能量需求限制了我们大脑的信息处理能力

根据伦敦大学学院的一项新研究，由于持续但有限的能量供应，我们的大脑在一次处理的量上有上限，这项研究使用了测量细胞代谢的脑成像方法。

这项研究发表在《科学》杂志上神经科学杂志，发现注意力可以改变怎样大脑分配有限的能量;当大脑在处理我们所关注的事物时消耗了更多的能量，在我们的注意力焦点之外处理的能量就会减少。

在解释这项研究时，资深作者、伦敦大学学院认知神经科学研究所的Nilli Lavie教授说:“运行大脑需要消耗大量能量人类的大脑。我们知道，即使在我们休息的时候，大脑也会持续消耗大约20%的代谢能，然而人们普遍认为，当我们的大脑有更多的能量需要处理时，这种持续但有限的能量供应不会增加。

“如果大脑的能量供应有一个严格的限制，我们怀疑大脑可能会处理有挑战性的任务把精力从其他工作中转移出来，优先考虑我们关注的焦点。

“我们的研究结果表明，当我们在思考问题时，大脑确实分配给神经元的能量更少，这些神经元对我们注意力之外的信息做出反应任务变得更加困难。这就解释了为什么即使对我们真正想知道的关键信息，我们也会经历无意性失明和失聪。”

认知神经科学家和生物医学工程师组成的研究团队用非侵入性光学成像方法测量了大脑代谢。通过这种方式，他们可以看到当人们将注意力集中在一项任务上时，大脑区域使用了多少能量，以及当任务变得更加需要脑力时，大脑区域的能量是如何变化的。他们在附近使用宽带红外光谱法测定一种参与能量代谢的酶的氧化水平大脑细胞线粒体是为每个细胞的生化反应提供动力的能量发生器。

研究人员利用他们的技术测量了18人在执行视觉搜索任务时大脑视觉皮层不同区域的大脑代谢，这些任务或复杂或简单，有时也会出现与任务无关的视觉干扰。

他们发现，当任务更复杂时，大脑中对参与的任务刺激有反应的区域的细胞代谢升高，而这些增加直接反映为减少细胞的新陈代谢对无人干预刺激做出反应的区域的水平。这种推拉模式是紧密同步的，显示了有人参与和无人参与处理之间有限的能量供应的权衡。

合著者Ilias Tachtsidis教授(伦敦大学学院医学物理学和生物医学工程)说:“通过使用我们内部开发的宽带近红外光谱，我们在伦敦大学学院开发的一种光学大脑监测技术，我们能够更好地测量线粒体(细胞的动力工厂)中的一种酶，这种酶在新陈代谢中起着不可或缺的作用。”

第一作者，博士研究生Merit Bruckmaier(伦敦大学学院认知神经科学研究所)说:“使用这些方法，我们关于大脑能量使用的结论比过去使用fMRI成像方法测量脑血氧合水平的研究更直接和更有说服力，而不是细胞内标志物新陈代谢。"

拉维教授说:“通过这种方式，我们成功地将人们大脑超负荷的体验与他们神经元内部的活动联系起来能源对某一目的的需求通过减少来平衡能源使用与任何其他目的有关。如果我们试图处理太多的信息，我们可能会感到超负荷的压力，因为我们大脑容量的硬限制。

“最近几个月，我们听到很多人说他们感到不知所措，因为不断有新闻更新，需要克服新的挑战。当你的大脑处于最大容量时，你可能无法处理一些信息。你甚至可能没有注意到一封重要的电子邮件，因为你的孩子正在和你说话，或者你可能错过了烤箱计时器的响起，因为你接到了一个意外的工作电话。我们的发现可以解释这些经常令人沮丧的无意识失明或失聪的经历。”

---

---