Как худеть, не вставая из-за компа? На что тратит энергию мозг

Как на самом деле работает мозг

• GTD

На хабре довольно популярны статьи о различных техниках повышения работоспособности, улучшения памяти, самомотивации и т.д. и т.п. Увы, зачастую авторы этих статей совершенно не представляют себе, что такое мозг, как он работает и почему всё устроено именно так.

Прежде всего, необходимо понять вот что:

Думать - дорого

Изложенные ниже сведения почёрпнуты, большей частью, из книги С.В.Савельева «Происхождение мозга», которую я настоятельно рекомендую к прочтению, наряду с трудами Ричарда Докинза и Конрада Лоренца.

Мозг возник в результате эволюции как гибкий, универсальный и быстрый решатель. Обладание мозгом делает животное значительно более приспособленным, особенно в экстремальных ситуациях. Однако за все приходится платить: мозг - чрезвычайно затратный орган. У человека интенсивно работающий мозг потребляет четверть (!) ресурсов всего организма. Проблема заключается ещё и в том, что мозг никогда не находится в состоянии покоя; даже отдыхающий мозг потребляет 10% энергии организма, при этом составляя всего 2% от его массы. Кроме того, организм элементарно не в состоянии поддерживать интенсивную работу мозга в течение длительного времени, через какое-то время неизбежно наступает нервное истощение. Ко всему прочему, мозг, лишенный нужных ресурсов (кислорода прежде всего), практически мгновенно (в течение 5 минут) погибает.

Оптимизация

Полагаю, большинство хабровчан к данному моменту уже представили себе, каким образом можно оптимизировать энергетические затраты мозга. ИТ-специалисты в этом плане ничего лучше природы не придумали.

Вариант А: ограничить активность мозга только действительно экстремальными ситуациями. На человеческом языке этот механизм называется «лень». Человек инстинктивно стремится не думать , до тех пор, пока в этом нет необходимости. Многие животные, например, кошки, вообще постоянно пребывают в одном из двух состояний: либо сонной дрёмы, либо гиперактивности. Лень является двигателем прогресса в самом что ни на есть буквальном смысле.

Вариант Б: кэш. Заложить как можно больше предопределенных моделей поведения и включать мозг только тогда, когда автопилот не может разрешить проблему сам. Такая оптимизация свойственна прежде всего мелким животным, но, как нетрудно заметить, проявив минимум наблюдательности, человек ей тоже пользуется вовсю.

Кстати, отсюда идет знаменитый несуразный миф о том, что человек, якобы, использует десять (пять, два - нужное подчеркнуть) процентов своего мозга. В конкретный момент времени и в состоянии покоя - в каком-то приближении, да. Потому что использовать мозг целиком без необходимости - дорого и неразумно. Но держать 90% мозга не используемыми вообще - ещё более дорого и неразумно.

Реальность

Часто кажется, что поведение человека глупо и нелогично. Однако в свете предыдущего параграфа вполне очевидно, что поведение человека абсолютно умно и логично. Вопрос «о чем ты вообще думал», как правило, имеет простой ответ: ни о чём. Человеку свойственно ни о чем не думать, и это с эволюционной точки зрения самая выгодная программа.

Конечно, в современном мире у большей части человечества не возникает проблем с питательными веществами и механизмы оптимизации энергопотребления не нужны. Но, увы, изменить собственную генетическую программу мы не в состоянии; да и нет никакой гарантии, что иная схема работы мозга окажется для homo sapiens более оптимальной.

Помнить - дорого

От мышления перейдём к памяти. Для понимания процессов запоминания и вспоминания полезно, прежде всего, усвоить одну простую вещь: человеческая память - энергозависимая. На хранение информации непрерывно расходуются ресурсы организма. Думаю, вы уже поняли, что это означает:-).

Во-первых, память разделяется на кратковременную и долговременную. В долговременную память попадает только небольшая часть потока информации.

Во-вторых, воспоминания непрерывно утрачиваются. Чем больше проходит времени, тем меньше информации о событии остается в памяти.

Запоминание случайно

На эти, и без того нерадостные для студентов:-) процессы накладывается ещё и вероятностная сущность запоминания. Дело в том, что запоминание - это образование в нейронной сети устойчивых циклических сетей, содержащих нужную информацию. Этот процесс не очень быстр и довольно непредсказуем. Нельзя сколько-нибудь точно предугадать, в какой момент изменится конфигурация нейронов. Именно поэтому человек частенько запоминает на всю жизнь совершенно бессмысленную и ненужную информацию - потому что так сложилось, что в момент образования новой конфигурации нейронов он думал именно об этой ерунде. Для того, чтобы гарантировать запоминание приходится постоянно обновлять информацию в течение довольно длительного периода времени.

Память врёт

Как было сказано в предыдущем разделе, память нужна человеку прежде всего для того, чтобы не думать. Запомненные решения и модели поведения позволяют не напрягать мозг, а действовать на автопилоте. Это - фактически главная функция памяти.

Однако в силу того, что память энергозависима, запомнить всю нужную информацию нельзя. С одной стороны, постоянно поступает новая информация, которая потенциально может быть важной. С другой стороны, старая информация постоянно утрачивает актуальность. Таким образом, старые воспоминания постоянно конкурируют с новыми за место в памяти. Более того, в целях масимально полного использования доступного ресурса, новые и старые информационные сигналы циркулируют по одним и тем же путям. В результате, старые воспоминания постоянно искажаются, что со временем приводит к довольно неожиданным эффектам вплоть до полного несоответствия старого воспоминания реальности, причем старые воспоминания со временем становятся всё более идеализированными. Это характерно не только для людей, но и для других животных тоже.

Welcome to the Real World

Не знаю, как вы, а я значительно лучше стал понимать поведение людей, когда всё это прочитал. Представления о том, почему мозг ведёт себя именно так, а не иначе, на мой взгляд, гораздо более полезно, чем абстрактные рекомендации про то, как повысить работоспособность и улучшить память. Надеюсь, и вам они окажутся полезными.

В материалах рубрики использованы сообщения следующих изданий: «New Scientist», «Economist» и «Fortean Times» (Англия), «Bild der Wissenschaft» и «Na-tur und Kosmos» (Германия), «Discover», «Psychology Today», «Skeptical Inquirer» и «Wired» (США), «Qa m"interesse», «Le Journal du CNRS», «La Recherche», «Science et Vie» и «Science et Vie Junior» (Франция), а также сообщения агентств печати и информация из Интернета.

Какой из наших органов потребляет больше всего энерги и? Это не сердце, биение которого не прекращается ни днем, ни ночью. Это мозг — он берёт около 20% энерги и, потребляемой организмом человека, хотя составляет только 2% от общего веса тела. Из потребляемого, как считают сейчас физиологи, 60—80% тратятся на обмен информацией между нейрон ами, а также между нейрон ами и астроцитами — звёздчатыми клетками, которые ещё недавно считались вспомогательными элементами, доставляющими нейрон ам пищу и опору. Их в десять раз больше, чем нейрон ов, и года два назад нейрофизиологам удалось доказать, что они участвуют в обработке и передаче информации.

Но появившиеся сравнительно недавно высокосовершенные приборы — позитронно-эмиссионные томографы и томографы на эффекте ядерно-магнитного резонанса позволили непосредственно видеть функционирование мозга на экране монитора. Собственно, томограф показывает, как распределяется и усиливается поток крови в разных частях мозга при работе его над различными задачами. Усиленная работа того или иного участка требует увеличенного поступления кислорода, и для этого растёт объём местного потока крови. Обычно увеличение составляет 5—10% от нормы. Бывает, что связанный с таким увеличением кровотока рост потребления энерги и мозгом ограничивается всего одним процентом по сравнению с потреблением в покое. Так что на возникающий иногда вопрос: «Нуждается ли в усиленном питании ученик, решающий сложные математические задачи?» следует ответить: «Ну разве что лишнюю шоколадку можно выдать страдальцу».

Выходит, большую часть потребляемой энерги и мозг тратит неизвестно на что. Может быть, он постоянно обрабатывает какую-то поступающую извне информацию, которая не осознаётся человеком? Или энерги я идет на какие-то внутренние процессы, не зависящие от окружающего мира? Похоже, второй вариант ближе к истине. Так, в 1994 году американские физиологи показали, что лишь 10% связей между нейрон ами в зрительной коре обезьян (где, по идее, обрабатывается информация от глаз) задействованы для восприятия зрительных стимулов. Чем заняты остальные 90% — неизвестно. Причём у макак активность коры мозга остаётся даже под общей анестезией. А недавно бельгийские исследователи с помощью позитронно-эмиссионного томографа обнаружили, что активность зрительной коры у слепых от рождения не ниже, чем у зрячих.

По одной из гипотез , мозг постоянно находится в динамическом равновесии, балансируя между возбуждением и торможением. Вот на это и уходит львиная доля потребляемой энерги и — на поддержание системы в рабочем состоянии, в постоянной готовности. По другой гипотез е, мозг всё время занят прогно зированием ближайшего будущего с учётом прошлого опыта, для чего перерабатывает большие массивы информации. Особенно интригует исследователей тот факт, что эта загадочная активность мозга неравномерна, в ней есть приливы и отливы, хотя внешне в поведении отдыхающего человека или животного ничего не меняется.

Итак, мы ещё не знаем, чем занят мозг, когда он вроде бы ничем не занят.

сайт - Человек привык пользоваться «услугами» своего мозга , не обращая внимания на сложность этого «объекта», до его первых сбоев.

Итак, мозг. Его рецепт предельно прост: это 78% воды, 15% жира, а остальное - белки, гидрат калия и соль. Однако в нашей Вселенной нет ничего более сложного из того, что мы знаем и что сопоставимо с мозгом вообще.

Мозг составляет всего 2% тела, но потребляет 17% энергии тела и 20% кислорода. Половина наших генов описывает комплексную структуру мозга, в то время, как вторая половина описывает организацию остальных 95% тела.

Количество энергии, которую потребляет мозг - всего 10 Ватт. Лучшие из умов во время активной мыслительной деятельности потребляют, к примеру, 30 Ватт, в то время как суперкомпьютеру нужны мегаватты. Суперкомпьютеры потребляют энергию, сравнимую с электрификацией небольшого города. За один день мозг человека генерирует больше электрических импульсов, чем все телефонные системы мира.

В 2014 году все компьютеры мира сравнялись по производительности с одним человеческим мозгом. А в 2015 году четвертый по мощности суперкомпьютер в мире в течение 40 минут сымитировал только одну секунду активности мозга человека.

Два полушария мозга функционируют одновременно. Левое полушарие отвечает за аналитические и математические способности, правая - за мыслительные, творческие, визуальные. Правое обеспечивает работу левой половины тела, левое - правой.

Память мозга может вместить число байт, выражающееся числом с 8432 нулями. По приблизительным оценкам ученых, это около 1000 терабайт. Для сравнения: Национальный британский архив, в котором хранится история последних девяти веков, занимает всего 70 терабайт.

В нашем мозгу 100.000 километров кровеносных сосудов. Мозг также состоит из 100 миллиардов нейронов - столько звезд в нашей галактике. Он включает в себя более 100 триллионов нейронных связей (синапсов).

Новые нейронные связи в мозгу формируются каждый раз, когда происходит процесс запоминания. То есть, когда человек познает что-то новое, структура мозга меняется.

Размер и масса мозга не влияют на интеллектуальные способности человека. Например, мозг Эйнштейна весил 1 кг 230 гр, что меньше, чем средний вес мозга человека - 1 кг 400 гр.

Мужской мозг на 10 процентов больше женского, однако, в женском головном мозге находятся больше нервных клеток и связей, что обеспечивает его большую эффективность и скорость. В среднем, женщины перерабатывают информацию более эмоционально, задействуя правое полушарие, а мужчины - левую «логическую» часть мозга.

При пробуждении мозг создает электрическое поле в 23 ватта, что является достаточным, чтобы зажечь лампочку.

Ночью мозг не прекращает свою работу во время сна, наоборот он с большей активностью обрабатывает всю поступившую за день информацию. Ученым пока не понятно, что происходит с ним во время сна. Согласно одной теории, во сне информация обрабатывается, согласно другой - обнуляется.

Еще один интересный факт — мозг не чувствует боли, так как в нем отсутствуют болевые рецепторы. Когда «болит голова» — боль ощущает не сам мозг, а прилегающие к нему ткани.

Развитие мозга не останавливается с возрастом. Однако для поддержания его трудоспособности необходимо постоянно его тренировать интеллектуальными нагрузками.

Все наши органы сжигают калории, когда они выполняют свои функции, правильно? Значит, так как мозг — это орган, мышление сжигает калории, а усиленное мышление сжигает больше калорий?

Вспомните, в мультфильмах, когда герой думает, большое количество пара выходит у него из ушей? Хорошо, немного преувеличенно, но серьезная встряска там действительно происходит, когда мы делаем умственное усилие. Мозг сжигает много калорий в состоянии покоя, и по внешним признакам мы можем с легкостью заключить, что концентрация способствует использованию энергии для потенциальных действий. Действительность, однако, более сложна, и, на мой взгляд, намного более интересна.

Наш мозг составляет только 2 процента всей нашей массы тела, но потребляет примерно 20 процентов всего нашего потребления калорий. Процент еще выше у детей, мозг которых все еще развивается. Мозг среднестатическо го новорожденного использует около 75 процентов доступной энергии, 11-летнего – одну треть, а взрослого человека, если перевести в единицы энергии, — около 20 ватт.

Около 60 — 80 процентов энергии мозга используется для «нейронной передачи сигналов» - думаю, так это называют обычные обыватели, посвящающие свою жизнь ремонту и пополнению припасов. Так же как и любая физическая материя, мозг «сжигает» глюкозу, которая взаимодействует с кислородом для выработки «топлива». Глюкозу и кислород несет кровь, таким образом, во время напряженной умственной деятельности мы можем почувствовать повышение мозгового кровотока и увеличение использования глюкозы и кислорода, и как следствие, большее потребление энергии.

И вот, что обнаружили ученые в процессе своих исследований:

В 1878 году итальянский ученый, работающий с пациентом с повреждением черепа, обнаружил, что мозг пульсировал быстрее, когда подопытный решал арифметические задачи.

В исследовании 1995 года, потребление глюкозы и мозговой кровоток волонтеров, проходивших тест сортировки карточек, увеличились на 12 процентов.

Исследование 1987 года, которое требовало от волонтеров думать о дневной прогулке, увеличило их метаболизм мозга на 10 процентов.

Исследование 1992 года игроков в тетрис показало, что, если они играли в игру 5 дней в неделю в течении месяца или двух, потребление мозгом глюкозы значительно увеличивалось, предполагалось, что их мышление становилось более эффективным с практикой.

Однако, при детальном рассмотрении не все просто. Например, вернемся к тесту сортировки карточек, в то время как мозговой кровоток и потребление глюкозы повысились, использование кислорода — нет, это значит, что не было никакого увеличения сгорания - мозг не «сжег» заметно большего количества «топлива». Именно это и пытаются выяснить нейробиологи до сих пор. Мозговой кровоток не увеличивается настолько быстро, чтобы обеспечить мгновенное увеличение потребления энергии; исследователи теперь предполагают, что скорость течения крови увеличивается, чтобы охладить мозг или унести ненужные продукты. Распад глюкозы усиливается, но без сгорания (окисления) энергетический скачок невелик, возможно, менее 1-го процента.

Тем не менее, факт остается фактом: мозг потребляет непропорциональн о большую долю энергии, большая часть которой тратится на мышление. При этом некоторые ученые, изучающие мозг, говорят, что мы должны придерживаться иного мнения о том, что там происходит. Ранее считалось, что мозг чрезвычайно пассивно реагирует на внешние стимулы. Теперь, когда мы понимаем, что внешние события не влияют настолько сильно на изменение в потреблении мозгом энергии, вырисовывается другая картина: большая часть нашей умственной деятельности происходит строго в наших головах.

«Ну и что», — скажете вы. Секунду. Невропатолог Маркус Рэйчл, пишущий для журнала «Science», называет мозг «механизмом логического вывода Байеса, разработанным, чтобы делать предсказания о будущем». Другими словами, мозг сам создает воспоминания, заключения и желания, из которых и состоит наша личность. Вся эта энергия идет на то, чтобы накормить команду «курящих трубу карликов» между нашими ушами, которые принимают все наши чувства, обдумывают их и организуют наши дальнейшие действия.

И эти карлики работают достаточно эффективно. В человеческом мозге содержится приблизительно 86 миллиардов нейронов, занимающих объем соизмеримый с грейпфрутом (у горилл и орангутангов, самых близких к нам по размеру мозга приматов, их около 33 миллиардов). Самый мощный электронный мозг в мире в настоящее время — суперкомпьютер Titan, расположенный в Окриджской национальной лаборатории в Теннесси, который может выполнить 17.6 квадрильонов операций с плавающей запятой в секунду или 17.6 петафлоп. Принимая во внимание, что ум и компьютеры не совсем сопоставимы, считается, что вычислительная мощность человеческого мозга составляет 1 эксафлоп (в 57 раз больше компьютерной).

Конечно, с точки зрения чисто вычислительной мощности машины несомненно превзойдут людей, некоторые полагают, что в течение десятилетия. Но давайте отнесем это к будущему. Помните, взрослый мозг использует приблизительно 20 ватт, это значит, что его производительнос ть — приблизительно 50 петафлоп на ватт. Производительнос ть обычного суперкомпьютера — 2.5 гигафлоп на ватт. Это 1/20 миллионных эффективности мозга. Другими словами, суперкомпьютер Titan – 8.2. мега ваттный монстр жидкостного охлаждения, размером с большой пригородный дом. Более мощная человеческая модель работает на хлопьях Cheerios может поместиться в шляпу.

Этот пост для тех, кто впадает в тоску и уныние при мысли о спортзале или пробежке, больше всего любит сидеть за компом, и хочет при этом сбросить несколько килограмм. Конечно, ничего не приходит просто так, и для того чтобы худеть, не вставая с любимого компьютерного стула, придется что-то делать, а именно - думать.

Ученые из канадского университета проводили эксперименты на студентах, измеряя количество калорий, которые потребляет мозг. Три группы студентов получили разные задания, которыми надо было заниматься на протяжении 1,5 часов. Одна группа ничего не делала, вторая - заучивала тексты с бумажных носителей, третья - работала за компьютером. В результате группа, заучивающая тексты из книг потратила на 200 ккал больше, чем студенты-бездельники, а те, кто работал за компьютером, сожгли на целых 250 ккал больше.

Ученые выяснили, что больше всего калорий мозг потребляет во время концентрации внимания. Во время предельной концентрации в течение 20 минут мозг способен «съесть» такое количество энергии, которое не потратил бы и за весь день, проведенный без умственной деятельности. Поэтому бывает достаточно трудно сосредоточиться на чем-либо более 20-25 минут - тело просто вынуждено сохранить запасы энергии.

Сколько калорий можно сжечь, активно думая?

При отсутствии умственных нагрузок, мозг сжигает до 400-500 ккал в день, а во время активной деятельности его затраты возрастают в два раза. Принято считать, что когда человек напрягает мозг, он затрачивает 1,5 ккал в минуту, то есть, 90 ккал в час, а если при этом деятельность непривычная, его затраты возрастают ещё больше.

Ещё одна особенность - эмоциональные переживания увеличивают энергозатраты на 10-20%, а интеллектуальная деятельность, сопровождаемая эмоциями, на 30-40%. Ученые из НИИ физиологии им. П.К. Анохина провели ещё один эксперимент, в процессе которого измерялись энергозатраты студентов во время экзаменов. Оказалось, что за три дня до экзаменов на интеллектуальную деятельность студента уходило 750 ккал, а во время экзамена - 1000-1100 ккал.

Итак, учитывая всё вышесказанное, любителям сидячего образа жизни можно посоветовать следующее:

Больше думать

Просмотр пабликов в соцсетях, веселая переписка с друзьями или игрушки (кроме тех жанров, где надо включать мозг) не потратят лишних калорий. Чтобы худеть за компом, надо выполнять какую-то интеллектуальную деятельность, например, читать сложные для восприятия, интересные статьи и книги, решать какие-то задачи, разгадывать кроссворды. При этом желательно не отвлекаться, дольше сохранять концентрацию на предмете.

Чем дольше вы концентрируетесь, тем больше калорий сжигаете.

Убрать еду подальше от компа

Во время умственной деятельности в организме резко падает уровень глюкозы, вещества, которым питаются клетки мозга. Для восполнения потерь после мыслительной деятельности человеку очень хочется есть. При этом вовсе не значит, что организм действительно нуждается в дополнительных калориях, просто ему нужна глюкоза.

Ученые считают, что чашки сладкого чая будет достаточно, чтобы восполнить потери и дать мозгу необходимую подпитку, так что после своих интеллектуальных упражнений не торопитесь есть шоколадки или варить пельмени - сладкий чай, и чувство голода отпустит .

Эмоциональные переживания

Конечно, вы не сможете устраивать себе напряженные экзамены каждый день, однако что-то сделать всё-таки можно. Например, решать логические задачки на время или играть с кем-то в шахматы. Так к интеллектуальной деятельности прибавляется элемент азарта. Больше азарта, больше эмоций, больше сожженных калорий .

Что-нибудь новое

Больше энергии потребляет тот участок мозга, который находится в работе, поэтому потребление энергии можно увеличить, попеременно включая разные отделы мозга, то есть, решая многосоставные тесты или играя в игры-головоломки.

Кроме того, мозг потребляет больше энергии, решая нестандартные задачи . Если вы гуманитарий, попробуйте порешать логические задачи, вспомните школьный курс геометрии или алгебры. В общем, занимайтесь новыми видами интеллектуальной деятельности - это не только увеличивает энергозатраты, но и помогает развивать мозг .

Ну и напоследок, нельзя не упомянуть, что простая ходьба сжигает 4 ккал в минуту, так что если устали думать, сходите погуляйте.