сколько процентов энергии тратит мозг

Сколько энергии нужно мозгу для работы?

Как известно, каждый день человек должен получать из еды в среднем пару тысяч калорий для того, чтобы обеспечить необходимым количеством энергии свой организм. Безусловно, у каждого человека такой показатель является сугубо индивидуальным и достаточно непостоянным, ведь в силу различных условий и стиля жизни он должен как увеличиваться, так и снижаться. Однако насколько же ответственен мозг за масштабное поглощение энергии у людей с активной умственной деятельностью и правда ли, что высокая мозговая активность способствует легкому похудению?

Шахматный спортсмен может сжигать до 6000 калорий за один день, при этом не вставая со стула

Сколько энергии нужно для работы мозга?

В 1984 году произошел необычный случай, связанный с отменой чемпионата мира по шахматам из-за чрезмерного истощения элитного русского игрока Анатолия Карпова. Организаторы конкурса были обеспокоены быстрой потерей веса своего чемпиона, так как за предыдущие пять месяцев Анатолий потерял 10 килограмм на фоне высокой мозговой активности и переживаний.

Как сообщает портал ESPN.сom, профессиональные спортсмены по шахматам способны сжигать до 6000 калорий сидя за своим рабочим местом, что говорит о высоком уровне потребления энергии головным мозгом. Так, тело, которое находится в состоянии покоя и не занимается какой-либо деятельностью, кроме дыхания, переваривания и поддержания терморегуляции, расходует около 20-25% всей энергии организма на мозговую деятельность.

Мозг потребляет энергию преимущественно в виде глюкозы

Мозговая деятельность среднестатистических мужчины и женщины ежедневно использует около 450 и 350 ккал в день соответственно, при этом пик работы головного мозга приходится на 5-6-летний возраст, когда этот орган способен использовать до 60% от всей полученном телом энергии. Столь высокие требования делают мозг самым “дорогим” органом в организме, хотя он и занимает всего 2 % от веса всего тела в целом. Вместе с тем, биологи также отметили высокое использование энергии мозгом у млекопитающих, независимо от их размеров. Так, крошечный организм землеройки отдает столько же энергии от своего тела мозгу, сколько и человеческий организм.

Ученые считают, что большая часть энергии, поступающая в этот орган, нацелена на обеспечение нейронной связи посредством химических сигналов, которые передаются через клеточные структуры, называемые синапсами. Именно транспортировка ионов через мембраны является самым энергоемким процессом в мозге.

Кстати говоря, обсудить содержание данной статьи с единомышленниками вы можете в нашем Telegram-чате или на канале в Яндекс.Дзен.

Мозг никогда не спит

Наш мозг никогда не отдыхает. В то время, пока мы спим, мозг также нуждается в топливе для поддержания сигналов между клетками, которые, в свою очередь, поддерживают все функции нашего организма. Поскольку наш мозг настолько сильно нуждается в энергии, может ли это значить, что для большего задействования органа ему будет необходимо еще большее количество энергии? Ученые считают, что для когнитивно сложных задач все происходит именно так. То, что мы считаем умственно трудной задачей способно затратить значительно больше калорий, чем задача в условиях, к которым наш мозг давно привык.

Исходя из всего вышеперечисленного можно сделать вывод о том, что употребив в пищу пару конфет во время напряженного умственного труда, можно полностью покрыть энергетические потребности мозга хотя бы на какое-то время. Что же, в случае высокой физической активности ответ действительно может оказаться положительным, однако в случае с мозговой активностью такое убеждение является заблуждением. Объяснить подобное явление можно тем, что мозговая активность постоянно нуждается в определенном количестве энергии, причем во время повышения умственной деятельности количество потребляемой энергии отдельным участком мозга меняется незначительно по сравнению с общим потреблением энергии мозгом.

Умственная деятельность не способна повлиять на снижение общего веса

Если мозговая активность никак не влияет на общее состояние организма, то все же остается неясным тот факт, почему же шахматист Анатолий Карпов значительно снизил в весе, готовясь к чемпионату. Согласно экспертному мнению, в данном случае причиной быстрой потери веса послужил стресс, который оказывал свое влияние не только на работу головного мозга спортсмена, но и на все системы организма в целом. Иными словами, одна лишь умственная деятельность не может помочь человеку стать стройным, однако ее правильное использование совершенно точно поможет всему человечеству в целом в его общем развитии.

Источник

Энергия и человек. Ряд случайных сравнений

В физике для решения задач иногда применяется полунаучный «метод размерностей», когда зная размерность искомой величины, мы можем догадаться, что на что поделить, сложить, умножить, чтобы получить правильный ответ. Я решил взять размерность «энергия» и сравнить «яблоки с бананами», а именно человека как энергетическую систему с другими системами.

В чем измеряется, энергия?

Disclaimer: все вычисления могут быть не точны и главная цель показать порядок чисел.

Человек — потребитель энергии. 2 кВт*ч, 100 Вт

Человек в среднем потребляет около 2000 ккалорий в день, что дает около 2 кВт*ч или около 100 Ватт, средней мощности. Можно представить, что человек ест, как одна большая лампочка на накаливания на 100 Ватт.

Энергопотребление человека сравнительно небольшое по сравнению с приборами, которые нас окружают. Можно сказать, что человек произвел техническую революцию. Человек принимает «в себя» меньше энергии, чем он использует «для себя» даже только в домашних условиях (средний расчет больше 100 кВт*ч в месяц).

Человек — вычислительная машина. 30 Вт

Распространены оценки, что мозг съедает от 200 до 1000 Ккал (стрессовые ситуации), то есть от 20%-40% энергии, что дает оценку средней мощности 30 Вт.

Мозг — крайне эффективная система. Да современные ноутбуки производят операции гораздо лучше нас и средняя мощность находится около 30 Вт, а телефоны вообще 0.5-1 Вт. Зато современные видеокарты потребляют в среднем от 250 Вт и все равно не могут сравниться с мозгом по скорости и точности обработки визуальной информации. Так что, человек очень неплохой процессор, правда только для специфических задач.

Человек — аккумулятор. 10 кВт*ч

Говорят, человек может не есть 3-7 дней. Понятно, что не питаясь, человек начнет потреблять меньше энергии на внутренние и на внешние нужды. Можно положить, что съев двойную суточную норму, человек будет активен 2 дня (при наличии воды), что дает грубую оценку 10 кВт*ч.

Если посчитать, энергоемкость человека, то мы можем получить крайне разные цифры, вес людей, которые могут прожить N-е количество дней и произвести какую-то полезную работу, крайне разнится от 50 кг — 150 кг. Скорее всего, средняя энергоемкость равна 0.1 кВт*ч/кг, что не так и хорошо и не так плохо. Мы находимся между бензином (10 кВт*ч/кг) и Liion (0.1 кВт*ч/кг), ближе к аккумуляторам.

Человек — потребитель солнечной энергии. 1-2 солнечные панели

Сегодняшняя солнечная панель дает около 300 Ватт в пике, в умеренных широтах средний КИУМ до 20% (солнце светит только днем и слабо). Мы знаем, что человек недолговечный, но все-таки аккумулятор, поэтому в среднем 2 панелей достаточно, чтобы человек питался только солнцем.

Если отбросить условности и сделать небольшие прорывы в технологиях (использование дорогих элементов позволяет достигать до 40% КПД в панелях), человеку будет достаточно носить «солнечную одежду» для того, чтобы получать всю необходимую энергию.

Человек — обогреватель

Процитирую статью про одежду: в покое человеческое тело вырабатывает 80 ватт тепла, а теряет при этом за счет дыхания 10 ватт, теплового излучения — 30 ватт, теплопроводности и конвекции — 20 ватта, испарения влаги — 20 ватт.

Получается человек крайне «слабый» обогреватель. Домашние обогреватели потребляют по 1 кВт и они покрывают нужды на обогрев только частично. Подогрев воды и обогрев помещений в принципе является самым большим энергопотреблением домашнего хозяйства. Приведу свой годовой расклад:

— Перемещение (транспорт, топливо): 8 000 кВт*ч за год.
— Электричество: 2 500 кВт*ч за год.
— Подогрев воды и обогрев: 30 000 кВт*ч за год.

Получается на средний ежедневный подогрев воды и обогрев уходит до 100 кВт*ч в день, что в 50 раз больше, чем человек в принципе потребляет.

Человек — средство передвижения (автомобиль, пешеход, велосипед)

Человек как активное живое существо может перемещаться в пространстве. Допустим человек может переместиться на 30 км за день пешком и на 120 км за день на велосипеде. Это не максимальные значения, конечно, спортсмены пробегают до 100 км и проезжают до 1000 км за день.

Попробуем сравнить человека как эффективную систему передвижения человека.

— Автомобиль с ДВС тратит в среднем 5 л на 100 км, 1 литр = 10 кВт*ч, что дает 500 Втч на км
— Электромобиль — 150-200 Вт*ч на км
— Пешеход — 2 кВт*ч разделить на 10-50 км, 50-200 Вт*ч на км
— Медленный/маленький электромобиль — 50-100 Вт*ч на км
— Электровелосипед — 10 Вт*ч/км (средняя скорость 10-15 кмч)
— Велосипедист — 2 кВт*ч разделить на 100-1000 км, 2-20 Вт*ч на км

Знаете еще интересные совпадения — пишите в комментариях.
Спасибо за внимание.

Источник

Сколько калорий «съедает» ваш мозг и почему возникает умственная усталость

Вы наверняка удивитесь, но наш мозг является одним из основных потребителей калорий, поступающих в организм. Однако ученые выяснили, что это число практически не меняется в зависимости от уровня напряженности его работы.

В отличие от физических тренировок, тренировки умственные не повышают объем потребленных калорий, но доказанный факт, что мозг, который истощен долгой работой, может привести к чувству усталости, как после активной тренировки.

Усталость мозга

Попробуйте вспомнить свое состояние после важного экзамена. Наверняка его можно было описать словами усталость, напряжение или даже истощенность. Временное умственное истощение на самом деле довольно распространенное явление, хотя мало кто об этом знает. Его не стоит путать с синдромом хронической усталости, который отличается регулярными проблемами со сном и нарушением некоторых физиологических функций организма.

Умственная усталость ощущается как бы на подсознательном уровне. Вполне логично, что долгая мыслительная работа или напряжение требуют от мозга большей отдачи, нежели простое чтение книги.

Но последние научные работы в этой области показали, что мы слишком просто относимся к понятию умственного истощения. Наш мозг практически постоянно поглощает огромные объемы энергии, причем для него совсем неважно, решаете вы в этот момент сложное математическое уравнение или просто просматриваете фото подруги в соцсетях.

Да, повышенная активность нейронов связана с увеличением поступления в мозг объемов крови, кислорода и глюкозы, но в сравнении с общей «прожорливостью» мозга, эти процессы не столь значительны. То есть короткие периоды повышенных умственных усилий требуют от мозга лишь небольшого повышения мощности в сравнении с его обычным состоянием.

Но ведь должно быть что-то, что раскрывает нам загадку умственного истощения, даже если сам этот механизм отличается от накопления усталости физической. Вполне возможно так происходит просто по тому, что мозг по умолчанию потребляет слишком много энергии.

Мощность мозга

Средний вест мозга взрослого человека достигает в среднем 1,4 кг, то есть примерно 2% от общей массы тела. Но при этом на него приходится 20% от общего метаболизма нашего тела в состоянии покоя (RMR, resting metabolic rate).

RMR – довольно индивидуальная величина, она изменяется в зависимости от пола, состояния здоровья и физических показателей человека. Если эта величина равна 1300 калорий, то мозг потребляет из них 260 ккал только для того, чтобы просто поддерживать свои функции. То есть в час наш мозг потребляет примерно 10,8 ккал. Если провести небольшие математически расчеты, то эту величину можно легко преобразовать в меру мощности. Мощность мозга взрослого человека примерно равна 12 Вт, этого количества достаточно для работы одной энергосберегающей лампочки.

Мозг или компьютер

Да, на фоне других органов и систем мозг на самом деле «съедает» довольно много. Но в то же время он отличается от всех еще и своей уникальной эффективностью, которая может сравниться даже с самыми современными электронными устройствами. Одному из самых новых на сегодня компьютеров, который, к слову, потребляет около 1000 Вт, довольно далеко до вычислительных способностей мозга.

Энергия поступает в наш мозг в виде глюкозы по кровеносным сосудам, которая успешно преодолевает гематоэнцефалитический барьер и обеспечивает производство аденозинфосфата (АТФ). Это основная единица энергии внутри каждой клетки нашего тела.

Ряд экспериментов, проведенных, как на животных, так и на людях, показали, что в момент активизации нейронов в определенном участке мозга, расположенные в нем капилляры расширяются, чтобы обеспечить поступление большего количества крови, обогащенной глюкозой и кислородом.

К слову, именно эта реакция подарила медицине возможность нейровизуализации. Принцип работы аппарата МРТ основан как раз на уникальных свойствах крови, которая движется по сосудам к и от активированных нейронов.

Глюкоза для мозга

На основании информации, описанной выше, ученые выдвинули теорию о том, что поскольку более активная работа нейронов требует дополнительной порции глюкозы, следовательно особенно сложные задачи должны этот самый уровень понижать. А вот богатые углеводами продукты должны усиливать производительность работы мозга. На сегодня это предположение было подтверждено уже не одним исследованием, но полученные результаты отличаются от исследования к исследованию.

К примеру, в ходе научной работы Нортумбрийского университета, у добровольцев, выполнявших серию тестов, было зафиксировано большее падение глюкозы в крови, в сравнении с людьми, которые просто нажимали на клавиши компьютера.

А вот в исследовании, проведенном в Ливерпульском университете Джона Мурса, участникам предложили определить цвет чернил нескольких напечатанных на принтере словах, не читая при этом само слово. В одном из вариантов теста цвет слова и его смысл совпадали – «синий», в других же слово «синий» было напечатано красным или зеленым цветом. У испытуемых, которые выполняли более сложный тест, зафиксировали большее снижение уровня глюкозы крови. По мнению авторов, это объяснялось как раз повышением умственных усилий со стороны мозга.

Затраты на работу

Специалисты из Университета Оттавы проанализировали не один десяток исследований по поводу мозга и потребляемой им глюкозы и в итоге не смогли со 100% вероятностью доказать, что выполнение той или иной сложной задачи как-то меняет объем потребленной мозгом глюкозы.

Теоретически это так, поскольку решение сложной задачи требует большего количества энергии, но заметить это на деле не так и легко. Базовая работа мозга сама по себе требует немалого количества энергии, даже когда человек находится в фазе медленного сна уровень потребления глюкозы остается на довольно высоком уровне. В отличие от мозга большинству наших внутренних органов не требуется много энергии для поддержания своей жизнедеятельности.

Чувство истощения

Вернемся к нашему первому вопросу: если сложные умственные задачи не требуют серьезного увеличения потребляемой глюкозы, то почему же возникает состояние умственного истощения?

Возможно, причина в том, что долгое поддержание сосредоточенного состояния действительно требует большого объема энергии, после которого и остается чувство опустошения. Но эту версию не удалось полностью подтвердить, поскольку ученые не создавали для добровольцев чрезмерно жестокие условия. В большей части экспериментов участникам предлагали решать не слишком сложные задачи. Возможно, при более серьезных нагрузках и результаты экспериментов были бы другими.

Но немалую роль играет не только сам объем нагрузки, но и отношение самого человека к ней. К примеру, просмотр фильма с захватывающим сюжетом, активизирует в мозге довольно много зон, но почему-то мало кто из нас выходит из кинотеатра в состоянии умственной усталости или истощения. То есть чаще всего та или иная интеллектуальная активность бодрит нас и даже доставляет определенную степень удовольствия.

А вот если занятие не предвещает положительных эмоций, то вероятность получить умственное истощение, еще более высока. Если вы будете думать, что билеты на экзамене будут самыми сложными, то, скорее всего, так и выйдет.

Что-то подобное происходит и во время занятий спортом, то есть истощение, как физическое, так и умственное в какой-то мере живет лишь в наших головах. В рамках эксперимента участники, занимавшиеся на тренажере после прохождения длинного и сложного теста, уставали от тренировки намного быстрее тех, кто в это время просто смотрел фильм.

Ну и еще, если речь идет об экзаменах или решающих тестах, нельзя списывать со счетов и еще один фактор – стресс. Наш мозг не работает в одиночестве и другие органы тоже требуют поступления энергии. А стресс приводит к выбросу в кровь гормонов, которые запускают ряд физиологических реакций в организме. Даже незначительные в плане стресса тесты уже способны изменять эмоциональное состояние человека.

На сегодня наш главный вывод в том, что наш головной мозг – очень ленив и ему слишком сложно долгое время фокусироваться на выполнении лишь одной задачи. Возможно, поддержание концентрации на протяжении долгого времени провоцируют в мозге изменения, которые заставляют его этого состояния избегать. Мозгу просто не нравится работать слишком тяжело и слишком долго, – заключил профессор Клод Мессье из Университета Оттавы.

Источник

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

В 1984 году чемпионат мира по шахматам был прерван из-за того, что Анатолий Карпов потерял 10 килограммов за время проведения турнира (около 5 месяцев). Это не первый случай истощения шахматистов. Существует мнение, что напряженная игра может требовать более 6000 калорий!

Значит ли это, что всем худеющим нужно срочно заняться шахматами?

Мозг составляет всего 2% от общей массы нашего тела, но потребляет около 20 — 25% от общей энергии организма. Это около 350 калорий для женщин, и 450 для мужчин. Удивительно, но этот орган требует такое количество энергии не только от человека! Специалисты по эволюционной антропологии Университета Дьюка доказали, что даже у таких маленьких млекопитающих, как тупайи и карликовая игрунка, соотношение размера мозга и потребляемой им энергии схоже с параметрами человека.

Причина заключается в том, что если бы мозг был больше, он требовал бы еще больше энергии, что невыгодно с точки зрения эволюции. Но на что же мозг тратит энергию? Большая часть калорий «съедается» во время общения нейронов друг с другом, когда они передают химические сигналы через синапсы. Причем это происходит постоянно: и когда вы спите, и когда бодрствуете.

Худеть с помощью такой активности теоретически тоже можно, однако тут есть одно жирное «но». Вам необходимо постоянно решать когнитивно сложные задачи, которыми ранее вы не занимались или они требуют постоянной адаптации. Например, обучение новому языку или игре на гитаре — «трудная» задача, а вот решение судоку — нет, так как этот алгоритм мозг уже запомнил. Однако ученые отмечают, что даже изучение новой задачи или выполнение чего-то сложного на самом деле не сильно скажется на потреблении энергии мозгом. Все дело в том, что так вы, скорее всего, задействуете лишь одну часть мозга, но общее количество потребляемой энергии у органа постоянное. Таким образом, хотя при выполнении сложных когнитивных задач могут наблюдаться всплески потребления энергии, «энергетический бюджет» всего органа эти действия существенно не меняют, то есть, мозг просто перераспределяет энергию между отделами.

Но если это так, то как объяснить случай с Карповым? Ученые считают, что все дело в стрессе и снижении потребления пищи. Участвуя в соревнования, шахматисты находятся под сильным давлением, которое может привести к повышенному сердцебиению, учащенному дыханию и потоотделению. Это может приводить к усиленному сжиганию калорий. Кроме того, шахматисты могут просидеть за одной партией более 8 часов! Это существенно нарушает их режим питания.

Поэтому говорить, что мышление может помочь сбросить вес не совсем верно.

Источник

Мозг всегда стремится сократить энергозатраты. А нужно ли ему позволять это?

Мозг всегда стремится сократить затраты энергии различными способами, создавая определенные «макросы», то есть программы, которые человек выполняет по шаблонам. Именно этим и обусловлена наша лень и желание следовать проторенными дорожками, а не стремиться к чему-то новому. Что является источником энергии для работы мозга? Сколько головной мозг затрачивает энергии при решении тех или иных задач? И почему важно поддерживать пластичность этого органа? Всем этим вопросам посвящена статья.

Особенности работы мозга

С возрастом человек все меньше хочет браться за новую и непривычную для него работу, в которой требуется концентрация внимания и освоение новых умений. Это все говорит о том, что мозг бережет энергию и не желает создавать новые нейронные связи, действую по привычным шаблонам. При этом повторение обычных и любимых дел по накатанной приводит к деградации мозга. При отсутствии нового нет развития.

Еще в позапрошлом веке биолог Ричард Симон назвал такие программы-шаблоны энграммами. При повторении действий, выполненных ранее, формируется физическая привычка. И чем больше мы делаем подобные действия, тем меньше энергии на них тратим.

С одной стороны, мы экономим энергию, но с другой – происходит уменьшение пластичности мозга. Необходимо подчеркнуть, что при большом количестве шаблонных дел у нас начинают все меньше и меньше работать базальные ганглии, которые производят нейромедиатор ацетилхолин. Это вещество позволяет нейронам прокладывать новые пути в нашем мозге.

Простой пример: дорога на работу или учебу. Если вы ходите по одному маршруту, то ваши действия становятся настолько автоматическими, что параллельно вы можете делать что-то другое и при этом не запоминать процесс пути. Также и со всем остальным.

Последствия экономии энергии

Зачем менять что-то, если мозг уже автоматически все необходимое делает быстро и привычно? Дело в том, что наша жизнь подвержена быстрым и внезапным изменениям, и если не быть к ним готовым, это может обернуться сильным стрессом. Поэтому при таких изменениях выигрывает тот, кто быстрее других может приспосабливаться ко всему новому.

Например, это касается работы. Развитие организации в целом может потребовать и вашего личного роста, который подразумевает приобретение новых знаний и навыков. Вы можете влюбиться в иностранца, и вам потребуется выучить его язык, чтобы общаться. Но всё это будет сделать очень сложно, если мозг привык работать по шаблонам, экономя энергозатраты. Именно поэтому пластичность мозга необходимо постоянно поддерживать на приемлемом для нашего мира уровне и не расслабляться.

Сколько энергии потребляет мозг человека?

Интересно, что головной мозг, который весит всего 1,4 кг, что составляет примерно 2% от массы человека, потребляет около 20% энергии в среднем. То есть одну пятую часть всей энергии, которую тело тратит на жизнедеятельность в день, использует мозг. При этом потребление энергии мозг старается сократить, как уже было сказано. Правильно, зачем напрягаться больше, чем нужно? Но человек сам может изменить эту ситуацию, осознав, что экономия энергии приводит к деградации. Поэтому когда нужно сделать что-то, но появляется лень, это как раз и говорит о том, что мозг не хочет работать и тратить энергию. В этом случае необходимо перебороть лень, осознав, что сделать какое-то дело нужно, во что бы то ни стало, и заставить мозг работать. Только так появится возможность повысить продуктивность и стать более успешным. Каждый раз заставляя мозг работать над чем-то новым, а не по шаблонам, человек повышает пластичность мозга и его способность быстро подстраиваться под изменяющиеся условия жизни.

Как развивать пластичность мозга?

Можно выделить несколько полезных приемов, которые помогут вам в развитие мозга:

Все перечисленные приемы лучше всего комбинировать. Ведь работа нашего мозга довольно сложна и необычна. Иногда происходит такое, чему сложно найти объяснение. Например, постоянное прослушивание одной и той же любимой музыки влияет на то, как мы общаемся с друзьями. Прогулка по незнакомой улице может помочь в решении, казалось бы, неразрешимой рабочей проблемы. А попробовав новое блюдо в ресторане, почувствовав его вкус и аромат, вы вдруг можете переоценить какую-то ситуацию или человека, расставив всё по местам.

Развивайте пластичность мозга ежедневно, тренируйте и не позволяйте ему лениться. Самый простой и эффективный способ развития пластичности – когнитивные тренажеры Викиум. Каждый день выделяйте время, чтобы выполнять упражнения. Это поможет развить память, внимание, способность концентрироваться и другие когнитивные функции мозга.

Источник