Зниження концентрації уваги і відчуття голоду

Якщо ви коли-небудь відчували, що не можете зосередитися на завданні коли ви голодні, або що все, про що ви можете думати так це про їжу – нейронні дані підтверджують це. Робота проведена кілька років тому підтвердила, що короткочасний голод може змінити нейронну обробку та спрямовувати нашу увагу таким чином, щоб допомогти нам швидше знайти їжу.

У 2016 році Christian Burgess, нейробіолог з Мічиганського університету, з колегами виявили, що коли миші розглядали зображення, яке вони асоціювали з їжею, область їхньої зорової кори показувала більшу нейрональну активність якщо вони були голодні; а після того, як вони поїли, ця активність зменшувалась. Подібним чином дослідження людей виявили, що зображення їжі викликають сильнішу реакцію в деяких областях мозку, коли суб’єкти голодні, ніж після того як вони поїли.

За словами Burgess фотони потрапляють на сітківку однаково, проте є різниця у репрезентації у мозку; увага спрямовується таким чином щоб задовільнити потребу.

Як мозок економить енергію?

Але що відбувається після кількох годин голодування? Дослідники зрозуміли, що мозок може мати способи економії енергії, скорочуючи найбільш енергоємні процеси.

Перші переконливі докази саме цього випадку пішли з досліджень крихітних мізків мух у 2013 році. Pierre-Yves Plaçais and Thomas Preat з Французького національного центру наукових досліджень та ESPCI Paris виявили, що коли мухи голодують, мозковий шлях, необхідний для формування енергетично витратного типу довготривалої пам’яті, вимикається. Коли вони змусили цей шлях активуватись і сформувати спогади – голодні мухи загинули набагато швидше. Це свідчить про те, що вимкнення цього процесу зберігало їм енергію та життя.

Вплив дефіциту їжі на процеси навчання та пам’яті

Nathalie Rochefort, професор неврології в Единбурзькому університеті, вважає, що те, як кортикальні нейрони функціонують при дефіциті їжі може вплинути на процеси навчання та пам’яті.

Нейрони можуть посилати імпульс лише тоді, коли їхня внутрішня напруга досягає критичного порогу, який вони отримують перекачуючи в клітину позитивно заряджені іони натрію. Але після імпульсу нейрони повинні перекачати всі іони натрію назад — це завдання, яке нейробіологи виявили в 2001 році, є одним із найбільш енерговитратних процесів у мозку.

Протягом трьох тижнів дослідники обмежували кількість доступної їжі групі мишей, доки вони не втратили 15% своєї ваги. Миші не голодували: насправді дослідники годували мишей раніше проведення експерименту, щоб запобігти короткочасним залежним від голоду нейронним змінам, які спостерігали Burgess та інші дослідницькі групи. Але миші також не отримували стільки енергії, скільки їм потрібно.

Нейрони мишей (а ми пам’ятаємо що мишей обмежили цїжі) зменшили проходження електричного струму через мембрани, а також кількість надходження іонів натрію, тому їм не потрібно було витрачати стільки енергії, щоб перекачати іони натрію назад після імпульсу. Можна очікувати, що введення меншої кількості натрію призведе до меншої кількості імпульсів. Але якимось чином миші, позбавлені їжі, підтримували таку саму швидкість імпульсів у нейронах зорової кори як і ситі миші. Тож дослідники почали шукати компенсаторні процеси, які підтримують швидкість імпульсу.

Вони виявили дві зміни, обидві з яких полегшували нейрону генерувати імпульси. Спочатку нейрони збільшили свій вхідний опір, що зменшило струм в їхніх синапсах. Вони також підвищили мембранний потенціал спокою, так що він уже був близький до порогу, необхідного для надсилання імпульсу.

Отже, підтримання швидкості генерування імпульсів є надзвичайно важливим, оскільки мозок для цього «докладає» багато зусиль.

Але зберегти частоту генерування імпульсів означає пожертвувати чимось іншим: нейрони зорової кори мишей не могли бути настільки вибірковими щодо орієнтації ліній, тому реакції мишей у візуальному завданні стали менш точними.

Зміни у зоровому сприйнятті

Щоб перевірити, чи вплинула на зорове сприйняття знижена точність нейронів, дослідники помістили мишей у підводну камеру з двома коридорами, кожен з яких позначили різними зображеннями чорних смуг під кутом на білому фоні. В одному з коридорів була прихована платформа, якою миші могли вибратися з води. Миші навчилися асоціювати приховану платформу із зображенням смуг під певним кутом, але дослідники ускладнили вибір правильного коридору, зробивши зображені кути більш схожими.

Позбавлені їжі миші легко знаходили платформу, коли різниця між правильним і неправильним зображеннями була великою. Але коли різниця між зображеними кутами становила менше 10 градусів, позбавлені їжі миші вже не могли розрізняти їх так точно, як ситі. Наслідком економії енергії стало трохи знижене бачення світу.

Результати показують, що мозок віддає пріоритет функціям, які є найбільш критичними для виживання. Можливість побачити різницю в 10 градусів в орієнтації смуг, ймовірно, не є важливою для пошуку фруктів поблизу або виявлення хижака, що наближається.

Гормон лептин

Коли дослідники дали мишам дозу гормону лептину, який організм використовує для регулювання свого енергетичного балансу та рівня голоду, вони виявили перемикач, який вмикає та вимикає режим енергозбереження. Нейрони знову почали реагувати з високою точністю, і саме так дефіцит сприйняття зник — і все це без того щоб миші проковтнули шматочок їжі.

Оскільки лептин виділяється жировими клітинами, вчені вважають, що його присутність у крові, ймовірно, сигналізує мозку про те, що тварина перебуває в середовищі, де достатньо їжі та немає необхідності економити енергію. Це показує, що низький рівень лептину попереджає мозок про недоїдання в організмі, перемикаючи мозок у режим енергозбереження.

Значення дослідження

Дане дослідження чітко показує, що обмеження їжі впливає на роботу мозку.

Те що миші, яких обмежили в їжі, гірше виконували складне візуальне завдання може мати важливі наслідки для розуміння того, як недоїдання або навіть деякі форми дієти можуть впливати на сприйняття світу людьми. Те, що ви отримуєте в режимі низького енергоспоживання, — це скоріше зображення світу з низькою роздільною здатністю (Zahid Padamsey).

Огляд зроблено за статтею Allison Whiten (2022). The Brain Has a ‘Low-Power Mode’ That Blunts Our Senses

Мозок в режимі “енергозбереження”

You May Also Like

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *