대뇌 두뇌 힘은 왜 이렇게 많은 에너지를 먹는가?
케임브리지 대학의 진화론 인류 학자들의 새로운 연구에 따르면, 인간의 두뇌는 에너지를 전환하기 전에 에너지를 필요로하는 다른 기관이나 근육의 필요성에 연료를 공급하기 위해 우선 순위를 매긴다. 그들의 최신 논문 인 "인지 기능과 신체 기능 사이의 균형과 뇌 기능의 상대 보존"은 10 월 20 일 Scientific Reports 지에 게재되었습니다.
인간의 두뇌는 체중의 약 2 %를 차지하지만 신체의 가용 에너지 보유량의 약 20 %를 매일 거머쥘뿐입니다. 호모 사피엔스 에게 큰 두뇌를 갖는 것은 높은 에너지 비용을 초래합니다. 사실, 케임브리지의 연구자들은 열심히 노력하는 동안 우리가 빨리 생각해야 할 때, 우리는 대뇌 뇌의 힘이 신체의 최대 성능을위한 에너지 요구량을 초과하도록 진화 해왔다. 연구진은 Homo clade가 살아남고 번성하기 위해서는 빠른 속도로 빠른 속도로 생각할 때 우선 순위를 부여하기 위해 "뇌에 우선적 인 포도당 할당"을 제공함으로써 진화했다는 가설을 세웠다.
사냥꾼 수집가로서 음식 획득 방법에 대한 우리의 숙달은 인간의 두뇌의 복잡성과 상대적 크기의 진화적인 증가 인 뇌화를 통해 우리의 두뇌가 커짐에 따라 향상되었습니다. 뇌증은 또한인지 기능이 뇌의 비 두부에서 대뇌 피질로 이동하는 것을 포함합니다.
활발한 운동이나 운동 경기 중에 에너지를 소비 할 때 – 먹이를 사냥하는 조상과 유사합니다. 골격근은 뇌와 경쟁하여 포도당과 산소를 이용할 수 있습니다. 고강도 운동 또는 간격 훈련 (HIIT)은 신체 운동의 정도에 직접적으로 비례하여 골격근과 뇌의 대사 요구를 증가시킵니다.
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케임브리지 고고학과 PAVE 팀의 연구 책임자 인 다니엘 롱맨 (Daniel Longman)은 성명서를 통해 "건강한 두뇌는 환경 문제에 직면했을 때 연료가 공급되는 근육보다 더 나은 생존 확률을 제공했을 것"이라고 말했다.
이 연구에서 케임브리지 대학의 PAVE (Phenotypic Adaptability, Variation, and Evolution) 연구 그룹의 Longman과 동료 연구원은 엘리트 조정 팀원의 평균 연령 21 세 인 62 명의 학생을 입대 시켰습니다.
이 실험의 다양한 단계에서 참가자들은 메모리 테스트와 물리적 작업을 독립적으로 수행하고 동시에 수행했습니다. 첫째, 기본 인식 능력은 책상에서 3 분간의 단어 회상 테스트를 통해 테스트되었습니다. 그런 다음 최고 운동 능력은 로잉 머신에서 3 분간의 전력 테스트 중에 측정되었습니다. 마지막으로, 노리개는 메모리 작업을 수행하면서 동시에 최대 출력으로 노를 저어야했습니다.
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예상대로 VO2max에 근접하면서 동시에 단어 목록을 불러 오려고하면 정신적 및 육체적 성과 모두에서 점수가 낮아집니다. 그러나 연구팀은 출력 결과의 감소가 메모리 리콜의 감소보다 훨씬 컸음을 발견 한 것에 놀랐다. 실제로, 육체적 인 힘 산출에있는 하락은인지 기능에있는 하락보다는 29.8 %의 평균이었다.
Longman et al. 그들의 새로운 연구 결과가 말하기를 "이기적인 뇌 가설"을 뒷받침한다. 인간의 두뇌가 말초 기관과 골격근의 그것보다 먼저 자신의 에너지 필요성을 우선 순위로 진화 시켰다고 가정한다.
"기관과 조직 간의 절충은 많은 유기체가 내부 우선 순위 지정을 통해 에너지 부족 상태를 견딜 수있게합니다. 그러나 이것은 비용이 든다 "고 Longman은 말했다. "장기간의 영양 실조 나 기아로 고통받는 사람들뿐만 아니라 성장 제한으로 태어난 어린이들 에게서도 몸이 낭비됨에 따라 뇌의 독창적 인 보존에서 뇌의 이기적 인 성격이 관찰되었습니다."
저자들은 결론에서 다음과 같은 결론을 요약합니다. "이 연구는 동시 챌린지 동안인지 기능과 물리적 인 출력 사이에 급격한 균형을 보여주었습니다. 이것은 육체적 인 힘 산출에인지 기능의 관계되는 보전 때문에 이기적인 두뇌 가설을 지원합니다. 기본 메커니즘은 불분명하며 추가 조사가 필요합니다. "
대니 롱맨 (Danny Longman)의 지속적인 연구는 세계에서 가장 어려운 환경에서 최대 300km의 풋 레이스와 같은 초 지구력 운동 경기 중에 발생하는 장기간의 신체 활동 동안 발생하는 절충안에 초점을 맞 춥니 다. Longman이 자신의 홈페이지에서 말한대로 : "우리는 Anglia Ruskin University의 Dan Gordon 박사와 협력하여 운동 선수에 대한보다 상세한 생리 분석을 수행하고 있습니다. 이 프로젝트는 극한 환경에서의 적응과 수행에 대한 의미와 함께 개인이 정력적으로 스트레스를받을 때 발생하는 자원에 대한 내부 경쟁에서 비롯된 생활사 절충에 대한 이해를 증진시키고 있습니다. "
일화 적으로, 나는 처음 경험으로부터의 초 – 거리 경주 중 발생하는 절충에 대해 많은 것을 배웠다. 예를 들어, 2004 년에 기네스 세계 기록을 깨고 24 시간 만에 153.76 마일을 달렸습니다. 특히,이 위업을 성취하기 위해 사건의 마지막 시간에 신장과 뇌의 사고가 멈추어 져서 몸이 제한된 에너지 자원을 다리 근육으로 방향을 바꿀 수있었습니다. 이 절충안은 거의 나를 죽였다. 24 시간 내에 6 회의 마라톤을 마친 후, 나는 내 몸이 앞으로 나아갈 수 있도록 먹기 시작한 내 마음으로 인한 손상에서 회복하기 위해 일주일을 ICU에서 보냈다. ( 네, 저는 경주에서 우승하기 위해 자기 전멸의 위기에 처한 미친 듯이 매혹적인 초 지구력 운동 선수였습니다 : 기록을 위해 : 나는이 가까운 죽음 경험 후에 스포츠 경기에서 은퇴했습니다 .)
그것이 말하게되면서, 나는 논스톱 달리기의 첫번째 23 시간 동안 멋지다고 느꼈다. 이 기간 동안 저는 러닝 머신에서 약 146 마일을 달렸습니다. 그러나 기네스 세계 기록을 깨기 위해 "밟아보기"의 마지막 시간을 시작하면서 대뇌 피질은 오프라인으로 보였다. 불행히도 24 시간 동안 기존 세계 기록을 깨기 위해서는 여전히 7 마일을 달려야했습니다. 의지의 투명한 힘을 통해, 내 몸은 앞으로 나아갈 수 있도록 나의 '이기적인 두뇌'를 도둑 내기 시작했다. 이것은 내 몸과 두뇌가 하루 만에 러닝 머신에서 뛰었던 어떤 인간보다 더 멀리 달려 나가야하는 트레이드 오프였습니다. 운동가의 길 : 땀과 행복의 생물학 에서 묘사하는 것처럼 :
"논스톱으로 23 시간을 뛰면서 두뇌가 문을 닫았을 때 나는 쥬라기 공원에있는 것처럼 느꼈다. 이 일시적인 운동 순간은 내 두뇌에서 텀블러를 이동시켜 초현실적 인 원시 세계로 열었습니다. 나는 그날 아침 빛의 각도와 나를 격려하는 사람들의 바다의 에너지를 기억하지만 개개인의 성격은 기억하지 못한다. 모든 것은 색상의 거대한 만화경이었습니다. 아직, 나는 아직도 달리고 있었다. 나는 모든 시간 감각을 잃었다. 나는 외부의 자극들과 군중들로부터의 에너지 충동들만 흩어질 수있었습니다. 음악조차도 침투하지 않았습니다. 의식이있는 두뇌로 처리되는 것은 없습니다.
오전 7 시부 터 실행 23 시간 후부터 끝날 때까지는 아무 것도 기억하지 못합니다. 하지만 시간당 7 마일 씩 또 다른 시간 동안 뛰었습니다. 나는 내 소뇌의 뿌리 키예 (Purkinje) 세포에 수년 동안 축적 된 근육 기억을 유지할 수 있었다고 믿는다. 내 소뇌에 저장된 타고난 암묵적인 기억이 나를 완전히 기능을 갖춘 대뇌없이 달리게했습니다. 순전히 본능적 인 방식으로 한 발을 다른 발 앞에 댑니다. "
스포츠에서 '분석에 의한 마비'를 설명하는 '이기적인 뇌 가설'
테니스의 전설 아서 애슈 (Arthur Ashe) 는 " 분석에 의한 마비 라 불리는 스포츠의 증후군이 있습니다. "울트라 내구성 운동 선수로서, 나는 전술 한 24 시간의 트 래서 토 또는 트리플 아이언 맨 철인 3 종 경기와 같은 극단적 인 거리를 달리거나, 자전거로 타거나, 그리고 / 또는 수영하는 데 필요한 값 비싼 에너지 자원을 과도하게 생각하는 것을 시행 착오를 통해 배웠다. 7.2 마일의 수영, 336 마일의 자전거와 78.6 마일의 달리기가 논스톱으로 진행되어 38 시간 46 분 만에 완성되었습니다.
나의 늦은 아버지, Richard Bergland는 신경 외과의 사, 신경 과학자 및 The Fabric of Mind의 저자였습니다. 신경 과학을 바탕으로 한 테니스 선수이자 뇌 외과의 사인으로서 우리 아버지는 소뇌의 푸르 키예 (Purkinje) 세포가 근육 기억에 중요한 역할을한다는 것을 예감했습니다. 사춘기 테니스 선수로서 아버지는 나를 가르쳐 주실 것입니다. " 크리스, 모든 뇌졸중으로 소뇌에있는 근육 기억을 망치로 잡아 당기는 것을 생각해보십시오 ."2005 년에 아버지는 나를위한 급진적 인 새로운 두뇌 모델을 만들 수 있도록 도와 주셨습니다. 운동 선수의 길 : 노골적인 학습이 주로 대뇌에 자리 잡고 암묵적 학습이 소뇌에 자리 잡고 있다는 자신의 가설에 뿌리를두고있는 땀과 Bliss (St Martin 's Press)의 생물학 . 물론이 프레임 워크는 지나치게 단순화되어 가상의 지점을 만듭니다. 분명히 해마와 다른 뇌 영역은 선언적 기억과 노골적인 학습에서 중요한 역할을합니다. 그럼에도 불구하고, 운동 선수로서 나의 훈련과 경쟁은 습관적 인 '연습, 연습, 연습'이 뇌의 배액을 최소화하는 방식으로 암시 적 학습과 근육 기억을 신경 소화하는 것을 용이하게한다는 가설과 너무 많은 대뇌 사고의 "분석".
2007 년 아버지가 죽은 이래로 나는 내적 상관 관계와 암시 적 및 명시 적 학습의 두뇌 역학에 관한 연구를 위해 안테나를 유지했습니다. 이 라인을 따라, 매사추세츠 공과 대학 (MIT)의 연구원에 의한 최근 논문 "암시 적 및 명시 적 학습을위한 다른 신경 상관 관계를 제안하는 메타 분석"이 10 월 11 일 Neuron 지에 게재되었습니다 . 이 분석 결과 (Longman 연구에서 단어 목록을 암기하는 노 젓는 사람들과 같은) 명시 적 학습은 암묵적 학습보다 높은 빈도로 진동하는 뚜렷한 신경 서명을 가지고 있습니다.
비록 소뇌가 암묵적 학습의 자리에 있는지 확실히 알기에는 너무 이르지만, 미래의 연구는 이러한 질문에 답하는 데 도움이 될 것입니다. 즉, MIT 연구의 저자는 다음과 같이 말했습니다 :
"학습은 한 때 단일 과정으로 여겨졌습니다. 그러나 환자 HM과 다른 기억 상실 환자는 새로운 사실과 에피소드를 유지하고 기억할 능력이 없음에도 불구하고 기술 학습을 보존 해왔다 (Scoville and Milner, 1957, Milner et al., 1968, Cohen and Squire, 1980). 이것은 적어도 2 가지 주요 형태의 학습이 있음을 의미한다 : 하나는 해마 의존적이고 일시적인 내용 (명시 적 학습)이고 다른 하나는 비 hippocampal이고 대부분 무의식적 (암묵적 학습)이다. . . 명백하고 암묵적인 학습이 뚜렷한 뇌 시스템을 관여한다는 것은 분명하지만, 신경 메커니즘의 차이는 분명하지 않습니다. "
성명서에서, 학습 및 기억을위한 Picower 연구소의 뇌 과학 교수이자 두뇌 및인지 과학과의 Earl K Miller 교수와이 MIT 논문의 수석 저자는 "이 독특한 신경 신호는 과학자들이 우리가 어떻게 운동 능력을 배우고 복잡한 인식 작업을 통해 일하는지에 대한 기본 신경 생물학을 연구합니다. "
Miller는 노골적인 학습을 "당신이 배우고있는 것에 대해 생각할 때 의식적으로 인식하고 배운 것을 명료하게 표현할 수 있습니다. 예를 들어, 책의 긴 구절을 암기하거나 복잡한 게임의 단계를 배우는 것과 같이 체스 "라고 말했습니다. 반대면에서, 암묵적 학습은 반대입니다. 자전거를 타거나 저글링을 배우는 것과 같이 의식적 접근이없는 학습의 종류 인 운동 능력 학습 또는 근육 기억이라고 부를 수 있습니다. 그렇게함으로써 당신은 나아지고 나아 지지만 배우는 것을 실제로 표현할 수는 없습니다. "
Miller와 그의 MIT 동료들은 명백한 학습 작업 중에 정확한 선택과 델타 – 세타 파 (3-7 헤르츠)의 증가에 따라 alpha2-beta 뇌파 (10-30 헤르쯔에서 진동)가 증가한다는 사실을 발견했습니다. 잘못된 선택을 한 후에 흥미롭게도 alpha2-beta 파는 노골적인 과제에서는 학습과 함께 증가했지만 학습이 진행됨에 따라 감소했습니다. Miller는 명시 적 학습 중에 알파 -2 베타 뇌파의 증가가 "과제 모델을 구축하는 것을 반영 할 수 있다고 추측합니다. 그리고 동물이 그 과제를 배우고 나면 모델이 이미 만들어져 있기 때문에 알파 – 베타 리듬이 떨어지게됩니다. "
반대로, 델타 – 시타 리듬은 암시 적 학습 작업 중에 정답으로 만 증가했습니다. 또한 학습이 진행됨에 따라 발진 빈도가 감소했습니다. 이 패턴은 전체 뇌가보다 에너지 효율적이되도록 암시 적 학습 동안 운동 기술을 근육 기억으로 인코딩하는 간소화 된 신경 "재 배선"을 반영 할 수 있습니다. Miller는 다음과 같이 결론지었습니다. "이것은 명시 적 대 암묵적 학습 중에 다른 메커니즘이 존재 함을 보여줍니다."
우리가 명백하고 암묵적인 학습과 기억을 둘러싼 신경 신호를 완전히 이해하기 전에 훨씬 더 많은 연구가 필요하지만, 스포츠 훈련과 운동 경쟁의 세계는 필연적으로 신경 과학자와 진화론 인류 학자들에게이 과정의 두뇌 역학에 대해 알려줄 것입니다. 계속 지켜봐!
