Den 10-%-Gehirn-Mythos mit empirischen Beweisen widerlegen

Um zu beobachten, welche Teile des Gehirns gerade aktiv sind, wird in der Regel die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) verwendet . Insbesondere wird die BOLD (Blut-Sauerstoff-Level-Abhängigkeit) verwendet, um den Blutsauerstoffspiegel zu messen, der durch die von aktiven Neuronen verbrauchte Energie beeinflusst wird.

Der Oxygenierungszustand von Hämoglobin beeinflusst die Querrelaxationsrate der Wasserprotonen im Blut ( Thulborn et al., 1982 ). Diese transversale Relaxationsrate kann mittels MRT gemessen und damit die Aktivität der Neuronen im Gehirn beobachtet werden.

Die räumliche Auflösung, die Sie mit modernen Hochfeld-MRTs erreichen können, beträgt etwa 1 x 1 x 3 mm ³ ( van der Zwaag et al., 2009 ). Diese ist weitaus größer als ein Neuron, sodass die Beobachtung einzelner Neuronen im Inneren des Gehirns mit dieser Methode derzeit nicht möglich ist.

Dies ist natürlich ein indirektes Maß für die Gehirnaktivität, Sie messen den Energieverbrauch, nicht direkt die neuronale Aktivität.

Es wurden Tausende von Studien mit fMRI durchgeführt , wenn wir nur 10 % unseres Gehirns nutzen würden, hätte das jemand bemerkt. Sie könnten natürlich Löcher hineinstecken und die Grenzen der derzeitigen Methoden argumentieren, aber nach allem, was wir derzeit wissen, verwenden wir unser gesamtes Gehirn.

Ich würde die unterstützenden Beweise nicht so leicht ignorieren, insbesondere die Tatsache, dass eine Schädigung eines Teils des Gehirns normalerweise ziemlich dramatische Auswirkungen auf eine Person hat. Wir haben ziemlich solide empirische Beweise dafür, dass alle Teile unseres Gehirns etwas tun.

Der Teil über Messaging ist auch ein seltsames Argument. Die Hauptfunktion von Neuronen besteht darin, elektrische Signale weiterzuleiten, also im Wesentlichen „Messaging“. Zu argumentieren, dass dies "Nichtstun" ist, macht nicht viel Sinn.

Um diese ganze vage Angelegenheit auf den Punkt zu bringen:

Wenn etwas in Gebrauch ist, funktioniert, verbraucht es Energie. Punkt :)

Um Ihre Frage zu beantworten, habe ich nach Veränderungen der Gehirnaktivität (Schlaf, Ruhe, kognitive Aufgaben ...) und des Gesamtenergieverbrauchs des Gehirns gesucht. 2 sehr gute Artikel, die Ihre Frage in ein größeres Bild rücken, ziemlich akademisch geschrieben, aber konzentrieren sich auf die Aussagen zum Energieverbrauch. Die Artikel diskutieren auch, was tatsächlich aus Bildgebungsdaten des Gehirns (fMRI, PET) abgeleitet werden kann, wie höhere bewusste Gehirnfunktionen mit physiologischen Veränderungen zusammenhängen, die durch diese Techniken gemessen werden.

Die grundlegende Schlussfolgerung ist, dass das Gehirn seinen Energieverbrauch nicht stark variiert, ob in Ruhe, bei Belastung , ... Im Gegenteil, es braucht eine durchschnittlich hohe Aktivität (hoher Stoffwechsel, Energieverbrauch), um bestimmte Funktionen überhaupt zu ermöglichen. Es ist also nicht wie bei einem Computer, wo man ein Programm startet (analog höhere bewusste Gehirnfunktion, z ) konnte überhaupt keine bestimmte Software (Funktion) ausführen.

zitierte die für mich wichtigsten Teile, aber beide Artikel geben einen ziemlich guten Überblick und zeichnen ein größeres Bild um Ihre Frage herum.

Das Gehirn macht etwa 2 % des Körpergewichts aus. Bemerkenswerterweise macht das Gehirn trotz seiner relativ geringen Größe etwa 20 % des Sauerstoffs und damit der vom Körper verbrauchten Kalorien aus (1). Diese hohe Stoffwechselrate ist bemerkenswert konstant trotz sehr unterschiedlicher geistiger und motorischer Aktivität

Dies sollte deutlich machen, dass wir das Gehirn aus evolutionärer Sicht ziemlich stark nutzen und brauchen

was zeigt, dass die Maximalwerte des Sauerstoffverbrauchs und der Spike-Frequenz, die während der Stimulation erreicht wurden, von beiden Grundlinien (dh beiden Anästhesieniveaus) ungefähr gleich waren. Die Autoren behaupten, dass ein Gesamtniveau an laufender Aktivität erreicht werden muss, damit eine bestimmte Funktion auftreten kann

Diese hohe Stoffwechselaktivität ist vorhanden, wenn wir vollkommen passiv sind und uns ausruhen, sowie wenn wir beobachtbar etwas tun. In ihrer Analyse der Nutzung dieser Energie sind kürzlich zwei Forschungsrichtungen zusammengeführt worden. Beide haben sich auf die Stoffwechselanforderungen konzentriert, die mit der Glutamat-Signalübertragung im Gehirn verbunden sind. Dieser Fokus erscheint vernünftig, wenn man bedenkt, dass mehr als 80 % der Neuronen erregend sind und mehr als 90 % der Synapsen Glutamat freisetzen (6, 7). Attwell und Laughlin (8) haben einen Bottom-up-Modellierungsansatz gewählt, indem sie vorhandene Daten über die Netzhaut der Schmeißfliege und die Großhirnrinde von Säugetieren verwendet haben. Schätzungen aus ihrem Ansatz zeigen, dass der größte Teil der im Gehirn verbrauchten Energie für die Ausbreitung von Aktionspotentialen und für die Wiederherstellung postsynaptischer Ionenflüsse benötigt wird, nachdem Rezeptoren durch den Neurotransmitter stimuliert wurden. Im Gegensatz dazu macht die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials in Neuronen und Gliazellen weniger als 15 % des gesamten Energieverbrauchs aus. Shulman und seine Kollegen (9, 10) haben in einem ganz anderen Ansatz unter Verwendung von MRS bei anästhesierten Ratten bemerkenswert konvergierende Beweise dafür gezeigt, dass ein sehr großer Teil (≈80%) des Energieverbrauchs im Gehirn mit dem Glutamatkreislauf korreliert und daher aktive Signalisierungsprozesse

Es hat sich eine faszinierende Hypothese herausgebildet, dass die Reaktionsfähigkeit von Neuronen auf Änderungen in ihrem Input von einem kontinuierlichen, hochgradigen, aber ausgewogenen Input von sowohl erregender als auch hemmender Aktivität abhängt (für eine Übersicht siehe Lit. 29). Wichtig ist, dass es das Gleichgewicht zwischen diesem kontinuierlichen exzitatorischen und inhibitorischen Input ist, das die Verstärkung oder Reaktionsfähigkeit der Neuronen auf Korrelationen in ihrem Input bestimmt. In dieser Formulierung wird spontane fortlaufende Aktivität zu einem entscheidenden Faktor bei der Schaffung funktionaler Verbindungen innerhalb von Schaltkreisen, die für bestimmte Verhaltensweisen verantwortlich sind. Darüber hinaus kann diese korrelationsinduzierte funktionelle Konnektivität modifiziert werden, ohne Variationen in den mittleren Feuerungsraten der beteiligten Zellen zu verursachen. Wie Salinas und Sejnowski in ihrer Rezension betont haben (29),

Wie könnte dies also mit unserer Analyse des Energiehaushalts des Gehirns zusammenhängen? Es sollte beachtet werden, dass der größte Teil der oben diskutierten Neurophysiologie die synaptische Aktivität am Eingang zu Neuronen betrifft. Da die energieintensivsten Prozesse im Gehirn an diesen Stellen zentriert sind (27, 28), deutet dies darauf hin, dass ein Großteil des laufenden oder Grundstoffwechsels den dort stattfindenden Prozessen gewidmet ist. Wir könnten daher postulieren, dass im Gehirn ein Großteil seiner Stoffwechselaktivität laufenden synaptischen Prozessen gewidmet ist, die mit der Aufrechterhaltung eines angemessenen Gleichgewichts zwischen erregender und hemmender Aktivität verbunden sind. Die Aufrechterhaltung dieses Gleichgewichts ermöglicht es Neuronen, angemessen auf Korrelationsänderungen in ihrem Input zu reagieren und die für eine bestimmte Aufgabe erforderliche funktionelle Konnektivität herzustellen.

Daher können wir die Möglichkeit in Betracht ziehen, dass die sehr hohe Grundlinie oder andauernde metabolische Aktivität des Gehirns nicht nur Prozesse unterstützt, die für die Aufrechterhaltung der richtigen Reaktionsfähigkeit von Neuronen für die vorübergehenden und sich ständig ändernden Funktionen des Gehirns notwendig sind, sondern auch eine anhaltende Funktionalität instanziiert.

Quelle

Im Vergleich zu der hohen Rate des laufenden oder „basalen“ Gehirnstoffwechsels6 ist die Menge, die für durch Aufgaben hervorgerufene regionale Bildgebungssignale aufgewendet wird, bemerkenswert gering (geschätzt auf weniger als 5 %). Das Gehirn verbraucht kontinuierlich eine beträchtliche Menge an Energie, sogar in Abwesenheit einer bestimmten Aufgabe (dh wenn eine Person wach und in Ruhe ist). Es wurde gezeigt, dass ein erheblicher Teil der vom Gehirn verbrauchten Energie (möglicherweise die Mehrheit) das Ergebnis funktionell signifikanter spontaner neuronaler Aktivität ist.7 Aus dieser kostenbasierten Analyse der funktionellen Aktivität des Gehirns scheint es vernünftig zu sein, auf eine intrinsische Aktivität zu schließen kann in Bezug auf die Gesamtfunktion des Gehirns genauso signifikant, wenn nicht sogar noch wichtiger sein als die evozierte Aktivität.

Quelle

Der insgesamt hohe durchschnittliche Energieverbrauch des Gehirns in Verbindung mit dem Anteil am gesamten Energieverbrauch des Körpers sollte unseren Standpunkt sehr deutlich machen. Zu sagen "aber wie oft nutzen wir tatsächlich unsere bewussten Gehirnfunktionen" ist kein Gegenargument, da das gesamte "Softwarepaket" benötigt wird, das Gehirn sich nicht wie eine Mehrkern-CPU verhält, sein einziger großer dezentraler Kern und Software ständig neu geschrieben werden ( zB beim Träumen ruht das Gehirn nicht tief, wenn man schläft.Außerdem zeigen einige Gelehrte die Fähigkeit, sich immense Datenmengen zu merken, wenn sie bewusst zeichnen, zB eine detaillierte Landschaft, die sie gesehen haben, während das Speichern von Bildern mit ihren Augen ein sehr kurzer und unbewusster Prozess war, sie sehe nicht mehr als ein durchschnittlicher joe, sie schaffen es irgendwie unbewusst sich zu erinnern oder einfach mehr informationen aus/in das gehirn zu speichern)

Einige Paranormalisten wie Dean Radin vertreten eine Hypothese, wonach das Gehirn wie ein Radio ist: Das Gehirn nimmt Informationen über die Sinne auf. Es sendet die Informationen durch eine Art telepathisches Medium an die Seele, die nicht "im Gehirn" ist. Die Seele wiederum verwendet dasselbe telepathische Medium, um Befehle an das Gehirn zurückzusenden. Das Gehirn leitet diese Befehle dann an verschiedene Körperteile weiter, um den Körper zum Handeln zu bringen.

fMRI misst die Gehirnaktivität indirekt über den Energieverbrauch. Auch ein Funkgerät, das Befehle sendet und empfängt, verbraucht Energie.

Wenn Teile des Gehirns durch eine Gehirnoperation beschädigt werden, hört der Geist auf zu arbeiten. Ein Radio hört auch auf zu funktionieren und spielt grobe Geräusche ab, wenn Sie es beschädigen.

Gegenwärtig sind wir nicht in der Lage, ein Gehirn in einem Computermodell zu rekonstruieren, um zu zeigen, dass die Neuronenaktivität allein ausreicht, um den Geist zu erklären.

Gegenwärtig haben wir keine Beweise, die uns die Radiohypothese ablehnen lassen. Wir haben auch keine Beweise dafür gefunden.