在一項(xiàng)最新研究中，研究人員在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中使用毒素滅活老鼠神經(jīng)元突觸，然后測(cè)量突觸內(nèi)5\&#39；-三磷酸腺苷水平，研究人員結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使神經(jīng)元不被激活，突觸也會(huì)消耗許多能量。

　　新浪科技訊 北京時(shí)間12月14日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，目前，最新研究表明，大腦可能是人體“消耗能量最高”的器官，大腦可能持續(xù)流失能量，所消耗能量占人體消耗總能量的20%。

　　研究人員稱(chēng)，一種叫做囊泡的小囊結(jié)構(gòu)在腦細(xì)胞之間傳輸信息的時(shí)候，可能不斷地消耗人體能量，該能量消耗很可能是大腦的一種權(quán)衡作用，有利于隨時(shí)激活腦細(xì)胞。這項(xiàng)最新研究報(bào)告發(fā)表在12月3日出版的《科學(xué)進(jìn)展雜志》上。

　　該研究報(bào)告第一作者蒂莫西·瑞安（Timothy Ryan）說(shuō)：“大腦被認(rèn)為是人體‘消耗能量最高’的器官。”據(jù)悉，他是美國(guó)紐約市威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院一位生物化學(xué)教授。

　　此前科學(xué)家認(rèn)為這種能量消耗與大腦處于電活動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，這意味著腦細(xì)胞或者神經(jīng)元不斷發(fā)出電信號(hào)進(jìn)行交流，該過(guò)程會(huì)燃燒大量能量分子，即5‘-三磷酸腺苷（ATP）。

　　瑞安指出，在過(guò)去幾十年里，相關(guān)臨床研究表明，處于植物人或者昏迷狀態(tài)的大腦（該狀態(tài)下意味著非常少的腦電活動(dòng)）仍然消耗大量能量。因此，神經(jīng)學(xué)家們面臨著一個(gè)難題：為什么腦電活動(dòng)無(wú)法耗盡大腦中所有能量，這是怎么回事呢？

　　流失能量的囊泡

　　近年來(lái)，蒂莫西和研究同事一直在研究大腦中被稱(chēng)為突觸的連接點(diǎn)，突觸神經(jīng)元通過(guò)釋放充滿(mǎn)叫做神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡，進(jìn)行突觸神經(jīng)元之間接觸和交流。

　　之前他們發(fā)現(xiàn)活躍的突觸會(huì)消耗大量能量，但在一項(xiàng)最新研究中，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中用毒素滅活老鼠神經(jīng)元突觸，然后測(cè)量突觸內(nèi)5‘-三磷酸腺苷水平，研究人員結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使神經(jīng)元不被激活，突觸也會(huì)消耗許多能量。

　　為了尋找其中的原因，他們破壞了囊泡表面各種不同的泵狀結(jié)構(gòu)，這些囊泡負(fù)責(zé)運(yùn)輸和移除神經(jīng)遞質(zhì)和其他分子，因此該操作就相當(dāng)于剝奪了突觸的動(dòng)力，隨后他們使用熒光顯微鏡對(duì)突觸成像，并計(jì)算突觸燃燒了多少5‘-三磷酸腺苷。

　　他們發(fā)現(xiàn)一種“質(zhì)子泵”，其負(fù)責(zé)維持突觸的剩余能量，大約是所有能量的44%，當(dāng)他們進(jìn)一步深入研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子泵必須持續(xù)工作，并燃燒5‘-三磷酸腺苷，因?yàn)槟遗菀恢痹诹魇з|(zhì)子泵。

　　惰性突觸通過(guò)預(yù)先填充神經(jīng)遞質(zhì)，隨時(shí)準(zhǔn)備激活這些囊泡，研究人員是在囊泡表面泵結(jié)構(gòu)的幫助下做到這一點(diǎn)，這種類(lèi)型的泵結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，能夠改變形狀將神經(jīng)遞質(zhì)運(yùn)送到囊泡中，作為交換，它們從囊泡內(nèi)捕獲質(zhì)子，改變其形狀并將質(zhì)子從囊泡中排出。為了使該過(guò)程有效，囊泡內(nèi)部的質(zhì)子濃度必須比周?chē)h(huán)境更高。

　　但是研究人員發(fā)現(xiàn)，即使囊泡充滿(mǎn)了神經(jīng)遞質(zhì)，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的形狀仍在繼續(xù)變化，盡管它們沒(méi)有向囊泡中運(yùn)送神經(jīng)遞質(zhì)，但它們繼續(xù)噴出質(zhì)子，這就需要質(zhì)子泵持續(xù)工作，以補(bǔ)充囊泡中質(zhì)子數(shù)量。

　　瑞安說(shuō)：“所以我們發(fā)現(xiàn)了囊泡的低效表現(xiàn)，盡管其泄漏的質(zhì)子數(shù)量很少，但一直處于泄漏狀態(tài)中，所消耗的能量是很大的，即使大腦沒(méi)有任何腦電活動(dòng)，最終也會(huì)消耗很多的能量。”

　　據(jù)悉，這些研究是在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)老鼠神經(jīng)元進(jìn)行試驗(yàn)的，但是人類(lèi)和老鼠之間的大腦機(jī)制十分相似，因此該研究結(jié)論很可能也適用于人類(lèi)大腦。

　　目前還不清楚為什么人類(lèi)大腦會(huì)進(jìn)化形成這種能量泄漏機(jī)制，但這種簡(jiǎn)單的形狀改變可能是為了讓囊泡能快速地存儲(chǔ)神經(jīng)遞質(zhì)，想象一下，如果你的汽車(chē)經(jīng)常低速高檔下行駛，高檔下加速多少就浪費(fèi)相應(yīng)的燃料，或許讓突觸處于待命狀態(tài)下所付出的代價(jià)，相當(dāng)于能量的低效利用。

　　賴(lài)安和研究同事希望這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)不僅有助于人們對(duì)人類(lèi)大腦的基本理解，而且還有助于臨床應(yīng)用研究，例如：該發(fā)現(xiàn)可能更好地理解和治療某些疾病，在帕金森氏癥等疾病中，大腦可能沒(méi)有足夠的能量來(lái)制造5‘-三磷酸腺苷。在該情況下，就相當(dāng)于一輛汽車(chē)低速高檔運(yùn)行，如果切斷了輸油管，真的就會(huì)有麻煩了。

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