楊凈 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號(hào) QbitA

有沒有想過，大腦其實(shí)跟手機(jī)、電腦一樣，也有節(jié)能模式。

科學(xué)家最新發(fā)現(xiàn)，小鼠在長(zhǎng)期節(jié)食的情況下，它的大腦就會(huì)進(jìn)入這種模式，從而導(dǎo)致視覺感知的精度會(huì)變低。

換言之，在這種狀態(tài)下，小鼠看整個(gè)世界都是低分辨率的。

來康康這是一項(xiàng)什么樣的研究。

大腦如何節(jié)能

盡管大腦只占到身體質(zhì)量不到2%，但卻消耗了大約20%的人體總熱量攝入，其中皮層網(wǎng)絡(luò)就占據(jù)了50%能量消耗。

但正如手機(jī)和電腦沒電會(huì)切換到低功耗模式，以保持基本任務(wù)流程正常運(yùn)行。

作為類比，人類的大腦是否也會(huì)有它的節(jié)能策略？

以此為背景，來自愛丁堡大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家們，就開始從小鼠的視覺系統(tǒng)入手。

首先，設(shè)置環(huán)境。研究人員連續(xù)三周限制老鼠的食物量，讓他們的體重降低15%-20%。

他們還特別注明：并沒有挨餓。

接著， 評(píng)估神經(jīng)元的活動(dòng)以及ATP的消耗。

我們的腦細(xì)胞，主要依賴于葡萄糖的穩(wěn)定輸送，將他們轉(zhuǎn)化成三磷酸腺苷（ATP），促進(jìn)其信息處理。

研究人員檢測(cè)了小鼠的初級(jí)視覺皮層系統(tǒng)V1的信息編碼和能量消耗。

具體方法上，他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)有著兩個(gè)“出口”的水下室， 每個(gè)出口標(biāo)有不同角度的黑白條圖案。

其中垂直（90度）?圖像是真出口，老鼠可以通過這個(gè)口離開水面。

幾番訓(xùn)練之后，老鼠學(xué)會(huì)了將出口與垂直角度的圖案相關(guān)聯(lián)。

到真正試驗(yàn)階段，研究人員采用全細(xì)胞膜片鉗和雙光子成像來記錄和評(píng)估。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)正確圖像與錯(cuò)誤圖像之間差異很大時(shí)，小鼠很容易找到平臺(tái)。

但當(dāng)圖片角度與正確的之間小于10度的時(shí)候，節(jié)食的小鼠便無(wú)法再像吃飽的小鼠那樣準(zhǔn)確的區(qū)分他們了。

到神經(jīng)活動(dòng)上， 研究人員測(cè)量了神經(jīng)元內(nèi)部電壓尖峰的數(shù)量，即神經(jīng)元用來交流的電信號(hào)。

結(jié)果顯示節(jié)食小鼠與對(duì)照組的尖峰率相似，但突觸處ATP的使用量大幅減少，比例高達(dá)29%。

此外他們還發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)元的兩個(gè)變化，一則是神經(jīng)元增加了輸入電阻，這就降低了突觸處電流；二則靜息膜電位的去極化，從而保留了神經(jīng)元的興奮性。

而在小鼠恢復(fù)到正常飲食，體重也回到原來水平之后，它的視覺感知能力也恢復(fù)如初。

研究人員認(rèn)為，神經(jīng)元編碼精度的降低與食物限制下，脂肪量調(diào)節(jié)激素——瘦素水平的降低有關(guān)

此前也有類似研究

事實(shí)上，早在2016年就有過相關(guān)的研究：短期饑餓會(huì)改變神經(jīng)元處理信息的方式。

當(dāng)時(shí)，來自密歇根大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)饑餓的小鼠在看到食物相關(guān)照片時(shí)，神經(jīng)元會(huì)變得很活躍。

但只要他們吃飽飯，這種神經(jīng)元活動(dòng)就會(huì)減少。

在人類成像的研究中，也得到了同樣的結(jié)果。

而在更早之前，有研究者還意識(shí)到，在饑餓幾小時(shí)后，大腦會(huì)選擇性地節(jié)能。

哪個(gè)過程最耗能，就關(guān)閉哪個(gè)。

2013年，法國(guó)科學(xué)家在蒼蠅大腦中發(fā)現(xiàn)，他們會(huì)關(guān)閉形成長(zhǎng)期記憶的大腦通路。

如果強(qiáng)制激活這個(gè)通路，饑餓的蒼蠅會(huì)死得更快。

不過在更先進(jìn)的大腦中是否也有類似的行為，目前尚不得知。

至于這次這篇論文，則是首次研究了長(zhǎng)期節(jié)食后，大腦如何適應(yīng)來節(jié)省能量。

感興趣的旁友，可戳下方論文了解更多～

論文鏈接：
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(21)00839-4

參考鏈接：
https://www.quantamagazine.org/the-brain-has-a-low-power-mode-that-blunts-our-senses-20220614/