Ngân sách năng lượng cho tín hiệu trong chất xám của não

Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism - Tập 21 Số 10 - Trang 1133-1145 - 2001
David Attwell1, Simon B. Laughlin2
1Department of Physiology, University College London, London, UK
2Department of Zoology, University of Cambridge, Cambridge, U.K.

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 neuron

Tài liệu tham khảo

10.1017/CBO9780511574566

10.1086/204350

10.1139/y92-257

10.1523/JNEUROSCI.12-11-04234.1992

10.1523/JNEUROSCI.12-03-00840.1992

10.1038/jcbfm.1995.54

10.1016/S0165-0173(00)00038-2

10.1161/01.STR.12.6.726

10.1098/rspb.1997.0246

10.1162/089976601300014358

10.1097/00000542-199008000-00014

10.1152/jn.1997.78.1.461

10.1007/978-3-662-03733-1

10.1113/jphysiol.1995.sp020738

10.1016/S0092-8674(00)81674-8

10.1111/j.1460-9568.1994.tb01002.x

Clarke JB, 1999, Basic neurochemistry, 6, 637

Creutzfeldt OD, 1975, Alfred Benzon Symposium VII, 21

10.1007/BF00964001

10.1042/bj3020601

10.1038/jcbfm.1989.2

10.1523/JNEUROSCI.19-17-07603.1999

10.1038/25541

10.1111/j.1469-7793.1998.249bu.x

10.1523/JNEUROSCI.08-12-04455.1988

10.1002/aja.1001800203

10.1523/JNEUROSCI.17-20-07606.1997

10.1016/S0006-3495(97)78792-7

10.1016/0896-6273(93)90221-C

Hochachka PW, 1994, Muscles as molecular and metabolic machines

10.1098/rstb.1975.0010

10.1152/jn.1996.76.2.698

10.1523/JNEUROSCI.10-09-03178.1990

10.1113/jphysiol.1993.sp019965

10.1002/ana.410040402

10.1016/B978-0-08-009062-7.50026-6

10.1016/S0896-6273(01)00223-9

10.1111/j.1471-4159.1958.tb12355.x

10.1038/236

10.1523/JNEUROSCI.18-23-09620.1998

10.1162/neco.1996.8.3.531

10.1016/0006-8993(76)90863-5

10.1113/jphysiol.1997.sp022031

10.1113/jphysiol.1969.sp008820

10.1126/science.285.5425.215

10.1016/0166-2236(92)90352-9

10.1038/381607a0

10.1042/bj3350313

10.1113/jphysiol.1967.sp008141

10.1016/0006-8993(86)90181-2

10.1152/physrev.1997.77.3.731

10.1162/089976698300017052

10.1523/JNEUROSCI.19-05-01876.1999

10.1073/pnas.95.20.11993

10.1073/pnas.95.1.316

10.1016/S0006-3495(93)81256-6

Siesjö B, 1978, Brain energy metabolism

10.1038/355163a0

10.1113/jphysiol.1996.sp021487

10.1113/jphysiol.1996.sp021372

10.1111/j.1469-7793.1998.881bj.x

Sokoloff L, 1960, Handbook of Physiology, Section I, Neurophysiology, 3, 1843

10.1111/j.1471-4159.1977.tb10649.x

10.1159/000111427

10.1113/jphysiol.1995.sp020521

10.1046/j.1471-4159.1997.68030954.x

10.1152/jn.2001.85.2.926

10.1074/jbc.271.20.11726

10.1016/0166-2236(89)90165-3

10.1016/S0306-4522(97)00432-6

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism

Tập 21 Số 10

1133-1145

Thông tin tác giả