Verbrennen wirklich schwer zu denken mehr Kalorien zu?

Zwischen Oktober und Juni mischen sie aus Auditorien, Turnhallen und Unterrichtsräume, die Augen, die Anpassung an das Sonnenlicht, wie ihre Finger fummeln, um Handys zu wecken, die für vier aufeinander folgende Stunden geschwiegen haben. Einige heben einer Hand an ihre Stirn, gleichsam versucht, Kopfschmerzen Weg zu reiben. Andere Verweilen vor dem Parkplatz, unsicher, was als nächstes zu tun. Sie sind völlig erschöpft, aber nicht, weil jede anstrengende körperliche Aktivität. Vielmehr haben diese Schülerinnen und Schüler gerade SAT genommen. "Ich war eingeschlafen, als ich nach Hause kam," sagte Ikra Ahmad The Local, ein New York Times Blog, wenn sie interviewt wurde, für eine Geschichte über "SAT Kater."

Vorübergehende geistige Erschöpfung ist ein echter und gemeinsame Phänomen, das es wichtig zu beachten ist, unterscheidet sich von chronischen Geistesermüdung regelmäßiger Schlafentzug und einige Erkrankungen zugeordnet. Tägliche geistige Müdigkeit macht Sinn, intuitiv. Sicherlich komplexe Gedanken und intensive Konzentration benötigen mehr Energie als routinemäßige mentale Prozesse. Ebenso wie körperliche Belastung unserer Organe Reifen, sollte geistige Anstrengung des Gehirns ablassen. Was die neuesten Stand der Wissenschaft zeigt jedoch ist, dass der populäre Begriff geistige Erschöpfung zu simpel ist. Das Gehirn schlürft kontinuierlich große Mengen an Energie für eine Orgel von seiner Größe, unabhängig davon, ob wir Bekämpfung der Integralrechnung oder beim Durchklicken der Woche Top 10 LOLcats. Obwohl Neuronen feuern extra Blut, Sauerstoff und Glukose zu beschwören, sind lokale Erhöhungen des Energieverbrauchs winzig im Vergleich mit dem Gehirn gefräßige Grundlinie Aufnahme. Also, in den meisten Fällen kurzfristig zusätzliche geistige Anstrengung erfordern ein wenig mehr Intelligenz als üblich, aber nicht viel mehr. Die meisten Labor-Experimente, haben jedoch nicht freiwilligen mehrere Stunden im Wert von anspruchsvolle geistige Akrobatik ausgesetzt. Und etwas muss das Gefühl der geistigen Erschöpfung, zu erklären, auch wenn körperliche Ermüdung seiner Physiologie unterscheidet. Einfach glauben, dass unser Gehirn viel Mühe aufgewendet haben möglicherweise genug, um uns träge machen.

Brainpower
Obwohl der durchschnittliche Erwachsene menschliche Gehirn ca. 1,4 kg, nur 2 Prozent des gesamten Körpergewichts wiegt, verlangt es 20 Prozent der unseren Grundumsatz (RMR) — die Gesamtmenge der Energie unseres Körpers verbrauchen in einem sehr faulen Tag ohne Aktivität. RMR variiert von Person zu Person je nach Alter, Geschlecht, Größe und Gesundheit. Unterstellen wir durchschnittlich 1.300 Kalorien Grundumsatz, verbraucht das Gehirn 260 Kalorien nur um Dinge in Ordnung zu halten. Das ist 10,8 Kalorien pro Stunde oder 0,18 Kalorien pro Minute. (Zum Vergleich, siehe Harvards Kalorienverbrauch bei verschiedenen Tätigkeiten). Mit ein wenig Mathematik verwandeln wir diese Zahl in ein Maß für die Leistung:

— Grundumsatz: 1300 kcal oder kcal, die in der Ernährung verwendeten Art
— 1.300 kcal über 24 Stunden = 54.16 kcal pro Stunde = 15,04 Gramm Kalorien pro Sekunde
-15.04 Gramm Kalorien/sec = 62,93 Joule/sec = ca. 63 Watt
— 20 Prozent der 63 Watt = 12,6 Watt

Also ein typische Erwachsene menschliches Gehirn auf rund 12 Watt läuft – ein Fünftel der Kraftbedarf einer standard 60-Watt-Glühbirne. Im Vergleich zu den meisten anderen Organe, ist das Gehirn gierig; künstlichen Elektronik gegeneinander, ist es erstaunlich effizient. IBM Watson, der Supercomputer, die besiegt Jeopardy! champions, richtet sich nach neunzig IBM Power 750-Server, jeweils rund 1000 Watt erforderlich.

Energie reist zum Gehirn über Blutgefäße in Form von Glucose, die über die Blut - Hirn-Schranke transportiert und verwendet, um Adenosintriphosphat (ATP) die wichtigste Währung von chemischer Energie in den Zellen zu produzieren. Versuche mit Tieren und Menschen haben bestätigt, dass wenn Neuronen in eine bestimmte Gehirnregion ausgelöst, lokale Kapillaren erweitern, um mehr Blut als sonst, zusammen mit zusätzlichen Glukose und Sauerstoff zu liefern. Diese konsequente Reaktion ermöglicht Neuroimaging Studien: funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) hängt von der einzigartigen magnetischen Eigenschaften von Blut fließt von Neuronen feuern und. Forschung hat auch bestätigt, dass sobald erweiterte Blutgefäße zusätzliche Glukose liefern, Gehirnzellen es Schoß.

Erweiterung der Logik solcher Befunde, haben einige Wissenschaftler Folgendes vorgeschlagen: Wenn Neuronen feuern zusätzliche Glukose erfordern, dann vor allem anspruchsvolle geistige Aufgaben Glukosespiegel im Blut abnehmen sollte und ebenso Essen Lebensmittel reich an Zucker auf solche Aufgaben Leistungssteigerung sollte. Obwohl einige Studien diese Vorhersagen, die Beweise bestätigt haben, als Ganzes gemischt wird und die meisten Änderungen im Blutzuckerspiegel von der winzigen der kleinen reichen. Zum Beispiel in einer Studie an der Northumbria University zeigte das freiwillige, die eine Reihe von verbalen und numerischen Aufgaben abgeschlossen einen größeren Tropfen im Blut Glukose als Menschen, die nur eine Taste mehrmals gedrückt. In der gleichen Studie verbessert ein zuckerhaltiges Getränk auf einer der Aufgaben, aber nicht die anderen. Liverpool John Moores University durchgeführt Freiwilligen zwei Versionen des Stroop-Aufgabe, in der sie bestimmen die Farbe der Tinte in der ein Wort gedruckt wurde, anstatt das Wort selbst lesen musste: In einer Version, die Worte und Farben aufeinander abgestimmt – blau erschien in blauer Tinte; die schwierige Version erschien das Wort blau grüne oder rote Tinte. Freiwillige, die die schwierigere Aufgabe zeigte größer Dips im Blut Glukose, die die Forscher als eine direkte Ursache für größere geistige Anstrengung interpretiert. Komplizierter, einige Studien haben festgestellt, dass wenn Menschen nicht an eine bestimmte Aufgabe sehr gut sind, sie mehr geistigen Anstrengung ausüben und mehr Glukose verwenden, während mindestens eine Studie das Gegenteil suggeriert – je geschickter du bist, desto effizienter Ihr Gehirn ist und weniger Glukose, die Sie benötigen.

Nicht so einfachen Zuckern
Unbefriedigend und widersprüchliche Erkenntnisse aus Glukose Studien unterstreichen, dass der Energieverbrauch im Gehirn ist nicht einfach eine Frage der größere geistige Anstrengung untergräbt mehr von der Energie des Körpers zur Verfügung. Claude Messier von der University of Ottawa hat viele solche Studien überprüft. Er bleibt nicht davon überzeugt, dass eine kognitive Aufgabe messbar ändert sich Glukose-Spiegel im Gehirn oder Blut. "Theoretisch ja, eine schwierigere geistige Aufgabe erfordert mehr Energie denn es mehr neuronaler Aktivität gibt," sagt er, "aber wenn Menschen eine geistige Aufgabe zu tun, Sie werden keine starke Zunahme des Verbrauchs von Glukose als ein erheblicher Prozentsatz der die Gesamtrate sehen. Die Basisebene ist schon einiges an Energie – selbst in Tiefschlaf mit sehr wenig Aktivität gibt es noch ein hohen Ausgangswert Verbrauch von Glukose. " Die meisten Organe erfordern nicht so viel Energie für den einfachen Haushalt. Aber das Gehirn muss aktiv pflegen entsprechende Konzentrationen geladener Teilchen über die Membranen aus Milliarden von Neuronen, selbst wenn diese Zellen nicht ausgelöst werden. Wegen dieser teure und kontinuierliche Wartung hat das Gehirn in der Regel die Energie braucht es für ein wenig zusätzliche Arbeit.

Autoren der anderen Rezension Papiere haben ähnliche Schlussfolgerungen. Robert Kurzban von der University of Pennsylvania verweist auf Studien, die zeigen, dass moderater Bewegung die Fähigkeit der Menschen, sich zu konzentrieren verbessert. In einer Studie durchgeführt zum Beispiel Kinder, die für 20 Minuten auf einem Laufband ging besser auf einem akademischen Leistungsnachweis als Kinder, die ruhig vor der Prüfung zu lesen. Wenn geistige Anstrengung und die Fähigkeit waren einfach eine Frage der verfügbaren Glukose, dann werden die Kinder, die Gebrauch gemacht – und mehr Energie verbrannt – schlechter als gleichaltrige Ruhestrom durchgeführt haben.

Der Einfluss der eine mentale Aufgabe Schwierigkeiten auf Energieverbrauch schrieb "scheint subtil sein und hängt wahrscheinlich individuelle Variation in Aufwand, Engagement und Mittel zur Verfügung, die auf Variablen wie Alter, Persönlichkeit und Gluco-Verordnung in Zusammenhang stehen könnten," Leigh Gibson der Roehampton University in einer Rezension auf Kohlenhydrate und geistigen Funktionen.

Gibson und Messier folgern, dass wenn jemand regulieren Glukose richtig Ärger hat – oder für eine lange Zeit gefastet hat — ein zuckerhaltiges Getränk oder Essen kann die Nacherfüllung für bestimmte Arten von Gedächtnisaufgaben verbessern. Aber für die meisten Menschen der Körper leicht liefert was wenig zusätzliche Glukose im Gehirn für zusätzliche geistige Anstrengung braucht.

Körper und Geist
Wenn anspruchsvolle kognitive Aufgaben nur ein wenig mehr Kraftstoff als gewöhnlich konsumieren, was erklärt, das Gefühl der geistigen Erschöpfung nach den SAT oder eine ähnlich anstrengende geistige Marathon? Eine Antwort ist, dass ununterbrochene Ausrichtung oder Navigation, anspruchsvolle geistige Gebiet für mehrere Stunden brennt wirklich genügend Energie, um ein Gefühl leer lassen, sondern haben Forscher nicht bestätigte dies, weil sie einfach nicht hart genug auf ihre freiwilligen gewesen. In die meisten Experimente führen Teilnehmer eine einzelne Aufgabe Schwierigkeiten, selten für mehr als ein oder zwei Stunden. "Vielleicht wenn wir härter pushen, und die Leute zu tun, was sie nicht gut sind, wir klarere Ergebnisse sehen würde," schlägt Messier.

Ebenso wichtig für die Dauer der geistige Anstrengung ist eine Haltung in Richtung zu ihm. Gerade ein spannendes Biopic mit einer komplexen Erzählung begeistert viele verschiedene Hirnregionen für gut zwei Stunden, doch Menschen in der Regel nicht watscheln, aus dem Theater klagte über geistige Ermüdung. Manche Menschen Einrollen regelmäßig mit dicht geschriebene Romane, die andere quer durch den Raum in der Frustration auslösen könnte. Abschluss eines komplexen Kreuzworträtsel oder Sudoku Puzzle an einem Sonntagmorgen nicht normalerweise ruinieren die Fähigkeit, sich für den Rest des Tages – in der Tat, einige behaupten, es schärft ihre psychische Verfassung. Kurzum: genießen Sie Menschen routinemäßig intellektuell belebende Aktivitäten ohne geistige Erschöpfung leiden.

Diese Müdigkeit scheint viel wahrscheinlicher, anhaltende geistigen Anstrengung zu folgen, die wir nicht zum Vergnügen suchen – wie die obligatorischen SAT – vor allem, wenn wir erwarten , dass die Tortur unser Gehirn ablaufen wird. Wenn wir, dass eine Prüfung oder ein Puzzle schwierig sein wird denken, wird es oft sein. Studien haben gezeigt, dass etwas Ähnliches passiert, wenn Menschen Bewegung und Sport treiben: eine große Komponente der körperlichen Erschöpfung ist in unseren Köpfen. In Forschung beenden Sie Freiwillige, die auf einem Heimtrainer nach einem 90-minütigen EDV Test der Daueraufmerksamkeit radelte Pedale vor Erschöpfung früher als Teilnehmer, die emotional neutrale Dokumentationen vor dem Training beobachtete. Auch wenn die Aufmerksamkeit-Test nicht deutlich mehr Energie verbrauchen als Filme, berichtet die Freiwilligen Gefühl weniger energisch. Dieses Gefühl war stark genug, um ihre körperliche Leistungsfähigkeit zu begrenzen.

Im konkreten Fall der SAT, trägt etwas jenseits rein geistige Anstrengung wahrscheinlich zur Post-Prüfung Stupor: Stress. Immerhin funktioniert das Gehirn nicht in einem Vakuum. Anderen Organen Energie zu verbrennen. Ablegen einer Prüfung, die teilweise bestimmt, wo man die nächsten vier Jahre verbringen wird, ist nervenaufreibend genug, Stresshormone, die schwimmen durch den Blutstrom, induzieren Schwitzen, Herzfrequenzen zu beschleunigen und unruhig und verdrehte Körperhaltungen zu fördern. Die SAT und ähnlichen Studien sind nicht nur geistig anstrengend – auch sie sind körperlich anstrengend.

Eine kleine aber aufschlussreiche Studie schlägt vor, dass sogar leicht stressige intellektuelle Herausforderungen unserer emotionalen Zustände und Verhaltensweisen ändern, auch wenn sie nicht grundlegend, Stoffwechsel im Gehirn verändern. Vierzehn kanadische Studentinnen saßen, zusammengefasst eine Textpassage oder eine Reihe von computergestützten Aufmerksamkeit und Gedächtnis-Tests für 45 Minuten vor dem Schlemmen auf ein Mittagsbuffet abgeschlossen. Studierende, die ihr Gehirn ausgeübt geholfen sich zu rund 200 Kalorien mehr als Studenten, die entspannt. Ihre Blutzuckerwerte schwankten auch mehr als denen von Studenten, die nur da saß, aber keineswegs einheitlich. Das Stresshormon Cortisol, waren jedoch signifikant höher in Studenten, deren Gehirne beschäftigt, waren ebenso wie ihre Herzfrequenz, Blutdruck und Selbstauskünften Angst. Aller Wahrscheinlichkeit nach diese Studenten nicht mehr Essen, weil ihre ausgezehrten Gehirne dringend mehr Kraftstoff benötigt; Vielmehr waren es Stress Essen.

Messier hat im Zusammenhang mit Erklärung für alltägliche psychische Müdigkeit: "meine allgemeine Hypothese ist, dass das Gehirn einen faulen Hintern", sagt er. " Das Gehirn hat eine harte Zeit konzentrierte sich auf nur eine Sache zu lange bleiben. Es ist möglich, dass anhaltende Konzentration schafft einige Veränderungen im Gehirn, die Vermeidung dieses Staates zu fördern. Es könnte sein, wie ein Timer, der sagt "Okay Sie jetzt fertig." Vielleicht das Gehirn gern nicht nur so lange so hart arbeiten."

Dieser Artikel erschien zuerst auf Scientific American. © 2011 ScientificAmerican.com. Alle Rechte vorbehalten. Wissenschaftlichen Amerikaner auf Twitter folgen @SciAm und @SciamBlogs. Besuchen Sie ScientificAmerican.com für die neuesten Nachrichten Wissenschaft, Gesundheit und Technik.