Мозг. Такой ли он особенный?

Не только не было больших колебаний среднего потребления энергии на один нейрон при сравнении этого показателя у разных видов – средний человеческий нейрон стоит немного больше, чем нейрон макака, и немного меньше, чем нейрон белки, – но при этом отсутствует значимая корреляция между плотностью упаковки нейронов (показатель, обратный размеру нейрона) и средним потреблением энергии на один нейрон в разных мозговых структурах (рис. 9.10). Более крупные нейроны не стоят дороже.

Рис. 9.10. Средняя энергетическая цена одного нейрона головного мозга (в микромолях глюкозы на 1 нейрон в 1 минуту) немного варьирует у мыши, крысы, белки (темные кружки) в сравнении с макаками, бабуинами и людьми (светлые кружки) и, что самое важное, не проявляет заметной корреляции со средней плотностью упаковки нейронов в мозге: более крупные нейроны (с низкой плотностью упаковки) потребляют не больше глюкозы в одну минуту, чем более мелкие (с более высокой плотностью упаковки)

Это был тяжелый удар по теории, согласно которой более крупные нейроны окружены большим числом глиальных клеток, потому что требуют больше энергии: более высокое отношение числа глиальных клеток к числу нейронов, характерное для более крупных нейронов в любой мозговой структуре, у любого вида животного, нельзя соотносить с повышенной потребностью в метаболической поддержке.

Еще более важно, что поскольку средняя энергетическая цена одного нейрона мало варьирует у разных видов, постольку общая энергетическая стоимость каждого отдельного мозга возрастает в простой линейной зависимости от общего числа нейронов в мозге, неважно, у приматов или грызунов, как показано на рис. 9.11, несмотря на разные правила нейронного шкалирования, соотносящие число нейронов и массу мозга этих таксономических групп животных. Чем больше в мозге нейронов, тем больше энергии потребляет этот мозг – по закону прямой пропорциональности.

Эта прямая пропорциональность иллюстрируется тем фактом, что мозг мыши, содержащий 71 миллион нейронов, потребляет 0,37 микромоля глюкозы в одну минуту; мозг макака, имеющий почти в сто раз больше нейронов (6,4 миллиарда), потребляет почти в сто раз больше глюкозы в одну минуту (31,4 микромоля), а мозг человека, который содержит нейронов в 1200 раз больше, чем мозг мыши, потребляет более чем в 1200 раз больше глюкозы, чем мозг мыши, – 497,9 микромоль в 1 минуту. В течение суток 71 миллион нейронов мышиного мозга потребляет 0,11 г глюкозы, или всего 0,4 килокалории в сутки, – для этого мышке надо откусить кусочек печенья, если она его найдет. Мозг макака с его 6,4 миллиарда нейронов потребляет 9,6 г глюкозы в сутки, то есть всего 38 килокалорий, что не очень много. По закону все той же прямой пропорциональности, мозг человека с его 86 миллиардами нейронов потребляет 129 г глюкозы для того, чтобы работать сутки, или 516 килокалорий. Такое количество калорий обеспечивает чашка сахара.

Рис. 9.11. Тотальное потребление энергии целым мозгом (в микромолях глюкозы за 1 минуту) возрастает по закону линейной зависимости у мышей, крыс, белок (темные кружки) и макака, бабуина и человека (светлые кружки). То есть чем больше нейронов содержит головной мозг, тем больше энергии он потребляет по закону прямой пропорциональности