Сколько калорий сжигает мозг и как это рассчитать? . Сжигаем ли мы больше калорий, когда усиленно думаем

сайт - Человек привык пользоваться «услугами» своего мозга , не обращая внимания на сложность этого «объекта», до его первых сбоев.

Итак, мозг. Его рецепт предельно прост: это 78% воды, 15% жира, а остальное - белки, гидрат калия и соль. Однако в нашей Вселенной нет ничего более сложного из того, что мы знаем и что сопоставимо с мозгом вообще.

Мозг составляет всего 2% тела, но потребляет 17% энергии тела и 20% кислорода. Половина наших генов описывает комплексную структуру мозга, в то время, как вторая половина описывает организацию остальных 95% тела.

Количество энергии, которую потребляет мозг - всего 10 Ватт. Лучшие из умов во время активной мыслительной деятельности потребляют, к примеру, 30 Ватт, в то время как суперкомпьютеру нужны мегаватты. Суперкомпьютеры потребляют энергию, сравнимую с электрификацией небольшого города. За один день мозг человека генерирует больше электрических импульсов, чем все телефонные системы мира.

В 2014 году все компьютеры мира сравнялись по производительности с одним человеческим мозгом. А в 2015 году четвертый по мощности суперкомпьютер в мире в течение 40 минут сымитировал только одну секунду активности мозга человека.

Два полушария мозга функционируют одновременно. Левое полушарие отвечает за аналитические и математические способности, правая - за мыслительные, творческие, визуальные. Правое обеспечивает работу левой половины тела, левое - правой.

Память мозга может вместить число байт, выражающееся числом с 8432 нулями. По приблизительным оценкам ученых, это около 1000 терабайт. Для сравнения: Национальный британский архив, в котором хранится история последних девяти веков, занимает всего 70 терабайт.

В нашем мозгу 100.000 километров кровеносных сосудов. Мозг также состоит из 100 миллиардов нейронов - столько звезд в нашей галактике. Он включает в себя более 100 триллионов нейронных связей (синапсов).

Новые нейронные связи в мозгу формируются каждый раз, когда происходит процесс запоминания. То есть, когда человек познает что-то новое, структура мозга меняется.

Размер и масса мозга не влияют на интеллектуальные способности человека. Например, мозг Эйнштейна весил 1 кг 230 гр, что меньше, чем средний вес мозга человека - 1 кг 400 гр.

Мужской мозг на 10 процентов больше женского, однако, в женском головном мозге находятся больше нервных клеток и связей, что обеспечивает его большую эффективность и скорость. В среднем, женщины перерабатывают информацию более эмоционально, задействуя правое полушарие, а мужчины - левую «логическую» часть мозга.

При пробуждении мозг создает электрическое поле в 23 ватта, что является достаточным, чтобы зажечь лампочку.

Ночью мозг не прекращает свою работу во время сна, наоборот он с большей активностью обрабатывает всю поступившую за день информацию. Ученым пока не понятно, что происходит с ним во время сна. Согласно одной теории, во сне информация обрабатывается, согласно другой - обнуляется.

Еще один интересный факт — мозг не чувствует боли, так как в нем отсутствуют болевые рецепторы. Когда «болит голова» — боль ощущает не сам мозг, а прилегающие к нему ткани.

Развитие мозга не останавливается с возрастом. Однако для поддержания его трудоспособности необходимо постоянно его тренировать интеллектуальными нагрузками.

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.

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.

Какой из наших органов потребляет больше всего энергии? Это не сердце, биение которого не прекращается ни днем, ни ночью. Это мозг — он берёт около 20% энергии, потребляемой организмом человека, хотя составляет только 2% от общего веса тела. Из потребляемого, как считают сейчас физиологи, 60-80% тратятся на обмен информацией между нейронами, а также между нейронами и астроцитами - звёздчатыми клетками, которые ещё недавно считались вспомогательными элементами, доставляющими нейронам пищу и опору. Их в десять раз больше, чем нейронов, 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 энергии 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 энергии мозг тратит неизвестно на что. Может быть, он постоянно обрабатывает какую-то поступающую извне информацию, которая не осознаётся человеком? Или энергия 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 нейронами 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 энергии - на поддержание системы в рабочем состоянии, в постоянной готовности. По другой гипотезе, 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.

Нет, пожалуй, во вселенной более сложной штуки, чем человеческий мозг. Он регулирует работу всех органов, отвечает за равновесие, позволяет обдумывать разные приходящие в него мысли, а порой способен создавать прекрасное, и оно превращается в материальные предметы. Правда, и на ужасное он способен, но все равно спасибо Создателю за то, что он у нас есть! Пусть и не у всех он работает одинаково исправно. Чтобы оценить это важнейшее устройство, которым снабжен от рожденья каждый человек, достаточно немножко поразмыслить над самыми простыми параметрами, подлежащими количественной оценке. Их долгое время собирали ученые: медики, физики, химики и специалисты по другим точным наукам. Интересно, что при этом они сами пользовались предметом своих исследований. Некоторые факты просто потрясают.

Масса и энергопотребление

Мозг потребляет меньше энергии, чем лампочка холодильника света - всего 12 Ватт, что составляет 17 % всей потребляемой человеческим телом энергии.

Вес мозга в среднем составляет около 1.36 кг.

Мозг состоит приблизительно на три четверти из воды.

Мозг растет до достижения человеком восемнадцатилетнего возраста.

Мозг потребляет пятую часть всего необходимого организму кислорода.

Исследования показывают, что умственная активность во время сна выше, чем во время бодрствования.

Мозг может жить 4-6 минут без кислорода, затем начинает умирать. Если человека спасти в течение 5-10 минут, наступают необратимые повреждения психики.

Психология

В мозге есть центр юмора. Иногда пациенты с повреждением лобных долей теряют способность понимать шутки.

Человек не может слышать телефонные разговоры в шумных помещениях - мозг не в состоянии отличить фоновый шум от голоса абонента.

Зевота действительно взбадривает, во время нее в легкие поступает больше воздуха, и повышается содержание кислорода в крови, а она, в свою очередь питает им мозг.

Способность запоминать мелодии раздражающих песен обусловлена необходимостью наших древних пращуров ориентироваться во времени суток. Утренние звуки всегда отличались от дневных и ночных. Очевидно, с тех пор назойливые шлягеры «застревают» в мозге.

Частая смена часовых поясов может привести к повреждению памяти. Гормоны стресса, выделяющиеся во время нарушения привычного распорядка дня, могут повредить ткани височной доли головного мозга.

При нахождении на больших высотах люди порой видят странные вещи. Кислородное голодание, скорее всего, конфликтует с визуальными и эмоциональными процессами мозга.

Компьютерные игры-«стрелялки» развивают способности к решению нескольких задач одновременно (хоть какая-то польза!). Игрок вынужден разделять внимание на нескольких «врагов».

Невозможно пощекотать самого себя. Мозг в этом случае автоматически притупляет ожидаемые ощущения.

Солнечный свет заставляет нас чихать. Скрещенные каналы в мозговом стволе посылают сигналы от зрения к носу.

Чрезмерное напряжение изменяет клетки мозга, его структуру и функциональные возможности.

Чтение вслух и частые разговоры с ребенком способствуют развитию его мозга.

За год, проходящий с момента рождения, мозг ребенка увеличивается втрое.

Человеческий мозг самый жирный орган человеческого организма.