Kategoriler
Bilim

Beyin ne kadar enerji harcar?

İster integral hesapla uğraşıyor olun, ister mobil cihazınızda oyun oynuyor olun beyin, büyüklüğüne göre bir organ için sürekli olarak büyük miktarda enerji harcamaktadır. Çalışan nöronlar fazladan kan, oksijen ve glikoz toplasa da enerji tüketimindeki artış beynin enerji alımına kıyasla çok küçüktür. Bu nedenle kısa süreli ek zihinsel çaba normalden sadece biraz daha fazla beyin gücü gerektirir. Bununla birlikte insanları uzun saatler boyu zorlu zihinsel çabaya maruz bırakan pek fazla laboratuvar çalışması yok ve bu yüzden insanların "zihinsel yorgunluk" olarak tanımladığı şeyi açıklayan bilimsel bir cevap yoktur. Belki de beynimizin çok fazla çaba harcadığına inanmak bizi uyuşuk hale getiren duygu olabilir.

Beynin saatte harcadığı enerji miktarı

Ortalama yetişkin insan beyni yaklaşık 1,4 kilogram, yani toplam vücut ağırlığının yalnızca yüzde 2'si ağırlığında olmasına rağmen, dinlenme metabolizma hızının (RMR) yüzde 20'si beyne gidiyor (RMR, vücudun hareketsiz kaldığı bir günde harcadığı toplam enerji). RMR, yaşa, cinsiyete, bedene ve sağlığa bağlı olarak kişiden kişiye değişir. Vücudun dinlenme metabolizma hızının ortalama 1.300 kalori olduğunu varsayarsak, beyin temel işlevler için bu kalorinin 260'ını tüketiyor. Bu da saatte 10,8 kalori veya dakikada 0,18 kalori demek. Biraz matematikle bu sayıyı bir güç ölçüsüne dönüştürebiliriz:

  • Dinlenme metabolizma hızı: 1300 kilokalori veya kcal (beslenmede kullanılan tür)
  • 24 saatte 1.300 kcal = saatte 54,16 kcal = saniyede 15,04 gram kalori
  • 15,04 gram kalori / sn = 62,93 joule / sn = yaklaşık 63 watt (vücudun harcadığı enerji)
  • 63 watt'ın yüzde 20'si = 12,6 watt (beynin harcadığı enerji)
İLGİLİ:  Sol beyin ve sağ beyin: Gerçekler ve merak edilenler

Yani tipik bir yetişkin insan beyni standart 60 wattlık bir ampulün ihtiyaç duyduğu gücün beşte biri olan yaklaşık 12 watt tüketiyor. Diğer organların çoğuyla karşılaştırıldığında beyin sıra dışıdır, insan yapımı elektroniğe kıyasla şaşırtıcı derecede etkilidir; hem de on binlerce yıldır. Jeopardy! oyununda yarışmanın en iyilerini yenen IBM'in Watson süper bilgisayarı her biri yaklaşık 1000 watt güç gerektiren 90 IBM Power 750 sunucusuna bağlıydı.

Beynin enerji para birimi

Enerji beyne, kan-beyin bariyerinden taşınan ve hücrelerdeki kimyasal enerjinin para birimi olan adenozin trifosfat (ATP) üretmek için kullanılan glikoz formunda kan damarları aracılığıyla hareket ediyor. Hem hayvanlar hem de insanlarla yapılan deneyler, belirli bir beyin bölgesindeki nöronlar çalıştığında, yakındaki kılcal damarların fazladan glikoz ve oksijenle birlikte normalden daha fazla kan taşımak için genişlediğini doğrulamıştır.

Bu tutarlı yanıt, nörogörüntüleme çalışmalarını mümkün kılıyor: Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI), çalışan nöronlara ve nöronlardan akan kanın benzersiz manyetik özelliklerine bakar. Araştırmalar ayrıca, genişlemiş kan damarlarının fazladan glikoz sağladığını ve bunu beyin hücrelerinin aldığını doğrular.

İLGİLİ:  İlk bilim insanı kimdi?

Bu tür bulguların mantığını genişleten bazı bilim adamları şu sonucu önerdi: Nöronları çalıştırmak ekstra glikoz gerektiriyorsa, o zaman özellikle zorlu zihinsel görevler kandaki glikoz seviyesini düşürmeli ve aynı şekilde şeker bakımından zengin yiyecekler bu tür görevlerdeki performansı artırmalıdır. Northumbria Üniversitesi'nde yapılan bir araştırmada, çeşitli sözlü ve sayısal görevi tamamlayan gönüllüler, bir tuşa tekrar tekrar basanlara göre kan şekerinde daha büyük düşüş göstermiştir. Yine de glikoz seviyesindeki değişiklik çoğu zaman çok küçük veya neredeyse belirsiz olmaktadır. Örneğin aynı çalışmada şekerli içecek, görevlerden birinde performansı artırırken diğerinde etkili olmamıştır.

Liverpool John Moores Üniversitesi'nde gönüllüler, Stroop testinin iki versiyonunu gerçekleştirdiler; bu görevde, kelimenin kendisini okumak yerine, bir kelimenin basıldığı mürekkebin rengini belirlediler: Kolay versiyonda kelimeler ve renkler eşleşirken zor versiyonda ekranda MAVİ yazarken kelimenin rengi yeşil veya kırmızı oldu ve karar vermek daha zordu.

Daha zorlu görevi yerine getiren gönüllüler kan şekerinde daha büyük düşüş gösterdi ve araştırmacılar böylece daha fazla zihinsel çabanın daha yüksek kalori yakımına sebep olduğu sonucuna vardılar. Bazı araştırmalar, insanların belirli bir görevde çok iyi olmadıklarında, daha fazla zihinsel çaba sarf ettiklerini ve daha fazla glikoz kullandıklarını ve aynı şekilde, ne kadar yetenekli olursanız, beyninizin o kadar verimli olduğunu ve daha az glikoza ihtiyacı olduğunu bulmuştur.

İLGİLİ:  Her yıl vücudumuza 70.000'den fazla mikroplastik giriyor

O kadar basit olmayan şekerler

Sonuç olarak, evet, daha zor zihinsel görev daha fazla enerji gerektiriyor çünkü daha fazla sinirsel aktivite söz konusu oluyor. Ancak insanlar bir zihinsel görevle uğraştıklarında glikoz tüketiminde büyük bir artış söz konusu olmamaktadır. Ve beyin temel olarak diğer organlardan çok daha fazla enerji tüketmektedir. Bu yüksek glikoz tüketimi beyin, hücrelerini ateşlemediğinde bile geçerli. Çünkü sahip olduğu milyarlarca nöronu her an harekete hazır tutmak zorunda. Bu amaçla nöron zarlarını uygun yoğunlukta yüksek partikülle yüklü bekletiyor.

Ilımlı egzersizin insanların odaklanma yeteneğini geliştirdiğini gösteren araştırmalara işaret etmek de önemli. Örneğin bir çalışmada, koşu bandında 20 dakika yürüyen çocuklar, akademik başarı testinde diğer çocuklara göre daha iyi performans göstermiştir. Zihinsel çaba ve yetenek basit bir glikoz meselesiyse, egzersiz yapan ve daha fazla enerji tüketen çocukların hareketsiz akranlarından daha kötü performans göstermesi gerekirdi.

Zihinsel görevin zorluğunun enerji tüketimi üzerindeki etkisi incelikli görünüyor ve yaş, kişilik ve glukoz yönetimi gibi değişkenlerle ilişkili duruyor. Zira çoğu insan için vücut, beynin ek zihinsel çaba için ihtiyaç duyduğu az miktardaki ekstra glikozu kolayca sağlar. Kısacası, zihinsel yorgunluğu açıklayan asıl şey kişinin duygu durumudur. Duygusal olarak yıpranmış hisseden kişi zihinsel çabanın sonunda yorgun olduğunu söyleyecektir. Çünkü araştırmaların da gösterdiği gibi beyin uzun süre tek bir işe odaklanmaktan hoşlanmıyor.