鳥(niǎo)類(lèi)神經(jīng)元使用的葡萄糖比哺乳動(dòng)物神經(jīng)元少三倍

鳥(niǎo)類(lèi)具有令人印象深刻的認(rèn)知能力，并表現(xiàn)出高水平的智力。與大約相同大小的哺乳動(dòng)物相比，鳥(niǎo)類(lèi)的大腦也包含更多的神經(jīng)元?，F(xiàn)在，9月8日發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》上的一項(xiàng)新研究有助于解釋鳥(niǎo)類(lèi)如何能夠負(fù)擔(dān)得起維持更多的腦細(xì)胞：它們的神經(jīng)元以葡萄糖的形式消耗更少的燃料。

“最讓我們感到驚訝的不是，就其本身而言，神經(jīng)元消耗更少的葡萄糖 - 這可能是由于神經(jīng)元大小的差異所預(yù)期的，”德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)的Kaya von Eugen說(shuō)。“但差異的幅度如此之大，以至于大小差異不能是唯一的促成因素。這意味著鳥(niǎo)類(lèi)的大腦中必須有一些額外的不同，使它們能夠保持如此低的成本。

研究人員解釋說(shuō)，2016年的一項(xiàng)具有里程碑意義的研究表明，與類(lèi)似大小的哺乳動(dòng)物大腦相比，鳥(niǎo)類(lèi)大腦擁有更多的神經(jīng)元。由于大腦通常由能量昂貴的組織組成，它提出了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：鳥(niǎo)類(lèi)如何能夠支持這么多神經(jīng)元?

為了回答這個(gè)問(wèn)題，von Eugen及其同事開(kāi)始根據(jù)對(duì)鴿子的研究來(lái)確定鳥(niǎo)類(lèi)的神經(jīng)元能量預(yù)算。他們使用成像方法，使他們能夠估計(jì)鳥(niǎo)類(lèi)的葡萄糖代謝。他們還使用建模方法來(lái)計(jì)算大腦的代謝率和葡萄糖消耗量。

他們的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)動(dòng)物清醒時(shí)，鴿子大腦消耗的葡萄糖量低得驚人(每分鐘每100克27.29±1.57μmol葡萄糖)。這意味著大腦的能量預(yù)算低得驚人，特別是當(dāng)人們將其與哺乳動(dòng)物進(jìn)行比較時(shí)。

這意味著鳥(niǎo)類(lèi)大腦中的神經(jīng)元平均消耗的葡萄糖比哺乳動(dòng)物大腦中的神經(jīng)元少三倍。換句話說(shuō)，由于尚不清楚的原因，它們的神經(jīng)元成本較低。

馮·歐根說(shuō)，這些差異可能與鳥(niǎo)類(lèi)較高的體溫或大腦的特定布局有關(guān)。鳥(niǎo)類(lèi)的大腦平均也比哺乳動(dòng)物的大腦小。但它們的大腦保留了令人印象深刻的能力，也許部分原因是它們的成本較低但數(shù)量較多。

“我們的發(fā)現(xiàn)解釋了鳥(niǎo)類(lèi)如何能夠在不影響處理能力的情況下支持如此大量的神經(jīng)元，”von Eugen說(shuō)。“在鳥(niǎo)類(lèi)和哺乳動(dòng)物的漫長(zhǎng)平行進(jìn)化中，鳥(niǎo)類(lèi)進(jìn)化出具有大量神經(jīng)元的較小大腦，這些神經(jīng)元能夠提高認(rèn)知能力。而且，鳥(niǎo)類(lèi)不同元素的組合效應(yīng) - 小神經(jīng)元尺寸，高體溫和鳥(niǎo)類(lèi)大腦特異性布局 - 可能在以更高的效率處理信息神經(jīng)元方面產(chǎn)生了可能的優(yōu)勢(shì)：具有先進(jìn)處理能力的廉價(jià)神經(jīng)元。

研究人員表示，他們現(xiàn)在想更多地了解鳥(niǎo)類(lèi)的神經(jīng)元如何消耗更少的葡萄糖。雖然他們對(duì)它的工作原理有想法，但需要進(jìn)一步的研究和測(cè)試來(lái)發(fā)現(xiàn)“鳥(niǎo)類(lèi)如何獲得如此高的神經(jīng)元處理效率的確切機(jī)械解釋”。

標(biāo)簽：