Ngân sách năng lượng cho tín hiệu trong chất xám của não
Tóm tắt
Dữ liệu giải phẫu và sinh lý được sử dụng để phân tích việc tiêu tốn năng lượng trên các thành phần khác nhau của tín hiệu kích thích trong chất xám của não gặm nhấm. Dự đoán rằng điện thế hành động và các hiệu ứng sau synapse của glutamate tiêu tốn nhiều năng lượng (47% và 34%, tương ứng), trong khi điện thế nghỉ tiêu tốn một lượng nhỏ hơn (13%), và việc tái sử dụng glutamate chỉ tiêu tốn 3%. Việc sử dụng năng lượng phụ thuộc mạnh vào tỷ lệ điện thế hành động—một sự gia tăng hoạt động 1 điện thế hành động/tế bào thần kinh vỏ não/sẽ làm tăng mức tiêu thụ oxy lên 145 mL/100 g chất xám/h. Năng lượng tiêu tốn cho việc tín hiệu chiếm một phần lớn trong tổng năng lượng mà não sử dụng; điều này ủng hộ việc sử dụng các mã và mẫu dây thần kinh tiết kiệm năng lượng hiệu quả. Các ước tính của chúng tôi về việc sử dụng năng lượng dự đoán việc sử dụng các mã phân tán, với ≤15% tế bào thần kinh hoạt động đồng thời, để giảm tiêu tốn năng lượng và cho phép khả năng tính toán cao hơn từ một số lượng tế bào thần kinh cố định. Các tín hiệu hình ảnh cộng hưởng từ chức năng có khả năng bị chi phối bởi những thay đổi trong việc sử dụng năng lượng liên quan đến dòng điện synapse và sự lan truyền điện thế hành động.
Từ khóa
#tiêu tốn năng lượng #điện thế hành động #chất xám #não gặm nhấm #glutamate #mã neuronTài liệu tham khảo
Clarke JB, 1999, Basic neurochemistry, 6, 637
Creutzfeldt OD, 1975, Alfred Benzon Symposium VII, 21
Hochachka PW, 1994, Muscles as molecular and metabolic machines
Siesjö B, 1978, Brain energy metabolism
Sokoloff L, 1960, Handbook of Physiology, Section I, Neurophysiology, 3, 1843