Giống như tất cả các bộ phận khác của cơ thể, não của bạn không chỉ cần năng lượng để hoạt động mà nó cần nhiều hơn bất cứ bộ phận nào khác trong cơ thể.
Theo Simon Laughlin, giáo sư khoa động vật học tại Đại học Cambridge, giải thích tại sao bộ não cần rất nhiều năng lượng, cách nó sử dụng năng lượng và những nhu cầu đó đã ảnh hưởng đến sự tiến hóa của chúng ta như thế nào.
Bộ não cần bao nhiêu năng lượng?
Đối với một người trưởng thành trung bình ở trạng thái nghỉ ngơi, não tiêu thụ khoảng 20% năng lượng của cơ thể. Chức năng chính của não - xử lý và truyền thông tin qua các tín hiệu điện - rất rất tốn kém về mặt sử dụng năng lượng.
Rất khó để xác định chính xác tỷ lệ phần trăm, nhưng chúng ta có những ước tính khá tốt về những nơi năng lượng đó sẽ đi đến, mặc dù nó thay đổi tùy theo vùng não. Trong vỏ não của chuột, khoảng một phần tư năng lượng của não dành cho việc duy trì tế bào thần kinh và tế bào thần kinh đệm - quá trình mà tất cả các tế bào phải trải qua để duy trì sự sống. 75% còn lại được sử dụng để truyền tín hiệu - gửi và xử lý các tín hiệu điện qua các mạch của não. Những con số này dường như rất giống nhau ở người.
Phần lớn năng lượng đó được tiêu thụ tại các khớp thần kinh - những khoảng trống nhỏ giữa các tế bào não, nơi các tín hiệu được gửi và nhận. Ở đó, các tế bào đều đặn bơm các ion vào khoảng trống giữa các tế bào - trao đổi kali và natri để tạo ra điện tích. Hoạt động bơm này là cơ bản cho hoạt động của các mạch não, nhưng chúng rất tốn năng lượng.
Các bộ phận hoặc khu vực nhất định của não có cần nhiều năng lượng hơn những bộ phận khác không?
Giữa hai loại mô chính trong não - chất xám và chất trắng - chất xám đòi hỏi nhiều năng lượng hơn chất trắng. Chất trắng, được tạo thành từ các bó sợi trục, chứa một lượng lớn myelin, chất béo bao bọc xung quanh sợi trục để cách điện và giữ cho điện không bị rò rỉ ra ngoài. Do sự cách nhiệt này, chất trắng sử dụng khoảng 20-25% năng lượng so với chất xám, được tạo thành từ đuôi gai, cơ thể tế bào và các vị trí của khớp thần kinh.
Một số chức năng đòi hỏi nhiều năng lượng hơn những chức năng khác. Các vùng não chịu trách nhiệm xử lý thính giác đòi hỏi nhiều năng lượng hơn hệ thống khứu giác hoặc các vùng não chịu trách nhiệm ghi nhớ. Thính giác đòi hỏi tín hiệu rất nhanh và chính xác - sẽ không có lợi nếu âm thanh nguy hiểm bị trì hoãn theo bất kỳ cách nào. Các quá trình tương đối chậm như khứu giác không có nhu cầu năng lượng cao như nhau.
Bạn có sử dụng nhiều năng lượng hơn khi suy nghĩ căng thẳng hoặc hoàn thành các nhiệm vụ phức tạp không?
Có hai yếu tố quan trọng cần ghi nhớ. Bộ não cần năng lượng điện giá trị này để hoạt động. Và bộ não của bạn dược duy trì năng lượng không bao giờ tắt. Ngay cả khi bạn đang ngủ vào ban đêm, não bộ cũng tiêu thụ nhiều năng lượng như ban ngày. Trong khi bạn nghỉ ngơi, các tế bào thần kinh của bạn liên tục giao tiếp, cập nhật cho nhau về những gì đang xảy ra. Sự cảnh giác thường xuyên của họ là nơi mà phần lớn năng lượng được tiêu thụ.
Nếu một nhiệm vụ cụ thể đòi hỏi một vùng não nhất định, nhu cầu năng lượng của vùng đó sẽ tăng lên. Bạn có thể thấy sự gia tăng khi quét fMRI - khu vực sẽ có màu đỏ tươi nơi các mạch đặc biệt hoạt động. Nếu bạn đang nói chuyện với một người khác, khu vực của Broca - khu vực liên quan đến việc tạo giọng nói - sẽ trở nên sôi động hơn. Bất chấp những gì bạn có thể giả định từ màu sắc tươi sáng, mức tăng năng lượng là nhỏ - nhiều nhất là khoảng 8%. Không giống như các cơ ở chân của bạn, nơi tiêu thụ năng lượng có thể tăng gấp 3-4 lần lúc bạn đi bộ so với khi bạn ngồi, bộ não yêu cầu một lượng tương đối ổn định - cho dù bạn đang làm một việc gì đó phức tạp như giải một bài toán khó hay Nhìn chằm chằm vào không gian. Mức tăng là nhỏ, so với lượng lớn năng lượng mà nó cần làm đường cơ sở.
Có một huyền thoại rằng bạn chỉ đang sử dụng 10 phần trăm bộ não của mình và một viên thuốc ma thuật có thể mở khóa 90 phần trăm còn lại (trong phim Lucy Siêu phàm).
Phần lớn các tế bào thần kinh của bạn tương đối im lặng trong một khoảng thời gian dài, chờ đợi để bắt đầu hoạt động khi được kích hoạt. Nhưng họ đang làm như vậy để duy trì hiệu quả năng lượng. Nếu bằng cách nào đó bạn tăng gấp ba lần số lượng tế bào thần kinh được kích hoạt cùng một lúc, nhu cầu oxy của não sẽ tăng lên đáng kể, có thể sử dụng nhiều như cơ chân của bạn trong khi chạy nước rút.
Nhu cầu năng lượng của não có ảnh hưởng đến sự tiến hóa của con người không?
Bộ não không có chức năng dự trữ năng lượng để dự phòng khi cần. Không giống như cơ bắp, nơi có thể tích trữ lượng carbohydrate dư thừa, não cần được cung cấp oxy và năng lượng liên tục để hoạt động tốt. Nếu nguồn cung cấp máu cho não bị cắt hoặc bị gián đoạn - như trong một cơn đột quỵ hoặc chấn thương đầu - các tế bào thần kinh bắt đầu ngừng hoạt động nhanh chóng. Điều này có vẻ như là một lỗ hổng, nhưng nó không thể thiếu đối với hoạt động của não bộ. Nếu não chứa các tế bào lưu trữ năng lượng dự phòng, các tế bào đó sẽ chiếm không gian giữa các tế bào thần kinh. Điều này sẽ làm tăng độ dài quãng đường mà tín hiệu điện phải truyền đi và chúng sẽ cần nhiều năng lượng hơn để làm như vậy. Các sinh vật ban đầu có thể đã có hệ thống thần kinh bao gồm những loại dự trữ kiểu này, nhưng qua hàng triệu năm tiến hóa, chúng ta đã hy sinh nguồn điện dự phòng này để đạt được hiệu quả tiết kiệm. Nó khiến chúng ta dễ bị chấn thương, nhưng nó cũng cho phép chúng ta tận dụng hệ thống mạch phức tạp của não.
Thế Anh Nguyễn
www.Uviet.net