人類大腦消耗的能量是身體其他部分的10倍，哪怕在休息時(shí)，大腦平均占用攝入總量的20%。

即使在被稱為 "腦死亡" 的昏迷者身上，大腦所消耗的能量也是其他器官的兩到三倍。

這是人類神經(jīng)科學(xué)的一個(gè)巨大謎團(tuán)：為什么一個(gè)基本不活動(dòng)的器官仍然需要如此多的能量？

一項(xiàng)新的研究將答案歸結(jié)為隱藏在我們神經(jīng)元內(nèi)微小而秘密的燃料消耗器。

當(dāng)一個(gè)腦細(xì)胞向另一個(gè)神經(jīng)元傳遞信號(hào)時(shí)，它要通過(guò)突觸進(jìn)行。

首先，突觸前的神經(jīng)元將一堆囊泡送到它的尾部，即最靠近突觸的地方。然后這些囊泡從神經(jīng)元內(nèi)吸進(jìn)神經(jīng)遞質(zhì)，有點(diǎn)像 "信封"，里面裝著需要郵寄的信息。

然后，這些填充的 "信封" 被運(yùn)送到神經(jīng)元的最邊緣，在那里它們與膜 "對(duì)接" 并融合，將其神經(jīng)遞質(zhì)釋放到突觸間隙。

一旦這些遞質(zhì)與 "突觸后" 細(xì)胞上的受體相連，就可繼續(xù)傳遞信息。

我們已經(jīng)知道，這一基本過(guò)程中的步驟需要大量的大腦能量，特別是當(dāng)涉及到囊泡融合時(shí)。最接近突觸的神經(jīng)末端(終端)不能儲(chǔ)存足夠的能量分子，這意味著它們必須自行合成，以便在大腦中傳導(dǎo)電信息。

因此，一個(gè)活躍的大腦消耗大量的能量是有道理的。但是，當(dāng)神經(jīng)發(fā)射進(jìn)入靜止?fàn)顟B(tài)，囊泡從未與膜對(duì)接時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)生什么？為什么這個(gè)器官會(huì)繼續(xù)耗費(fèi)能量？

為了弄清楚這個(gè)問(wèn)題，研究人員設(shè)計(jì)了幾個(gè)關(guān)于神經(jīng)終端的實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)比較了突觸在活動(dòng)和不活動(dòng)時(shí)的代謝狀態(tài)。

即使在神經(jīng)末梢不發(fā)射時(shí)，作者也發(fā)現(xiàn)突觸囊泡有很高的代謝能量需求。負(fù)責(zé)將正離子推出囊泡，從而將神經(jīng)遞質(zhì)吸入囊泡的泵似乎從不休息。它需要源源不斷的能量來(lái)工作。

事實(shí)上，在實(shí)驗(yàn)中，這個(gè) "隱藏" 的泵要對(duì)靜止的突觸的一半代謝消耗負(fù)責(zé)。

研究人員說(shuō)，這是因?yàn)檫@個(gè)泵往往是漏的。因此，突觸小泡不斷地通過(guò)它們的泵溢出正電離子，即使它們已經(jīng)充滿了神經(jīng)遞質(zhì)，而且神經(jīng)元沒(méi)有活動(dòng)。

作者總結(jié)說(shuō)："鑒于人類大腦中有大量的突觸，而且每個(gè)神經(jīng)終端都有數(shù)百個(gè)SV，這種使突觸迅速恢復(fù)到'準(zhǔn)備'狀態(tài)的隱性代謝成本是以主要的[突觸前能量]和燃料消耗為代價(jià)的，很可能大大增加了大腦的代謝需求和代謝的脆弱性。

需要進(jìn)一步的研究來(lái)收集不同類型的神經(jīng)元如何受到這種高代謝負(fù)擔(dān)的影響，因?yàn)樗鼈兛赡懿粫?huì)都以同樣的方式作出反應(yīng)。

例如，大腦中的一些神經(jīng)元可能更容易受到能量損失的影響，弄清楚原因可以讓我們保留這些信使，即使在被剝奪氧氣或糖的情況下。

紐約市威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的生物化學(xué)家蒂莫西·瑞安說(shuō)："這些發(fā)現(xiàn)幫助我們更好地理解為什么人類大腦對(duì)其燃料供應(yīng)的中斷或減弱如此脆弱。

"如果我們有辦法安全地降低這種能量消耗，從而減緩大腦的新陳代謝，這在臨床上可能是非常有影響的。"

該研究發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。