Консумира ли интензивната интелектуална дейност повече калории
Въпреки че мозъкът на средностатистически възрастен човек тежи около 1,4 килограма или само 2% от общото телесно тегло, той изисква 20% от нашия базален метаболизъм в покой - общото количество енергия, което телата ни изразходват в един от онези мързеливи дни без физическа активност . Базалният метаболизъм в покой варира от човек на човек в зависимост от тяхната възраст, пол, размер и здравословно състояние [1]. Ако приемем средната базална скорост на метаболизма от 1300 калории, тогава мозъкът консумира 260 от тези калории, само за да поддържа нещата да функционират нормално. Това е 10,8 калории на час, или 0,18 калории в минута. С малко математика е лесно да конвертирате това число в мярка за мощност:
Основна скорост на метаболизма в покой: 1300 килокалории или ккал, изходната цифра, използвана в храненето,
1300 kcal за 24 часа = 54,16 kcal на час = 15,04 грама калории в секунда,
15,04 грама калории/секунда = 62,93 джаула/секунда = приблизително 63 вата,
20% от 63 вата = 12,6 вата.
И така, типичен възрастен човек консумира около 12 вата, една пета от мощността, необходима на типична 60-ватова крушка. В сравнение с повечето други органи, мозъкът е алчен; но в сравнение с изкуствената електроника е невероятно ефективна. Като например по отношение на компютъра IBM Watson, който е победил шампиони на Опасност !, със своите 90 сървъра, всеки изпомпващ около хиляда вата !
Енергията преминава към мозъка чрез кръвоносни съдове под формата на глюкоза, която се транспортира през мозъчната бариера и се използва за производството на аденозин трифосфат (АТФ), основната „валута“ на химическата енергия в клетките. Експерименти с животни и хора потвърдиха, че когато невроните в даден регион на мозъка се активират, местните капиляри се разширяват, за да доставят повече кръв от обикновено, както и повече кислород и глюкоза [2] Тази механична реакция прави възможни магнитни изображения, функционален магнитен резонанс образната диагностика (fMRI) разчита на тези уникални магнитни свойства на кръвта, която тече към активни неврони. Изследванията също така потвърдиха, че след като разширените кръвоносни съдове доставят допълнителна глюкоза, мозъчните клетки се хранят с нея [3].
Разширявайки логиката на тези резултати, някои учени предлагат следното: ако работещите неврони изискват повече глюкоза, тогава особено стимулиращите интелектуални задачи трябва да намалят нивата на кръвната глюкоза и, аналогично на това, да ядат храни. Храните с високо съдържание на захар трябва да подобрят ефективността на такива задачи.
Въпреки че малко проучвания потвърждават тези прогнози, доказателствата като цяло са противоречиви и повечето промени в нивата на глюкозата варират от малки до много малки. В проучване от Университета Нортумбрия, например, доброволци, които изпълняват поредица от вербални и невербални задачи, показват по-голям спад в кръвната глюкоза от тези, които просто многократно натискат клавиш.
В същото проучване [4] една захарна напитка подобрява изпълнението на една задача, но не и на останалите. В университета John Moores в Ливърпул доброволците изпълниха две версии на задачата Stroop [5], в които бяха помолени да идентифицират цвета на мастилото, в което е отпечатана дума, вместо да четат самата дума (вижте пример в долната част на страницата тук): в едната версия думите и цветовете съвпадат - СИНЕ се появява със синьо мастило, в другата версия думата СИНЯ се появява в зелено или червено. Доброволците, изпълнили най-интелектуално стимулиращата задача, показаха по-голямо спадане на кръвната захар, което изследователите тълкуваха като пряка причина за повишено психическо натоварване. Усложняването на ситуацията е важно, някои проучвания са установили, че когато хората не са много добри в дадена задача, те упражняват по-голямо психическо напрежение и използват повече глюкоза, докато поне едно проучване предполага друго [6], т.е. колкото по-умели сте са на задача, колкото по-ефективен е вашият мозък и толкова по-малко глюкоза имате нужда.
Незадоволителните и противоречиви резултати от изследвания на глюкозата подчертават факта, че консумацията на енергия в мозъка не е само въпрос на повече умствени усилия, които биха изпомпвали повече от наличната енергия в мозъка. Клод Месие от университета в Отава е направил преглед на подобни изследвания [7]. Той все още не е убеден, че някоя когнитивна задача изменя значително нивата на глюкозата в мозъка или кръвта. „На теория, да, по-трудната задача изисква повече енергия, тъй като има повече нервна активност“, казва той, „но когато хората изпълняват умствена задача, няма да видите голямо увеличение на енергията. Консумацията на глюкоза като висока процент от общата ставка.
Изходното ниво винаги е много енергия, дори по време на сън без сънища с много малко активност все още има висока минимална консумация на глюкоза. Повечето органи не изискват толкова много енергия за основна поддръжка. Но мозъкът трябва активно да поддържа подходящи концентрации на заредени частици в мембраните на милиарди неврони, дори когато тези клетки не са активни. Поради тази скъпа и непрекъсната поддръжка мозъкът обикновено има енергията, от която се нуждае за малко допълнителна работа.
Автори на други научни трудове са стигнали до подобни заключения. Робърт Курзбан от университета в Пенсилвания цитира изследвания, които показват, че умерените упражнения подобряват способността на човек да се концентрира [8]. В едно проучване [9] например децата, които са ходили 20 минути на бягаща пътека, са се представили по-добре на изпитен тест, отколкото децата, които са чели тихо преди изпита. Ако интелектуалните усилия и фитнес бяха само въпрос на наличната глюкоза, тогава децата, които спортуват и следователно изгарят повече енергия, би трябвало да са по-малко успешни от тихите си колеги.