Їжа для роздумів. Як нейробіологи розкрили секрет енергозберігального режиму мозку

Згідно з результатами роботи, опублікованими в журналі Neuron, дослідники шотландської лабораторії Наталі Рошфор виявили режим енергозбереження у зорових системах мишачого мозку.

Автори відкриття заявили, що в умовах відсутності достатньої кількості їжі протягом декількох тижнів миші втрачали близько 15−20% своєї здорової ваги, а нейрони в їхній зоровій корі зменшували кількість АТФ на 29%. У всіх живих організмах, аж до людини, АТФ є безпосереднім джерелом енергії для більшості біохімічних і фізіологічних процесів.

За словами провідного автора дослідження Західа Падамсі, енергозберігальний режим мишачого мозку погіршив у гризунів сприйняття деталей навколишнього світу, оскільки нейрони менш точно обробляли візуальні сигнали.

«Миші з обмеженим харчуванням гірше справлялися зі складним зоровим завданням… У режимі низького енергоспоживання ви можете отримувати зображення світу у низькій якості», — заявив Падамсі.

Учені припускають, що недоїдання або деякі форми дієти можуть спричинити аналогічну реакцію в організму людини.

У пошуках їжі

Не секрет, що під час нестачі поживних речовин люди також схильні втрачати увагу та концентрацію на певних речах. Учені припускають, що цей механізм покликаний допомагати нам швидше шукати їжу.

Висновок учених з Единбурзького університету свідчить, що мозок людини може бачити однаково в усіх режимах роботи. Але інтерпретація побаченого відрізнятиметься залежно від кількості поживних речовин в організмі.

«Голодні ви чи ні, фотони світла, які потрапляють у вашу сітківку, однакові. Але сприйняття вашого мозку зовсім інше, тому що у вас є мета, про яку ваше тіло знає та спрямовує увагу таким чином, щоб допомогти її задовольнити», — пояснює нейробіолог з університету Мічігану Крістіан Берджесс.

У межах нового дослідження вчені із Шотландії поступово обмежували раціон мишей, поки тварини не втратили 15% своєї ваги. Аналіз електричних сигналів, які використовують нейрони для зв’язку, показав, що під час розгляду зображень чорних смуг у мишей із нестачею поживних речовин падала швидкість передачі цих сигналів.

Попри наявність кількох захисних механізмів щодо підтримки високої швидкості сигналів у нейронних зв’язках, нейрони зорової кори у голодних мишей працювали менш активно, що робило зір гризунів менш точним.

«Якимось чином система зору змогла значно зменшити використання енергії тільки з цією відносно тонкою зміною здатності тварини виконувати завдання сприйняття», — розповіла нейробіологиня з Університету Дьюка Ліндсі Ґлікфельд.

Результати дослідження підтверджують, що ссавці можуть включати енергозберігальний механізм у нейронах зорової кори. Не виключено, що такий самий ефект може викликати часткову втрату нюху та уповільнення роботи інших областей кори мозку.

Оскільки нейрони функціонують однаково у всьому мозку — цілком імовірно, що енергозберігальний ефект може збільшувати активність сприйняття найкориснішої інформації для організму, знижуючи решту.

Після отримання дози гормону лептину режим енергозбереження у мишей начебто вимкнувся, і дефект зорового сприйняття інформації зник. Учені вважають, що наявність лептину в крові може сигналізувати мозку про достатню кількість їжі та відсутність необхідності заощаджувати енергію.

Важливим результатом цього відкриття може бути те, що попередні дослідження нейробіологів ризикують виявитися неточними. Як правило, обмежують кількість їжі для мишей та інших тварин у рамах експериментів, аби спонукати їх до виконання необхідних завдань за їжу.

Таким чином учені могли мимоволі переводити мозок піддослідних у режим енергозбереження й отримувати неточні дані під час своїх експериментів.

«Ми повинні дуже ретельно подумати про те, як ми плануємо й інтерпретуємо експерименти, якщо ми хочемо поставити питання про чутливість сприйняття тварини чи чутливість нейронів», — заявила Ґлікфельд.

Брама свідомості

Раніше дослідники також намагалися з’ясувати, як людський мозок виділяє більш-менш важливу інформацію, допомагаючи нам орієнтуватися в бурхливому довкіллі.

Виявляється, у світі нейронних зв’язків можуть існувати так звані «ворота свідомості», за допомогою яких ми визначаємо найважливіші зовнішні сигнали.

Для підтвердження цього минулого року нейробіологи зі США провели експерименти з використанням функціональної магнітно-резонансної томографії. Учасники отримували пропофол — препарат для введення у стан загального наркозу.

За допомогою навмисного відключення свідомості та сприйняття сенсорної інформації тіла піддослідних учені могли відстежувати, що відбувалося у різних ділянках мозку людини, коли він «входить» у свідомість і «виходить» із нього.

Учасники дослідження також повинні були уявити, як вони грають у теніс, рухаються місцевістю та стискають м’яч у руці. Виявилося, що під час уявляння цих процесів активувалася область мозку, яка контролює рухи. Коли піддослідний починав стискати м’яч — багато ділянок мозку ставали менш активними, концентруючи увагу саме на цій дії.

За допомогою пропофолу дослідники змогли з’ясувати, що «воротами свідомості» є передня кора острівцевої частки мозку, яка фільтрує зовнішні сигнали і допомагає їм досягти мозку.

«Свідомий доступ до сенсорної інформації, імовірно, здійснюється в ділянці, проміжній між первинною сенсорною і трансмодальною асоціативною корою, але структура, що відповідає за нього, залишається невідомою… Утрати поведінкової реакції у здорових добровольців під упливом пропофолу викликає дисфункцію передньої острівцевої кори (AIC) у поєднанні з порушенням динамічних переходів мереж пасивного режиму та зорової уваги», — зазначено у дослідженні.

Попри ці результати, для визначення функціональної ролі острівцевої частки мозку в людському пізнанні та свідомості потрібні додаткові дослідження.