چرا مغز حتی در حالت استراحت انرژی زیادی مصرف می‌کند؟

به گزارش جام‌جم آنلاین به نقل از ساینس‌الرت، حتی در بیمارانی در کما هستند و گفته می‌شود دچار «مرگ مغزی» هستند، فقط دو تا سه برابر انرژی کمتری توسط مغز مصرف می‌شود. به همین خاطر این مسئله به یکی از اسرار بزرگ علوم اعصاب انسان تبدیل شده است: چرا یک اندام عمدتاً غیرفعال همچنان به انرژی زیادی نیاز دارد؟

یک مطالعه جدید پاسخ این سوال را به سوخت‌گیر کوچک و مخفی که در نورون‌های ما پنهان شده است، نسبت می‌دهد.

هنگامی که یک سلول مغز سیگنالی را به نورون دیگری ارسال می‌کند، این کار را از طریق یک سیناپس یا یک فضای کوچک بین آن‌ها انجام می‌دهد.

ابتدا، نورون پیش‌سیناپسی دسته‌ای از وزیکول‌ها را به انتهای دم خود، در نزدیک‌ترین محل به سیناپس، می‌فرستد. این وزیکول‌ها انتقال‌دهنده‌های عصبی را از درون نورون می‌مکند و به نوعی مانند پاکت‌هایی عمل می‌کنند که پیام‌هایی را که نیاز به ارسال پستی دارند، نگه می‌دارند.

این پاکت‌های پر شده سپس به لبه‌ی نورون منتقل می‌شوند، جایی که آن‌ها به غشاء متصل می‌شوند و انتقال‌دهنده‌های عصبی خود را در شکاف سیناپسی آزاد می‌کنند.

پس از رسیدن به اینجا، این فرستنده‌ها به گیرنده‌های سلول «پس سیناپسی» متصل می‌شوند و بدین ترتیب پیام را ادامه می‌دهند.

پیش از این مشخص شده بود که مراحل این فرآیند اساسی به مقدار قابل توجهی از انرژی مغز نیاز دارد، به خصوص وقتی صحبت از همجوشی وزیکول باشد. انتهای اعصاب (پایانه‌های) نزدیک به سیناپس نمی‌توانند مولکول‌های انرژی کافی را ذخیره کنند، به این معنی که باید به تنهایی آن‌ها را سنتز کنند تا پیام‌های الکتریکی را در مغز هدایت کنند؛ بنابراین منطقی است که یک مغز فعال انرژی زیادی مصرف کند. اما زمانی که ارتباط عصبی خاموش شود و وزیکول هرگز به غشاء متصل نشود چه اتفاقی برای این سیستم می‌افتد؟ چرا مغز به مصرف انرژی ادامه می‌دهد؟

برای پی بردن به این موضوع، محققان آزمایش‌های متعددی را روی پایانه‌های عصبی طراحی کردند که وضعیت متابولیک سیناپس را در زمان فعال و غیرفعال مقایسه کردند.

حتی زمانی که پایانه‌های عصبی پیامی انتقال نمی‌دادند، محققان دریافتند که وزیکول‌های سیناپسی نیاز‌های انرژی متابولیکی بالایی دارند.

به نظر می‌رسد پمپی که مسئول بیرون راندن پروتون‌ها از وزیکول و در نتیجه مکیدن انتقال دهنده‌های عصبی به داخل است، هرگز استراحت نمی‌کند و برای کار کردن به یک جریان ثابت انرژی نیاز دارد.

در واقع، این پمپ «پنهان» مسئول نیمی از مصرف متابولیک سیناپس در حال استراحت در آزمایش‌ها بود.

به گفته محققان، دلیل آن این است که این پمپ تمایل به نشتی دارد. به این ترتیب، وزیکول‌های سیناپسی به طور مداوم پروتون‌ها را از طریق پمپ‌های خود به بیرون می‌ریزند، حتی اگر از قبل مملو از انتقال دهنده‌های عصبی باشند و نورون غیرفعال باشد.

با توجه به تعداد زیاد سیناپس‌ها در مغز انسان و وجود صد‌ها وزیکول در هر یک از این پایانه‌های عصبی، این هزینه متابولیکی پنهان بازگشت سریع سیناپس‌ها در حالت «آماده» به قیمت انرژی اصلی پیش‌سیناپسی تمام می‌شود. هزینه سوخت، که احتمالاً به طور قابل توجهی به نیاز‌های متابولیکی مغز و آسیب‌پذیری متابولیک کمک می‌کند.

تحقیقات بیشتری لازم است تا بفهمیم چگونه انواع مختلف نورون‌ها ممکن است تحت تأثیر چنین بار متابولیکی بالایی قرار گیرند، زیرا ممکن است همه آن‌ها به یک شکل پاسخ ندهند.

به عنوان مثال، برخی از نورون‌های مغز ممکن است در برابر از دست دادن انرژی آسیب‌پذیرتر باشند، و پی بردن به اینکه چرا می‌تواند به ما اجازه دهد که این پیام‌رسان‌ها را حفظ کنیم، حتی زمانی که از اکسیژن یا قند محروم هستند.

تیموتی رایان، بیوشیمیست از از ویل کورنل مدیسین در شهر نیویورک، می‌گوید: «این یافته‌ها به ما کمک می‌کند بهتر بفهمیم که چرا مغز انسان در برابر قطع یا ضعیف شدن سوخت خود آسیب‌پذیر است. اگر راهی برای کاهش ایمن تخلیه انرژی و در نتیجه کند کردن متابولیسم مغز داشته باشیم، از نظر بالینی بسیار تاثیرگذار خواهد بود.»

این مطالعه در Science Advances منتشر شد.