鳥類神經(jīng)元使用的葡萄糖比哺乳動物神經(jīng)元少三倍

鳥類具有令人印象深刻的認(rèn)知能力，并表現(xiàn)出高水平的智力。與大約相同大小的哺乳動物相比，鳥類的大腦也包含更多的神經(jīng)元?，F(xiàn)在，9月8日發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》上的一項新研究有助于解釋鳥類如何能夠負擔(dān)得起維持更多的腦細胞：它們的神經(jīng)元以葡萄糖的形式消耗更少的燃料。

“最讓我們感到驚訝的不是，就其本身而言，神經(jīng)元消耗更少的葡萄糖 - 這可能是由于神經(jīng)元大小的差異所預(yù)期的，”德國波鴻魯爾大學(xué)的Kaya von Eugen說。“但差異的幅度如此之大，以至于大小差異不能是唯一的促成因素。這意味著鳥類的大腦中必須有一些額外的不同，使它們能夠保持如此低的成本。

研究人員解釋說，2016年的一項具有里程碑意義的研究表明，與類似大小的哺乳動物大腦相比，鳥類大腦擁有更多的神經(jīng)元。由于大腦通常由能量昂貴的組織組成，它提出了一個關(guān)鍵問題：鳥類如何能夠支持這么多神經(jīng)元?

為了回答這個問題，von Eugen及其同事開始根據(jù)對鴿子的研究來確定鳥類的神經(jīng)元能量預(yù)算。他們使用成像方法，使他們能夠估計鳥類的葡萄糖代謝。他們還使用建模方法來計算大腦的代謝率和葡萄糖消耗量。

他們的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)動物清醒時，鴿子大腦消耗的葡萄糖量低得驚人(每分鐘每100克27.29±1.57μmol葡萄糖)。這意味著大腦的能量預(yù)算低得驚人，特別是當(dāng)人們將其與哺乳動物進行比較時。

這意味著鳥類大腦中的神經(jīng)元平均消耗的葡萄糖比哺乳動物大腦中的神經(jīng)元少三倍。換句話說，由于尚不清楚的原因，它們的神經(jīng)元成本較低。

馮·歐根說，這些差異可能與鳥類較高的體溫或大腦的特定布局有關(guān)。鳥類的大腦平均也比哺乳動物的大腦小。但它們的大腦保留了令人印象深刻的能力，也許部分原因是它們的成本較低但數(shù)量較多。

“我們的發(fā)現(xiàn)解釋了鳥類如何能夠在不影響處理能力的情況下支持如此大量的神經(jīng)元，”von Eugen說。“在鳥類和哺乳動物的漫長平行進化中，鳥類進化出具有大量神經(jīng)元的較小大腦，這些神經(jīng)元能夠提高認(rèn)知能力。而且，鳥類不同元素的組合效應(yīng) - 小神經(jīng)元尺寸，高體溫和鳥類大腦特異性布局 - 可能在以更高的效率處理信息神經(jīng)元方面產(chǎn)生了可能的優(yōu)勢：具有先進處理能力的廉價神經(jīng)元。

研究人員表示，他們現(xiàn)在想更多地了解鳥類的神經(jīng)元如何消耗更少的葡萄糖。雖然他們對它的工作原理有想法，但需要進一步的研究和測試來發(fā)現(xiàn)“鳥類如何獲得如此高的神經(jīng)元處理效率的確切機械解釋”。

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