из Интернета.

Какой из наших органов потребляет больше всего энерги и? Это не сердце, биение которого не прекращается ни днем, ни ночью. Это мозг — он берёт около 20% энерги и, потребляемой организмом человека, хотя составляет только 2% от общего веса тела. Из потребляемого, как считают сейчас физиологи, 60—80% тратятся на обмен информацией между нейрон ами, а также между нейрон ами и астроцитами — звёздчатыми клетками, которые ещё недавно считались вспомогательными элементами, доставляющими нейрон ам пищу и опору. Их в десять раз больше, чем нейрон ов, и года два назад нейрофизиологам удалось доказать, что они участвуют в обработке и передаче информации.

Но появившиеся сравнительно недавно высокосовершенные приборы — позитронно-эмиссионные томографы и томографы на эффекте ядерно-магнитного резонанса позволили непосредственно видеть функционирование мозга на экране монитора. Собственно, томограф показывает, как распределяется и усиливается поток крови в разных частях мозга при работе его над различными задачами. Усиленная работа того или иного участка требует увеличенного поступления кислорода, и для этого растёт объём местного потока крови. Обычно увеличение составляет 5—10% от нормы. Бывает, что связанный с таким увеличением кровотока рост потребления энерги и мозгом ограничивается всего одним процентом по сравнению с потреблением в покое. Так что на возникающий иногда вопрос: «Нуждается ли в усиленном питании ученик, решающий сложные математические задачи?» следует ответить: «Ну разве что лишнюю шоколадку можно выдать страдальцу».

Выходит, большую часть потребляемой энерги и мозг тратит неизвестно на что. Может быть, он постоянно обрабатывает какую-то поступающую извне информацию, которая не осознаётся человеком? Или энерги я идет на какие-то внутренние процессы, не зависящие от окружающего мира? Похоже, второй вариант ближе к истине. Так, в 1994 году американские физиологи показали, что лишь 10% связей между нейрон ами в зрительной коре обезьян (где, по идее, обрабатывается информация от глаз) задействованы для восприятия зрительных стимулов. Чем заняты остальные 90% — неизвестно. Причём у макак активность коры мозга остаётся даже под общей анестезией. А недавно бельгийские исследователи с помощью позитронно-эмиссионного томографа обнаружили, что активность зрительной коры у слепых от рождения не ниже, чем у зрячих.

По одной из гипотез , мозг постоянно находится в динамическом равновесии, балансируя между возбуждением и торможением. Вот на это и уходит львиная доля потребляемой энерги и — на поддержание системы в рабочем состоянии, в постоянной готовности. По другой гипотез е, мозг всё время занят прогнозированием ближайшего будущего с учётом прошлого опыта, для чего перерабатывает большие массивы информации. Особенно интригует исследователей тот факт, что эта загадочная активность мозга неравномерна, в ней есть приливы и отливы, хотя внешне в поведении отдыхающего человека или животного ничего не меняется.

Итак, мы ещё не знаем, чем занят мозг, когда он вроде бы ничем не занят.

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 04.07.2019 17:07

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.

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».

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

Этот пост для тех, кто впадает в тоску и уныние при мысли о спортзале или пробежке, больше всего любит сидеть за компом, и хочет при этом сбросить несколько килограмм. Конечно, ничего не приходит просто так, и для того чтобы худеть, не вставая с любимого компьютерного стула, придется что-то делать, а именно - думать.

Ученые из канадского университета проводили эксперименты на студентах, измеряя количество калорий, которые потребляет мозг. Три группы студентов получили разные задания, которыми надо было заниматься на протяжении 1,5 часов. Одна группа ничего не делала, вторая - заучивала тексты с бумажных носителей, третья - работала за компьютером. В результате группа, заучивающая тексты из книг потратила на 200 ккал больше, чем студенты-бездельники, а те, кто работал за компьютером, сожгли на целых 250 ккал больше.

Ученые выяснили, что больше всего калорий мозг потребляет во время концентрации внимания. Во время предельной концентрации в течение 20 минут мозг способен «съесть» такое количество энергии, которое не потратил бы и за весь день, проведенный без умственной деятельности. Поэтому бывает достаточно трудно сосредоточиться на чем-либо более 20-25 минут - тело просто вынуждено сохранить запасы энергии.

Сколько калорий можно сжечь, активно думая?

При отсутствии умственных нагрузок, мозг сжигает до 400-500 ккал в день, а во время активной деятельности его затраты возрастают в два раза. Принято считать, что когда человек напрягает мозг, он затрачивает 1,5 ккал в минуту, то есть, 90 ккал в час, а если при этом деятельность непривычная, его затраты возрастают ещё больше.

Ещё одна особенность - эмоциональные переживания увеличивают энергозатраты на 10-20%, а интеллектуальная деятельность, сопровождаемая эмоциями, на 30-40%. Ученые из НИИ физиологии им. П.К. Анохина провели ещё один эксперимент, в процессе которого измерялись энергозатраты студентов во время экзаменов. Оказалось, что за три дня до экзаменов на интеллектуальную деятельность студента уходило 750 ккал, а во время экзамена - 1000-1100 ккал.

Итак, учитывая всё вышесказанное, любителям сидячего образа жизни можно посоветовать следующее:

Больше думать

Просмотр пабликов в соцсетях, веселая переписка с друзьями или игрушки (кроме тех жанров, где надо включать мозг) не потратят лишних калорий. Чтобы худеть за компом, надо выполнять какую-то интеллектуальную деятельность, например, читать сложные для восприятия, интересные статьи и книги, решать какие-то задачи, разгадывать кроссворды. При этом желательно не отвлекаться, дольше сохранять концентрацию на предмете.

Чем дольше вы концентрируетесь, тем больше калорий сжигаете.

Убрать еду подальше от компа

Во время умственной деятельности в организме резко падает уровень глюкозы, вещества, которым питаются клетки мозга. Для восполнения потерь после мыслительной деятельности человеку очень хочется есть. При этом вовсе не значит, что организм действительно нуждается в дополнительных калориях, просто ему нужна глюкоза.

Ученые считают, что чашки сладкого чая будет достаточно, чтобы восполнить потери и дать мозгу необходимую подпитку, так что после своих интеллектуальных упражнений не торопитесь есть шоколадки или варить пельмени - сладкий чай, и чувство голода отпустит .

Эмоциональные переживания

Конечно, вы не сможете устраивать себе напряженные экзамены каждый день, однако что-то сделать всё-таки можно. Например, решать логические задачки на время или играть с кем-то в шахматы. Так к интеллектуальной деятельности прибавляется элемент азарта. Больше азарта, больше эмоций, больше сожженных калорий .

Что-нибудь новое

Больше энергии потребляет тот участок мозга, который находится в работе, поэтому потребление энергии можно увеличить, попеременно включая разные отделы мозга, то есть, решая многосоставные тесты или играя в игры-головоломки.

Кроме того, мозг потребляет больше энергии, решая нестандартные задачи . Если вы гуманитарий, попробуйте порешать логические задачи, вспомните школьный курс геометрии или алгебры. В общем, занимайтесь новыми видами интеллектуальной деятельности - это не только увеличивает энергозатраты, но и помогает развивать мозг .

Ну и напоследок, нельзя не упомянуть, что простая ходьба сжигает 4 ккал в минуту, так что если устали думать, сходите погуляйте.