Мозг взрослого весит около 1,4 килограмма, примерно два процента массы тела. Но в покое он потребляет около пятой части всего кислорода и столько же энергии: порядка 20 ватт, как слабая лампочка. Для сравнения: мышцы тела в покое потребляют меньше на единицу массы. Мозг самый энергозатратный орган на килограмм массы.

Топливо

Основной источник энергии для мозга глюкоза: около сотни граммов в сутки. Мозг почти не хранит запасов (в виде гликогена в астроцитах его немного), поэтому зависит от постоянного притока. Падение уровня сахара в крови быстро сказывается: головокружение, спутанность, при сильном падении потеря сознания. При долгом голодании или низкоуглеводной диете печень вырабатывает кетоновые тела, которыми мозг частично замещает глюкозу. Кислород нужен непрерывно: остановка кровотока на несколько секунд приводит к потере сознания, на несколько минут к необратимым повреждениям (см. «Кровоснабжение мозга»).

Куда уходит энергия

Дэвид Аттвелл и Саймон Лафлин в 2001 году составили «энергетический бюджет» серого вещества, оценив расходы по отдельным процессам. Примерно три четверти сигнальной энергии уходит на синапсы и входные сигналы: восстановление ионных градиентов после синаптических токов, возврат медиаторов, и около пятой части на сами импульсы (потенциалы действия). На поддержание покоя клеток уходит значительно меньше. Основной расход приходится на то, что восстанавливает возможность следующего сигнала (см. «Синапсы» и «Нейрон»).

Мыслить тяжелее — не значит тратить больше

Маркус Райхл и Марк Минтун в 2006 году подчеркнули: энергозатраты мозга при решении трудной задачи вырастают лишь на несколько процентов относительно покоя. Большая часть энергии идёт на фоновую активность, поддерживающую работу в покое. Райхл назвал это «тёмной энергией» мозга. Поэтому решение сложной задачи не требует ощутимо больше калорий, а утверждения, что шахматист за партию сжигает десятки тысяч калорий, преувеличены (наблюдаемая потеря веса связана со стрессом и дыханием). Усталость от умственной работы имеет другие причины (см. «Внимание и утомление»).

Роль глии

Астроциты забирают из крови глюкозу, перерабатывают её частично в лактат и передают нейронам. Эту схему предложили Люк Пеллерин и Пьер Маджистретти в 1994 году («лактатный челнок астроцит — нейрон»). Детали остаются предметом споров, но роль глии в питании нейронов не вызывает сомнений (см. «Клетки глии» и «Митохондрии и мозг»).

Связь с томографией

Методы функциональной визуализации используют изменение потока крови и обмена. ФМРТ измеряет кислород, а позитронная эмиссионная томография поглощение меченой глюкозы. Различия в обмене показывают, какие области работают при задаче и как меняется энергия при болезнях: при болезни Альцгеймера снижено потребление глюкозы в теменных и височных областях (см. «Как работает фМРТ»).

Практическое

  • Регулярное питание и сон важнее «пищи для ума».
  • Не существует продуктов, радикально повышающих «энергию мозга» у здоровых людей.
  • Резкая спутанность, слабость, потливость у человека с диабетом повод проверить сахар и вызвать помощь.