نعلم أخيرًا لماذا يستخدم الدماغ الكثير من الطاقة

بالعربي/ “يعتبر الدماغ عضوًا مكلفًا للغاية لتشغيله.”

قد يكون دماغك يتسرب … الطاقة ، وفقًا لدراسة جديدة قد تفسر سبب استهلاك noggin 20 ٪ من الطاقة اللازمة للحفاظ على جسمك يعمل.

وجد الباحثون في الدراسة أن الأكياس الصغيرة التي تسمى الحويصلات التي تحمل الرسائل التي تنتقل بين خلايا الدماغ قد تنفث الطاقة باستمرار ، ومن المحتمل أن يكون التسرب بمثابة مقايضة لأن يكون الدماغ جاهزًا للنيران في جميع الأوقات ، وفقًا لدراسة جديدة نُشرت في ديسمبر. 3 في مجلة Science Advances . 

قال كبير المؤلفين تيموثي رايان ، أستاذ الكيمياء الحيوية في طب وايل كورنيل في مدينة نيويورك: “يعتبر الدماغ جهازًا مكلفًا للغاية لتشغيله”. 

افترض العلماء سابقًا أن امتصاص الطاقة هذا له علاقة بحقيقة أن الدماغ نشط كهربائيًا ، مما يعني أن خلايا الدماغ ، أو الخلايا العصبية ، تطلق باستمرار إشارات كهربائية للتواصل ، وهي عملية تحرق كميات كبيرة من جزيء الطاقة المعروف باسم الأدينوزين 5 ثلاثي الفوسفات (ATP). 

لكن خلال العقدين الماضيين ، أظهرت الدراسات السريرية أن أدمغة الأشخاص الذين كانوا في حالة غيبوبة أو غيبوبة ، وهذا يعني الحد الأدنى من النشاط الكهربائي للدماغ ، لا يزالون يستهلكون كميات هائلة من الطاقة ، كما قال رايان لـ Live Science. لذلك واجه علماء الأعصاب معضلة: إذا كان النشاط الكهربائي لا يستهلك كل الطاقة في الدماغ ، فما هو؟

حويصلات متسربة

في السنوات الأخيرة ، كان رايان وفريقه يبحثون عن التقاطعات في الدماغ تسمى المشابك العصبية ، حيث تلتقي الخلايا العصبية وتتواصل عن طريق إطلاق حويصلات صغيرة مليئة بالرسائل الكيميائية تسمى الناقلات العصبية. 

لقد أظهروا سابقًا أن المشابك النشطة تستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة. لكن في دراسة جديدة ، قاموا فيها بتعطيل تشابك عصبونات الفئران في أطباق المختبر بسموم ، ثم قاسوا مستويات ATP داخل المشابك ، أدرك الفريق أن المشابك تستهلك الكثير من الطاقة حتى عندما لا تنشط الخلايا العصبية. 

لمعرفة السبب ، قاموا بتعطيل مضخات مختلفة على أسطح الحويصلات الدقيقة التي تحرك الناقلات العصبية والجزيئات الأخرى للداخل والخارج ، وبالتالي حرموا المشابك من الوقود. قاموا بتصوير المشابك باستخدام مجهر فلورسنت واكتشفوا مقدار ATP الذي يحرقه المشبك.

ووجدوا أن “مضخة البروتون” مسؤولة عن حوالي 44٪ من كل الطاقة المستخدمة في المشبك السكوني. عندما قاموا بالحفر أكثر ، اكتشف الباحثون أن مضخة البروتون يجب أن تستمر في العمل ، وتحرق ATP ، لأن الحويصلات كانت دائمًا “تتسرب” من البروتونات.

تستعد المشابك غير النشطة لإطلاق هذه الحويصلات في أي لحظة عن طريق تعبئتها مسبقًا بالناقلات العصبية. 

يفعلون ذلك بمساعدة مضخة أخرى توضع على أسطح الحويصلات. هذا النوع من المضخات ، يسمى البروتينات الناقلة ، يغير شكله ليحمل الناقلات العصبية بالداخل ، وفي المقابل ، يمسك البروتون من داخل الحويصلة ، ويغير شكله مرة أخرى ويبصق البروتون خارج الحويصلة. لكي تنجح هذه العملية ، يجب أن تحتوي الحويصلات على تركيز أعلى من البروتونات في الداخل منها في محيطها.

لكن الباحثين وجدوا أنه حتى بعد امتلاء الحويصلات بالناقلات العصبية ، استمرت البروتينات الناقلة في تغيير شكلها. على الرغم من أنها لم تكن تحمل الناقلات العصبية في الحويصلات ، إلا أنها استمرت في بصق البروتونات ، مما تطلب من مضخة البروتون الاستمرار في العمل لإعادة ملء خزان الحويصلة بالبروتونات.

قال رايان: “لذلك اكتشفنا نوعًا من عدم الكفاءة في ذلك”. التسرب ضئيل ، لكن إذا جمعت تريليونات من التسربات معًا ، “ينتهي الأمر بأن تكون نفقات كبيرة جدًا حتى بدون أي نشاط كهربائي.” 

وقال رايان إن الدراسات أجريت باستخدام عصبونات الفئران في المختبر ، ولكن “الآلية المعنية محفوظة جيدًا بشكل لا يصدق” بين الجرذان والبشر ، لذلك من المرجح جدًا أن تكون النتائج صحيحة على أدمغة البشر أيضًا. 

قال إنه ليس من الواضح سبب تطور أدمغتنا بحيث يكون لديها هذا التسرب ، لكن التغيير السهل في الشكل من المحتمل أن يكون بمثابة مقايضة للحويصلات لتكون قادرة على حزم النواقل العصبية بسرعة.

فقط تخيل مدى السرعة التي يمكنك تسريعها إذا كانت لديك سيارة متوقفة عن العمل في جميع الأوقات بمعدل دوران مرتفع ، ولكن ما هو مقدار الوقود الذي ستهدره ، كما أضاف. “ربما كان ثمن إبقاء نقاط الاشتباك العصبي جاهزة هو ما يبدو أنه استخدام غير فعال للطاقة.”

يأمل رايان وفريقه أن تساعد النتائج ليس فقط في الفهم الأساسي للدماغ البشري ، ولكن أيضًا من الناحية السريرية. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي الاكتشاف إلى فهم وعلاج أفضل لأمراض معينة ، مثل مرض باركنسون ، حيث قد لا يمتلك الدماغ وقودًا كافيًا لإنتاج ATP.

قال رايان في هذه الحالة ، “أنت تتحدث عن سيارة متوقفة عن العمل [و] تقوم بقطع خط الغاز”. ستواجهك مشكلة حقًا.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com