Как на самом деле работает мозг
- GTD
На хабре довольно популярны статьи о различных техниках повышения работоспособности, улучшения памяти, самомотивации и т.д. и т.п. Увы, зачастую авторы этих статей совершенно не представляют себе, что такое мозг, как он работает и почему всё устроено именно так.
Прежде всего, необходимо понять вот что:
Думать - дорого
Изложенные ниже сведения почёрпнуты, большей частью, из книги С.В.Савельева «Происхождение мозга», которую я настоятельно рекомендую к прочтению, наряду с трудами Ричарда Докинза и Конрада Лоренца.
Мозг возник в результате эволюции как гибкий, универсальный и быстрый решатель. Обладание мозгом делает животное значительно более приспособленным, особенно в экстремальных ситуациях. Однако за все приходится платить: мозг - чрезвычайно затратный орган. У человека интенсивно работающий мозг потребляет четверть (!) ресурсов всего организма. Проблема заключается ещё и в том, что мозг никогда не находится в состоянии покоя; даже отдыхающий мозг потребляет 10% энергии организма, при этом составляя всего 2% от его массы. Кроме того, организм элементарно не в состоянии поддерживать интенсивную работу мозга в течение длительного времени, через какое-то время неизбежно наступает нервное истощение. Ко всему прочему, мозг, лишенный нужных ресурсов (кислорода прежде всего), практически мгновенно (в течение 5 минут) погибает.
Оптимизация
Полагаю, большинство хабровчан к данному моменту уже представили себе, каким образом можно оптимизировать энергетические затраты мозга. ИТ-специалисты в этом плане ничего лучше природы не придумали.
Вариант А: ограничить активность мозга только действительно экстремальными ситуациями. На человеческом языке этот механизм называется «лень». Человек инстинктивно стремится не думать , до тех пор, пока в этом нет необходимости. Многие животные, например, кошки, вообще постоянно пребывают в одном из двух состояний: либо сонной дрёмы, либо гиперактивности. Лень является двигателем прогресса в самом что ни на есть буквальном смысле.
Вариант Б: кэш. Заложить как можно больше предопределенных моделей поведения и включать мозг только тогда, когда автопилот не может разрешить проблему сам. Такая оптимизация свойственна прежде всего мелким животным, но, как нетрудно заметить, проявив минимум наблюдательности, человек ей тоже пользуется вовсю.
Кстати, отсюда идет знаменитый несуразный миф о том, что человек, якобы, использует десять (пять, два - нужное подчеркнуть) процентов своего мозга. В конкретный момент времени и в состоянии покоя - в каком-то приближении, да. Потому что использовать мозг целиком без необходимости - дорого и неразумно. Но держать 90% мозга не используемыми вообще - ещё более дорого и неразумно.
Реальность
Часто кажется, что поведение человека глупо и нелогично. Однако в свете предыдущего параграфа вполне очевидно, что поведение человека абсолютно умно и логично. Вопрос «о чем ты вообще думал», как правило, имеет простой ответ: ни о чём. Человеку свойственно ни о чем не думать, и это с эволюционной точки зрения самая выгодная программа.
Конечно, в современном мире у большей части человечества не возникает проблем с питательными веществами и механизмы оптимизации энергопотребления не нужны. Но, увы, изменить собственную генетическую программу мы не в состоянии; да и нет никакой гарантии, что иная схема работы мозга окажется для homo sapiens более оптимальной.
Помнить - дорого
От мышления перейдём к памяти. Для понимания процессов запоминания и вспоминания полезно, прежде всего, усвоить одну простую вещь: человеческая память - энергозависимая. На хранение информации непрерывно расходуются ресурсы организма. Думаю, вы уже поняли, что это означает:-).
Во-первых, память разделяется на кратковременную и долговременную. В долговременную память попадает только небольшая часть потока информации.
Во-вторых, воспоминания непрерывно утрачиваются. Чем больше проходит времени, тем меньше информации о событии остается в памяти.
Запоминание случайно
На эти, и без того нерадостные для студентов:-) процессы накладывается ещё и вероятностная сущность запоминания. Дело в том, что запоминание - это образование в нейронной сети устойчивых циклических сетей, содержащих нужную информацию. Этот процесс не очень быстр и довольно непредсказуем. Нельзя сколько-нибудь точно предугадать, в какой момент изменится конфигурация нейронов. Именно поэтому человек частенько запоминает на всю жизнь совершенно бессмысленную и ненужную информацию - потому что так сложилось, что в момент образования новой конфигурации нейронов он думал именно об этой ерунде. Для того, чтобы гарантировать запоминание приходится постоянно обновлять информацию в течение довольно длительного периода времени.
Память врёт
Как было сказано в предыдущем разделе, память нужна человеку прежде всего для того, чтобы не думать. Запомненные решения и модели поведения позволяют не напрягать мозг, а действовать на автопилоте. Это - фактически главная функция памяти.
Однако в силу того, что память энергозависима, запомнить всю нужную информацию нельзя. С одной стороны, постоянно поступает новая информация, которая потенциально может быть важной. С другой стороны, старая информация постоянно утрачивает актуальность. Таким образом, старые воспоминания постоянно конкурируют с новыми за место в памяти. Более того, в целях масимально полного использования доступного ресурса, новые и старые информационные сигналы циркулируют по одним и тем же путям. В результате, старые воспоминания постоянно искажаются, что со временем приводит к довольно неожиданным эффектам вплоть до полного несоответствия старого воспоминания реальности, причем старые воспоминания со временем становятся всё более идеализированными. Это характерно не только для людей, но и для других животных тоже.
Welcome to the Real World
Не знаю, как вы, а я значительно лучше стал понимать поведение людей, когда всё это прочитал. Представления о том, почему мозг ведёт себя именно так, а не иначе, на мой взгляд, гораздо более полезно, чем абстрактные рекомендации про то, как повысить работоспособность и улучшить память. Надеюсь, и вам они окажутся полезными.
Этот пост о том сколько калорий необходимо мозгу, а сколько мышцам, как рассчитывается базовый обмен веществ и как определить затраты энергии на ту или иную активность. Разберем некоторые исследования и полученные факты.
Начну без долгих предисловий и воды, а перейду сразу к исследованиям, табличкам и фактам 🙂
К «Прочим» относятся кости, кожа, кишечник, железы. Легкие не были измерены по методологическим обстоятельствам, но были оценены на уровне 200 ккал/кг (примерно также, как и печень).
Забавный факт – жировые клетки также расходуют калории. Да, это значение не столь велико (около 4,5 ккал/кг), но полагать, что жировые клетки полностью инертны – не верно. Адипоциты производят большое количество гормонов (например, лептин о котором я уже говорила в видео), и это требует энергозатрат.
Адипоцит, секреторная ф-ция:
В состоянии «покоя» 70-80% энергозатрат приходится на органы, которые занимают не более 7% от общей массы тела (печень, сердце, почки, мозг). В то же время мышцы могут занимать около 40% от общей массы тела, но при этом расходуют в состоянии «покоя» 22% энергии, что как-то маловато.
Вот хорошая иллюстрация соотношения массы органов и тканей к энергозатратам организма в состоянии «покоя»:
Вот еще одно любопытное исследование, оно показывает, как изменяется вес составных компонентов тела (жира, мышц, прочих органов) при общем изменении веса тела.
Ссылка на исследование : Peters A, Bosy-Westphal A, Kubera B, Langemann D, Goele K, Later W, Heller M, Hubold C, Müller MJ. Why doesn’t the brain lose weight, when obese people diet? Obes Facts. 2011;4(2):151-7. doi: 10.1159/000327676. Epub 2011 Apr 7.
Скажу сразу, диета на размер мозга не влияет 😉 Масса мозга у взрослого человека остается практически неизменной при похудение или наборе веса. А вот масса мышц, жира, почек, печени зависит от изменения веса тела.
Посмотрите как мало весят кости! Так что отговорка — «Да у меня просто кость тяжелая!» не пройдет 🙂
Получается, что уровень базового обмена веществ или обмен веществ в состоянии «покоя» можно грубо оценивать на уровне 22-24 ккал на кг веса тела . Все это очень индивидуально и зависит от размера определенных органов, тканей, активной клеточной массы. Но в среднем это 22-24 ккал (у мужчин чуть больше, т.к. средний процент жировой ткани у них чуть меньше, а мышц больше), так что для женщины весом 55 кг базовый обмен равен примерно 1265 ккал. Но это БАЗОВЫЙ обмен, то есть физическая активность минимальна.
Physical activity ratios (PAR) или коэффициент физической активности.
Наверное, слышали, что час интенсивного бега это 300-400 ккал, но как мы выяснили, уровень базового обмена зависит от размера определенных органов, тканей, активной клеточной массы, так и расход калорий для одинакового рода физической активности у разных людей отличается.
На графике ниже представлены коэффициент физической активности (PAR). В чем суть, например, наш вес 55 кг и базовый обмен (BMR) составляет 1 265 ккал или 0,87 ккал в минуту, значит для расчета общей нормы энергозатрат надо умножить BMR на PAR и на время той или иной активности. Пример, мы спим 8 часов в день (480 минут * 0,87 BMR * 0.93 PAR = 388 ккал на сон), гуляли 2 часа (120 минут * 0,87 BMR * 3,9 PAR = 407 ккал) и т.д.
Ссылка на исследование : Stefano Lazzer, Grace O’Malley, Michel Vermorel Metabolic And Mechanical Cost Of Sedentary And Physical Activities In Obese Children And Adolescents
Вряд ли кто-то будет все это рассчитывать, лично я для цели определения энергозатрат от физической активности использую спортивные часы, ну а базовый обмен веществ посчитать не сложно.
Напоследок, информация для тех, кто любит в офисе пить чай вприкуску с шоколадкой и горсткой печенюшек, дескать умственная деятельность очень энергозатратна.
Средний показатель энергозатрат мозга 0,23-0,25 ккал в минуту. В то время как увеличение энергозатрат мозга на «мыслительный процесс» добавляет около 1% к общим энергозатратам, а максимальный уровень энергозатрат не больше 10% от общих энергозатрат мозга.
«Event-related changes in cerebral blood flow and glucose uptake are no more than 10% of the physiologic baseline in typical cognitive paradigms. Concomitant changes in energy utilization are on the order of 1%»
Ссылка на исследование: Raichle , M . E ., and Mintun , M . A . (2006). Brain work and brain imaging . Annual Review of Neuroscience , 29, 449-476
Получается, что для решение суперсложных задач весь рабочий день (8 часов * 0,25 ккал * 60 мин. * 1,10) мозгу необходимо аж 132 ккал , а это целых 1,5 банана! 😉
Вот такая статья. Ну а я желаю Всем хорошего настроения, здоровья, классной фигуры и суперэффективных мозгов!)
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.
Если дети растут как сорняки (в конце концов одуванчики являются сорняками), то их мозг горит как факел. Достаточно накладно поддерживать мозг взрослого человека, который использует 17% общей энергии организма, хотя составляет лишь 3% массы тела, но это ничто по сравнению с энергетическими затратами на развитие детского мозга. Мозг почти достигает полного объема в возрасте 7 лет, но он по‑прежнему содержит связи, которые будут удалены впоследствии по мере того, как жизненный опыт ребенка будет способствовать его развитию.
Синапсы потребляют большую часть энергии мозга, поэтому поддержание дополнительных связей обходится недешево. С 3 до 8 лет ткани детского мозга потребляют вдвое больше энергии, чем ткани мозга взрослого человека. Пятилетнему ребенку, который весит 20 кг, требуется 860 калорий в день, и половина этой энергии достается мозгу.
Исследователи изучают использование энергии мозгом с помощью позитронно‑эмиссионной томографии (ПЭТ), определяющей уровень радиомаркированной глюкозы – сахара, который является главным «топливом» для нейронов (см. рис.). Радиомаркеры создаются при добавлении радиоактивных атомов, что позволяет проследить движение химического вещества в недрах мозга или тела человека.
В первые 5 недель после рождения самое высокое энергопотребление наблюдается в соматосенсорной и моторной коре, таламусе, стволе головного мозга и мозжечке, т.е. в наиболее зрелых частях мозга при рождении, которые отвечают за базовые функции жизни, такие как дыхание, движение и осязание.
В возрасте 2‑3 месяцев энергопотребление возрастает в височных, лобных и затылочных долях коры головного мозга, а также в подкорковых базальных ганглиях, которые среди прочего контролируют зрение, пространственную ориентацию и движение.
В возрасте от 6 до 12 месяцев возрастает потребление энергии в лобных долях коры головного мозга, когда дети впервые начинают контролировать свое поведение.
Количество энергии, потребляемой мозгом, продолжает возрастать до 4 лет, а в возрасте около 9 лет начинает снижаться, последовательно достигая «взрослых» уровней в разных участках по мере их созревания. Этот процесс завершается в возрасте от 16 до 18 лет.
Поскольку нервные связи развиваются на разных этапах взросления, существует несколько сензитивных периодов, каждый из которых соответствует определенной функции мозга. Сензитивные периоды особенно характерны для развивающегося мозга младенцев и малышей, поскольку он растет очень интенсивно, но они могут возникать и в другое время. Некоторые сензитивные периоды начинаются и завершаются еще до рождения – например, развитие осязания, основанное на ощущениях ребенка в материнской утробе (см. главу 11). Многие наступают вскоре после рождения, например, первое взаимодействие с близкими людьми формирует мозговые связи, реагирующие на стресс (см. главу 26). Другие сензитивные периоды, скажем обучение грамматическим аспектам языка, продолжаются до конца детства и в подростковом возрасте.
Как мы описывали в главе 2, запрограммированные химические сигналы направляют аксоны к участкам‑мишеням и обеспечивают формирование большого количества синапсов. После создания этих основных элементов жизненный опыт может влиять на дальнейшее развитие, контролируя активность аксонов и синапсов. Синапсы нейронов, которые чаще активируются, с большей вероятностью будут сохраняться и укрепляться благодаря пластичности биохимических проходов к клетке‑мишени, в то время как неработающие синапсы (т.е. связи между двумя нейронами) слабеют или исчезают. Синаптическая активность также может вызывать рост или втягивание аксонных или дендритовых ответвлений. Клетки, которые активируются совместно, прочно связываются друг с другом (см. главу 21).
После завершения этих пластических изменений архитектура мозга меньше поддается модификации в будущем, либо потому, что дополнительные аксоны и синапсы больше недоступны, либо потому, что биохимические проводящие пути, определяющие активность синапсов, изменяются с возрастом. В этом отношении мозг использует сенсорный опыт для формирования связей в нервной цепи, отсекая ненужные связи и поддерживая наиболее прочные и активные для сохранения схем восприятия и поведения, соответствующих индивидуальному окружению ребенка.
Ненужные синаптические связи удаляются в детстве. Так, общее количество синапсов в первичной зрительной коре головного мозга быстро возрастает с рождения до кульминации в возрасте 8 месяцев, а затем постепенно уменьшается вплоть до 5 лет – по мере развития зрительных способностей (см. главу 10). Максимальное снижение количества синапсов в этом регионе мозга происходит в возрасте от 5 до 11 лет (мы точно не знаем, когда именно, поскольку дети от 6 до 10 лет не подвергались обследованию). В лобной коре головного мозга плотность синапсов остается высокой как минимум до 7 лет, немного уменьшается к 12 годам и достигает уровней взрослого человека к 14–15 годам (см. главу 9). Не вполне ясно, что происходит между 7 и 12 годами.
Процесс устранения синапсов гораздо подробнее изучен у других приматов, и результаты в целом согласуются с фрагментарными данными по исследованию людей. У макак‑резусов взрывной рост синапсов в первые несколько месяцев после рождения сменяется сначала постепенным, а потом ускоряющимся уменьшением их количества в детстве. Взрослый уровень плотности синапсов наблюдается после достижения половой зрелости. Хотя этот рост у животных имеет сходные тенденции, уменьшение происходит по разным графикам у разных особей, подкрепляя идею о том, что именно события в окружающей среде влияют на процесс устранения синапсов.
Во всех областях коры головного мозга, изученных у обезьян, развитие синапсов идет по сходному временно́му графику. Еще неясно, можно ли применить этот принцип одновременного развития синапсов по отношению к детям. Сканирование мозга на стадии развития серого вещества , где находятся все синапсы, показывает, что лобные доли достигают своего окончательного объема несколько позже, чем зрительные участки коры головного мозга{Они расположены в затылочных долях. – Прим. ред .}. Однако из‑за возрастного пробела в подсчете человеческих синапсов и расхождений между индивидуумами свидетельства в поддержку этой позиции являются неполными. Так или иначе, измерение энергии мозга у детей показывает, что разница в сроках развития различных участков коры сравнительно мала и что устранение синапсов продолжается на протяжении всего детства (см. выше врезку: «Знаете ли вы? Мозг вашего ребенка потребляет половину энергии организма»).
Чтобы разобраться в том, как опыт влияет на синаптические изменения во время сензитивного периода, мы должны обратиться к исследованиям на лабораторных животных. Амбарные совы охотятся в темноте и должны точно определять источник звука, чтобы знать положение своей добычи. Они делают это, сравнивая разницу во времени поступления звукового сигнала между левым и правым ухом, поскольку звук, доносящийся слева, достигает левого уха раньше, чем правого, и наоборот. Более сложный расчет верхнего или нижнего положения источника звука проводится по различиям громкости, создаваемым формой ушной раковины. Мозг совы получает информацию о расхождениях во времени и перепадах громкости и использует ее для создания мозговой карты звукового источника. Поскольку поступающая информация зависит от индивидуальных характеристик, таких как размер головы и форма уха, которые изменяются по мере роста животного, ее нельзя определить заранее, поэтому естественное картирование происходит в процессе развития.
Восприятие не является пассивным даже у маленьких детей. Мозг вашего ребенка имеет определенные предпочтения относительно того, что он должен усваивать на разных этапах развития.
Для «калибровки» слуховой карты мозг совы дополнительно обрабатывает зрительную информацию. В ходе эксперимента исследователи снабжали совят призматическими очками, которые визуально смещали предметы в одну сторону. Сначала, пытаясь передвигаться с надетыми очками, птицы делают массу ошибок, но постепенно мозг адаптируется к искажающим очкам, смещая свою визуальную карту для отражения новой реальности. Карта звукового пространства тоже смещается как результат реакции на призматические очки, хотя слуховая информация остается неизменной.
Этот сдвиг происходит потому, что нейроны, принимающие информацию о времени и громкости, протягивают свои аксоны и соединяются с новыми нейронами в другой части карты. Прежние связи остаются на месте, хотя их синапсы ослабевают, что позволяет совам вернуться к старой схеме вещей после того, как с них снимают очки. Такая пластичность восприятия имеет место во время сензитивного периода, примерно до 7 месяцев. Взрослым, чей сензитивный период завершился, гораздо труднее перестроить связи, поскольку их аксоны ограничены меньшим участком мозга и нейронная цепь уже не может переносить сигналы за пределы диапазона, установленного в юности.
Все наши органы сжигают калории, когда они выполняют свои функции, правильно? Значит, так как мозг — это орган, мышление сжигает калории, а усиленное мышление сжигает больше калорий?
Вспомните, в мультфильмах, когда герой думает, большое количество пара выходит у него из ушей? Хорошо, немного преувеличенно, но серьезная встряска там действительно происходит, когда мы делаем умственное усилие. Мозг сжигает много калорий в состоянии покоя, и по внешним признакам мы можем с легкостью заключить, что концентрация способствует использованию энергии для потенциальных действий. Действительность, однако, более сложна, и, на мой взгляд, намного более интересна.
Наш мозг составляет только 2 процента всей нашей массы тела, но потребляет примерно 20 процентов всего нашего потребления калорий. Процент еще выше у детей, мозг которых все еще развивается. Мозг среднестатическо го новорожденного использует около 75 процентов доступной энергии, 11-летнего – одну треть, а взрослого человека, если перевести в единицы энергии, — около 20 ватт.
Около 60 — 80 процентов энергии мозга используется для «нейронной передачи сигналов» - думаю, так это называют обычные обыватели, посвящающие свою жизнь ремонту и пополнению припасов. Так же как и любая физическая материя, мозг «сжигает» глюкозу, которая взаимодействует с кислородом для выработки «топлива». Глюкозу и кислород несет кровь, таким образом, во время напряженной умственной деятельности мы можем почувствовать повышение мозгового кровотока и увеличение использования глюкозы и кислорода, и как следствие, большее потребление энергии.
И вот, что обнаружили ученые в процессе своих исследований:
В 1878 году итальянский ученый, работающий с пациентом с повреждением черепа, обнаружил, что мозг пульсировал быстрее, когда подопытный решал арифметические задачи.
В исследовании 1995 года, потребление глюкозы и мозговой кровоток волонтеров, проходивших тест сортировки карточек, увеличились на 12 процентов.
Исследование 1987 года, которое требовало от волонтеров думать о дневной прогулке, увеличило их метаболизм мозга на 10 процентов.
Исследование 1992 года игроков в тетрис показало, что, если они играли в игру 5 дней в неделю в течении месяца или двух, потребление мозгом глюкозы значительно увеличивалось, предполагалось, что их мышление становилось более эффективным с практикой.
Однако, при детальном рассмотрении не все просто. Например, вернемся к тесту сортировки карточек, в то время как мозговой кровоток и потребление глюкозы повысились, использование кислорода — нет, это значит, что не было никакого увеличения сгорания - мозг не «сжег» заметно большего количества «топлива». Именно это и пытаются выяснить нейробиологи до сих пор. Мозговой кровоток не увеличивается настолько быстро, чтобы обеспечить мгновенное увеличение потребления энергии; исследователи теперь предполагают, что скорость течения крови увеличивается, чтобы охладить мозг или унести ненужные продукты. Распад глюкозы усиливается, но без сгорания (окисления) энергетический скачок невелик, возможно, менее 1-го процента.
Тем не менее, факт остается фактом: мозг потребляет непропорциональн о большую долю энергии, большая часть которой тратится на мышление. При этом некоторые ученые, изучающие мозг, говорят, что мы должны придерживаться иного мнения о том, что там происходит. Ранее считалось, что мозг чрезвычайно пассивно реагирует на внешние стимулы. Теперь, когда мы понимаем, что внешние события не влияют настолько сильно на изменение в потреблении мозгом энергии, вырисовывается другая картина: большая часть нашей умственной деятельности происходит строго в наших головах.
«Ну и что», — скажете вы. Секунду. Невропатолог Маркус Рэйчл, пишущий для журнала «Science», называет мозг «механизмом логического вывода Байеса, разработанным, чтобы делать предсказания о будущем». Другими словами, мозг сам создает воспоминания, заключения и желания, из которых и состоит наша личность. Вся эта энергия идет на то, чтобы накормить команду «курящих трубу карликов» между нашими ушами, которые принимают все наши чувства, обдумывают их и организуют наши дальнейшие действия.
И эти карлики работают достаточно эффективно. В человеческом мозге содержится приблизительно 86 миллиардов нейронов, занимающих объем соизмеримый с грейпфрутом (у горилл и орангутангов, самых близких к нам по размеру мозга приматов, их около 33 миллиардов). Самый мощный электронный мозг в мире в настоящее время — суперкомпьютер Titan, расположенный в Окриджской национальной лаборатории в Теннесси, который может выполнить 17.6 квадрильонов операций с плавающей запятой в секунду или 17.6 петафлоп. Принимая во внимание, что ум и компьютеры не совсем сопоставимы, считается, что вычислительная мощность человеческого мозга составляет 1 эксафлоп (в 57 раз больше компьютерной).
Конечно, с точки зрения чисто вычислительной мощности машины несомненно превзойдут людей, некоторые полагают, что в течение десятилетия. Но давайте отнесем это к будущему. Помните, взрослый мозг использует приблизительно 20 ватт, это значит, что его производительнос ть — приблизительно 50 петафлоп на ватт. Производительнос ть обычного суперкомпьютера — 2.5 гигафлоп на ватт. Это 1/20 миллионных эффективности мозга. Другими словами, суперкомпьютер Titan – 8.2. мега ваттный монстр жидкостного охлаждения, размером с большой пригородный дом. Более мощная человеческая модель работает на хлопьях Cheerios может поместиться в шляпу.
Вконтакте
