为何大脑如此耗费能量

    当人体处于静止状态时（除了呼吸、消化和保持体温，不进行任何肢体活动），大脑消耗的能量高达整个人体的20%至25%，这些能量主要是以葡萄糖的形式消耗掉的。幼年时期的孩童大脑正处于快速发育期，此时的大脑消耗的能量可以占到整个人体的60%。

    科学家之前认为，大脑如此“贪吃”的现象，应该是与大脑活跃的放电活动有关，即大脑神经元相互沟通时不停地发射电子交流信号，这个过程需要燃烧大量的能量分子——三磷酸腺苷（ATP）。然而，近几十年的临床研究显示，当人体处于植物人状态或昏迷状态时，大脑的放电活动是微乎其微的，但即使在这种状态下，大脑对葡萄糖的消耗，仍然比其他器官高出很多。

    一项新的科学研究帮助科学家找到了答案——大脑中含有一种停不下来的“质子泵”，这导致大脑一直在流失能量。

    质子泵其实隐藏在大脑突触末端的微小的囊泡中。我们知道，大脑中的一个神经元向另一个神经元传递神经递质（神经元接受电信号后释放的化学物质），要通过突触进行，而突触是大脑神经元相互接触的部位。不过，神经递质需要先填充在突触末梢的叫做“囊泡”的微型囊状物中，然后再由囊泡将其发送给其他神经元。所以，囊泡起到一个类似“信封”或者“容器”的作用，它不停地“吸入”和“泵出”需要“邮寄”的神经递质，不停地消耗着化学能。

    科学家通过使用毒素让实验鼠的大脑停止活动，导致神经元突触不再活动，然后测试突触内三磷酸腺苷的消耗量。结果显示，突触末梢的耗能水平仍然很高，而且，这种高耗能主要是由囊泡造成的。

    科学家发现，囊泡膜一直存在着叫做“质子流出”的能量泄漏，囊泡内的质子不断向外逃逸——这就导致了持续的能量流失。虽然每个囊泡的泄漏很小，但人脑中至少有数百万亿个突触囊泡，能量消耗加在一起十分惊人。

    （《科学之谜》2024年第3期 李米乐）