一磅一磅，大腦消耗的能量比其他器官多得多，而且令人費(fèi)解的是，即使它的神經(jīng)元沒(méi)有相互發(fā)射稱(chēng)為神經(jīng)遞質(zhì)的信號(hào)，它仍然是一個(gè)耗油量大的人?，F(xiàn)在，威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，包裝神經(jīng)遞質(zhì)的過(guò)程可能是造成這種能量流失的原因。
在他們于 12 月 3 日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的研究中，他們發(fā)現(xiàn)稱(chēng)為突觸囊泡的微小膠囊是非活動(dòng)神經(jīng)元能量消耗的主要來(lái)源。神經(jīng)元使用這些囊泡作為其神經(jīng)遞質(zhì)分子的容器，它們從稱(chēng)為突觸終端的通信端口發(fā)射信號(hào)給其他神經(jīng)元。將神經(jīng)遞質(zhì)裝入囊泡是一個(gè)消耗化學(xué)能的過(guò)程，研究人員發(fā)現(xiàn)，就能量而言，這個(gè)過(guò)程本身就存在泄漏——泄漏如此之大，以至于即使在囊泡被填充且突觸末梢處于非活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，它仍會(huì)繼續(xù)消耗大量能量。
“這些發(fā)現(xiàn)有助于我們更好地理解為什么人類(lèi)的大腦是如此容易受到它的燃料供應(yīng)的中斷或弱化，”資深作者蒂莫西·萊恩博士，麻醉學(xué)威爾康乃爾醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教授生物化學(xué)和。
大腦消耗大量能量的觀察結(jié)果，即使在相對(duì)休息時(shí)，可以追溯到幾十年前對(duì)昏迷和植物人狀態(tài)下大腦燃料使用的研究。這些研究發(fā)現(xiàn)，即使在這些極度不活躍的狀態(tài)下，大腦對(duì)葡萄糖的消耗通常也只會(huì)比正常情況下降一半左右——這仍然使大腦成為相對(duì)于其他器官的高能量消耗者。從未完全了解靜息能量流失的來(lái)源。
瑞安博士和他的實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)表明，神經(jīng)元的突觸末梢，即它們發(fā)射神經(jīng)遞質(zhì)的芽狀生長(zhǎng)物，在活躍時(shí)是能量的主要消耗者，并且對(duì)其燃料供應(yīng)的任何中斷都非常敏感。在這項(xiàng)新研究中，他們檢查了活躍時(shí)突觸末梢的燃料使用情況，發(fā)現(xiàn)它仍然很高。
他們發(fā)現(xiàn)，這種高靜息燃料消耗主要是由突觸末端的囊泡池造成的。在突觸不活動(dòng)期間，每個(gè)囊泡都充滿了數(shù)千個(gè)神經(jīng)遞質(zhì)，并準(zhǔn)備將這些攜帶信號(hào)的有效載荷跨突觸發(fā)射到伙伴神經(jīng)元。
為什么突觸小泡即使在滿載時(shí)也會(huì)消耗能量?研究人員發(fā)現(xiàn)，囊泡膜本質(zhì)上存在能量泄漏，即“質(zhì)子外流”，因此囊泡中的一種特殊的“質(zhì)子泵”酶必須繼續(xù)工作，并在此過(guò)程中消耗燃料，即使在囊泡中已經(jīng)充滿了神經(jīng)遞質(zhì)分子。
實(shí)驗(yàn)指出，稱(chēng)為轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的蛋白質(zhì)可能是這種質(zhì)子泄漏的來(lái)源。轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通常將神經(jīng)遞質(zhì)帶入囊泡中，改變形狀以攜帶神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)入，但同時(shí)允許質(zhì)子逃逸——正如它們所做的那樣。瑞安博士推測(cè)，這種轉(zhuǎn)運(yùn)體形狀轉(zhuǎn)變的能量閾值是由進(jìn)化設(shè)定的，以便在突觸活動(dòng)期間更快地重新加載神經(jīng)遞質(zhì)，從而更快地思考和行動(dòng)。
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