饿久了,大脑会进入“省电模式”!感官被削弱,还看不清东西

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杨净 发自 凹非寺

量子位 | 公众号 QbitA

有没有想过,大脑其实跟手机、电脑一样,也有 节能模式

科学家最新发现,小鼠在长期节食的情况下,它的大脑就会进入这种模式,从而导致视觉感知的精度会变低。

换言之,在这种状态下,小鼠看整个世界都是低分辨率的。

来康康这是一项什么样的研究。

大脑如何节能

尽管大脑只占到身体质量不到2%,但却消耗了大约20%的人体总热量摄入,其中皮层网络就占据了50%能量消耗。

但正如手机和电脑没电会切换到低功耗模式,以保持基本任务流程正常运行。

作为类比,人类的大脑是否也会有它的节能策略?

以此为背景,来自爱丁堡大学的神经科学家们,就开始从小鼠的视觉系统入手。

首先,设置环境。研究人员连续三周限制老鼠的食物量,让他们的体重降低15%-20%。

他们还特别注明: 并没有挨饿

接着, 评估神经元的活动以及ATP的消耗。

我们的脑细胞,主要依赖于葡萄糖的稳定输送,将他们转化成三磷酸腺苷 (ATP) ,促进其信息处理。

研究人员检测了小鼠的初级视觉皮层系统 V1 的信息编码和能量消耗。

具体方法上,他们设计了一个有着两个“出口”的水下室, 每个出口标有不同角度的黑白条图案。

其中垂直 (90度) 图像是真出口,老鼠可以通过这个口离开水面。

几番训练之后,老鼠学会了将出口与垂直角度的图案相关联。

到真正试验阶段,研究人员采用全细胞膜片钳和双光子成像来记录和评估。

结果发现,当正确图像与错误图像之间差异很大时,小鼠很容易找到平台。

但当图片角度与正确的之间小于10度的时候,节食的小鼠便无法再像吃饱的小鼠那样准确的区分他们了。

到神经活动上, 研究人员测量了神经元内部电压尖峰的数量,即神经元用来交流的电信号。

结果显示节食小鼠与对照组的尖峰率相似,但突触处ATP的使用量大幅减少,比例高达29%。

此外他们还发现了神经元的两个变化,一则是神经元增加了输入电阻,这就降低了突触处电流;二则静息膜电位的去极化,从而保留了神经元的兴奋性。

而在小鼠恢复到正常饮食,体重也回到原来水平之后,它的视觉感知能力也恢复如初。

研究人员认为,神经元编码精度的降低与食物限制下,脂肪量调节激素—— 瘦素 水平的降低有关

此前也有类似研究

事实上,早在2016年就有过相关的研究:短期饥饿会改变神经元处理信息的方式。

当时,来自密歇根大学的神经科学家发现,当饥饿的小鼠在看到食物相关照片时,神经元会变得很活跃。

但只要他们吃饱饭,这种神经元活动就会减少。

在人类成像的研究中,也得到了同样的结果。

而在更早之前,有研究者还意识到,在饥饿几小时后,大脑会选择性地节能。

哪个过程最耗能,就关闭哪个。

2013年,法国科学家在苍蝇大脑中发现,他们会关闭形成长期记忆的大脑通路。

如果强制激活这个通路,饥饿的苍蝇会死得更快。

不过在更先进的大脑中是否也有类似的行为,目前尚不得知。

至于这次这篇论文,则是首次研究了长期节食后,大脑如何适应来节省能量。

感兴趣的旁友,可戳下方论文了解更多~

论文链接:

https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(21)00839-4

参考链接:

https://www.quantamagazine.org/the-brain-has-a-low-power-mode-that-blunts-our-senses-20220614/

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