Энергетические затраты на передачу сигналов в сером веществе мозга

На основании анатомических и физиологических данных оценены энергозатраты на различные компоненты возбуждающей передачи сигналов в сером веществе мозга грызунов. По расчётам, на потенциалы действия и постсинаптические эффекты глутамата приходится значительная часть энергозатрат — 47% и 34% соответственно; на поддержание потенциала покоя — 13%, а на рециклинг глутамата — лишь 3%. Энергозатраты в значительной степени зависят от частоты потенциалов действия: увеличение активности на 1 потенциал действия на корковый нейрон в секунду повышает потребление кислорода на 145 мл/100 г серого вещества в час. На передачу сигналов приходится значительная доля всей энергии, потребляемой мозгом, что говорит в пользу энергоэффективных нейронных кодов и схем связей. Согласно нашим оценкам, для снижения энергозатрат и увеличения вычислительных возможностей при неизменном числе нейронов используется распределённое кодирование, при котором одновременно активны не более 15% нейронов. Вероятно, сигналы функциональной магнитно-резонансной томографии в основном отражают изменения энергозатрат, связанные с синаптическими токами и распространением потенциалов действия.