Помогает ли умственная деятельность сжигать калории?

Фридайверы с первых занятий знают, что мозг – основной потребитель кислорода и в дальнейшем учатся “выключать” мысли. Но можно ли, делая сложную умственную работу, сжигать больше калорий? Или, например, заменить гири головоломками? Кирилл Попов перевел на эту тему статью с сайта scientificamerican.com.

Умственное утомление – явление, хорошо известное каждому. Практически любой выпускник школы хорошо помнит ощущение полнейшего измождения после экзаменов, а взрослым знакомо опустошение после напряженного собеседования или сдачи проекта. Состояние «выжатого лимона» достигается не за счёт напряженной физической активности.

Временное умственное переутомление, в отличие от хронической усталости, не связано с недосыпом или медицинскими расстройствами. Интуитивно очевидно, что сложные мыслительные процессы и глубокая концентрация требуют больше энергии, чем работа мозга в обычном режиме. Также как энергичные упражнения утомляют наше тело, интеллектуальные нагрузки должны истощать наш мозг.

Для своих размеров (в среднем около 1,4 кг) мозг поглощает гигантское количество энергии вне зависимости от того, решаем мы дифференциальное уравнение или листаем страницы соцсетей.

Последние научные данные, однако, указывают на то, что такое представление об умственной усталости является слишком упрощённым. Несмотря на то, что интеллектуальная деятельность вызывает дополнительный приток крови, кислорода и глюкозы, любые временные увеличения потребления энергии ничтожны по сравнению с тем, сколько нужно мозгу просто для поддержания базовой деятельности.

Это значит, что, в большинстве случаев, короткие периоды дополнительных умственных усилий требуют лишь немногим больше калорий, чем обычно. Правда, большинство лабораторных экспериментов, посвященных этой теме, были достаточно гуманны и не подвергали добровольцев перегрузкам наподобие многочасовой сдачи экзаменов.

Тем не менее, что-то должно объяснить ощущение психического истощения, даже если его физиология отличается от физической усталости. В принципе, даже простой веры в то, что наш мозг приложил много усилий, может быть достаточно, чтобы заставить почувствовать себя вялым.

Хотя средний мозг взрослого человека весит около 1.4 кг (лишь 2% от общего веса тела), он отъедает примерно 20% от нашего базового уровня обмена веществ (англ. RMR – resting metabolic rate) – общего объема энергии, которую наши тела тратят за день полнейшего безделья. RMR варьируется от человека к человеку в зависимости от возраста, пола, размера и состояния здоровья.

Калькулятор калорий Зожника (под лого) выдает как раз 2 цифры: ваш базовый уровень RMR и вашу обычную норму калорий, связанную с вашей активностью.

То есть из этих 1654 ккал – которые тело тратит просто на поддержание своей базовой жизнедеятельности, мозг забирает 20% или 330 ккал / сутки, это соответствует примерной мощности мозга в 16 Вт.

То есть мозг потребляет энергии, как вот такая энергосберегающая лампочка:

Если сравнить мозг с другими органами, он окажется очень прожорливым, но, тем не менее, он работает гораздо эффективнее всякой электроники, созданной человеческими руками.

Например, работа IBM Watson, суперкомпьютера, победившего чемпионов американского аналога телевикторины “Своя игра”, основана на взаимодействии 90 серверов IBM Power 750, каждый из которых требует около 1000 ватт.

Да и вообще, заканчивая эту тему, при текущем быстром росте производительности компьютеров, домашний ПК достигнет производительности 1 человеческого мозга примерно в 2030-м году:

Энергия поступает в мозг через кровеносные сосуды в виде глюкозы, которая проходит через гематоэнцефалический барьер и используется для производства аденозинтрифосфата (АТФ), основной энергетической валюты в клетках.

Эксперименты с участием животных и людей подтверждают, что при возбуждении нейронов в определенной области мозга, местные капилляры расширяются, чтобы доставить больше крови, а вместе с ней дополнительные глюкозу и кислород. Именно это делает возможными нейровизуализационные исследования: функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ) зависит от уникальных магнитных свойств крови и активности нейронов.

Исследования также подтвердили, что после того, как расширенные кровеносные сосуды обеспечивают приток глюкозы, клетки головного мозга начинают её активно всасывать.

Следуя этой логике дальше, некоторые ученые предложили следующее: если возбуждение нейронов требует дополнительной глюкозы, то особенно сложные психические задачи должны снизить уровень глюкозы в крови, а поедание сладкого должно улучшить производительность при решении таких задач.

Хотя некоторые исследования подтверждают эти прогнозы, доказательств в целом недостаточно и большинство изменений уровня глюкозы колеблется в очень небольших пределах. Например, в одном из исследований в Нортумбрийском университете добровольцы, выполнившие ряд устных и вычислительных задач, показали большее снижение уровня глюкозы в крови, чем те, кто просто нажал несколько раз на клавишу. В том же исследовании употребление сладкого напитка улучшило производительность на одной из задач, но этот эффект не распространялся на другие задачи.

В Ливерпульском Университете им. Джона Мурса добровольцев заставили выполнять две версии теста Струпа, в ходе которого они должны были определить цвет чернил, которым было напечатано слово, а не читать его.

В простой версии слово “синий” и синий цвет совпадали, а в усложнённом варианте слово “синий” было напечатано красным или зелёным цветом.

Различия в уровне глюкозы были больше у тех, кто выполнял усложнённый вариант, что было интерпретировано исследователями как прямое следствие бОльших мысленных усилий.

Некоторые исследования показали, что когда люди не очень хорошо справляются с поставленной задачей, им приходится сильнее шевелить мозгами и использовать больше глюкозы, тогда как по мере накопления опыта мозг начинает работать более эффективно и требует меньше глюкозы.

Ну и наконец, есть по крайней мере одно исследование, результаты которого говорят против того, что выполнение сложных умственных задач требует бОльшего количества энергии (то есть, калорий).

Местами противоречивые результаты исследований потребления мозгом глюкозы подчёркивают, что потребление мозгом энергии – это не просто вопрос большего количества умственных усилий, требующих больше доступной энергии.

Клод Мессер из Оттавского университета провёл обзор многих таких исследований. Он по-прежнему не убежден в том, что какие-либо когнитивные задачи в значительной степени влияют на уровень глюкозы в крови или в мозгу.

«В теории, да, более сложная психическая задача требует больше энергии, потому что повышена нервная активность, – говорит он, – но когда люди решают в голове задачку, вы не увидите значительной прибавки потребления глюкозы. Базовый уровень потребления энергии мозгом, даже в медленную фазу сна при минимальной активности, очень и очень высок». Большинство органов не требуют такого количества энергии для базового метаболизма, но мозг должен активно поддерживать соответствующие концентрации заряженных частиц по обе стороны от мембран миллиардов нейронов даже когда клетки не возбуждены. Из-за этого энергозатратного и непрерывного техобслуживания мозг, как правило, и располагает некоторым запасом энергии, который можно потратить на небольшую дополнительную работу.

Авторы других обзоров пришли к аналогичным выводам. Роберт Курцбан из Университета Пенсильвании указывает на исследования, демонстрирующие улучшение способности людей сосредоточиться после умеренных физических нагрузок.

В одном из них дети, которые ходили 20 минут по беговой дорожке выполняли тест академической успеваемости лучше, чем те, кто сидел и тихонько читал до экзамена. Если способности мозга к работе были бы просто вопросом доступности глюкозы, то дети, которые бегали и сожгли больше энергии, должны были показать худшие результаты, чем те, кто читал.

Влияние трудности задачи на количество потребляемой энергии “представляется неочевидным и возможно зависит от необходимых усилий и имеющихся ресурсов, которые могут быть связаны с такими индивидуальными переменными, как возраст, личность и регуляция сахарного метаболизма”, – написал Ли Гибсон из университета Рохемптона в обзоре, посвященном связи углеводов и психических функций.

И Гибсон и Мессер заключили, что, если кто-то имеет проблемы регулирования глюкозы или постится долгое время, сладкий напиток или еда могут улучшить их последующие результаты при выполнении определенных заданий на память. Но, в случае большинства людей, тело легко предоставляет мозгу ту небольшую добавку глюкозы, которая ему необходима для дополнительной работы.

Если сложные познавательные задачи потребляют лишь немного больше топлива, чем обычно, что же тогда объясняет чувство умственного истощения после экзамена или аналогичного изнурительного психического марафона?

Один из ответов заключается в том, что поддержание внимания в фокусе или напряженная умственная работа в течение нескольких часов действительно сжигает достаточно энергии, чтобы оставить чувство изнурения, но исследователи не подтвердили это потому, что они просто не были достаточно жестоки по отношению к добровольцам. В большинстве экспериментов участники выполняют одну задачу средней сложности и редко дольше, чем час или два. “Может быть, если мы придумаем тест пожёстче и заставим людей делать то, что они не очень хорошо умеют, мы увидим более четкие результаты”, – предполагает Мессер.

Однако помимо продолжительности психических нагрузок также важно отношение к ним. Просмотр захватывающего кино со запутанным сюжетом заставляет мозг работать добрых 2 часа, но люди обычно не выползают из кинотеатров еле живыми и с жалобами на психическую усталость.

Некоторые люди регулярно проводят приятные вечера в компании сложных книг, которые другие от отчаяния могут швырнуть в стенку. Решение сложных кроссвордов или судоку в воскресенье утром тоже обычно не ведёт к потере концентрации на весь оставшийся день; некоторые даже утверждают, что это обостряет их ум. Всё это говорит о том, что люди регулярно занимаются активной умственной деятельностью без особых при этом страданий.

Появление усталости гораздо вероятней в случае устойчивых умственных усилий, которых хочется избежать, – обязательного экзамена или собеседования, – и при этом ожидается что это испытание нас измотает. Если мы считаем, что экзамен или головоломка будет трудной, истощение может наступить раньше.

Исследования показали, что нечто похожее происходит, когда люди тренируются и занимаются спортом: большая часть физической усталости находится в наших головах. В соответствующих исследованиях добровольцы, которые катались на велосипеде после 90-минутного компьютерного теста, требующего постоянного внимания, изматывались раньше, чем участники, которые до этого смотрели эмоционально нейтральные документальные фильмы.

Даже если выполнение теста не потребляет значительно больше энергии, чем просмотр фильмов, добровольцы сообщили, что чувствуют себя всё равно более уставшими. Это чувство было достаточно мощным, чтобы ограничить их физическую работоспособность.

В конкретном случае экзаменов или собеседования есть кое-что ещё, что способствует ступору после прохождения: стресс. В конце концов, мозг не работает в вакууме. Другие органы тоже сжигают энергию. Сдача экзамена, который частично определяет, где ты проведёшь следующие несколько лет, достаточно волнительна, чтобы выпустить в кровь гормоны стресса, вызвать потоотделение, увеличить частоту сердцебиения и заставить ёрзать или сидеть зажатым (а значит – с напряженными мышцами) в неудобной позе. Экзамены и аналогичные испытания являются не только психически, но и физически изнурительными.

Небольшое, но показательное исследование показывает, что даже небольшое умственное напряжение изменяет наши эмоциональное состояние и поведение, даже если оно не сильно влияет на метаболизм мозга. В ходе эксперимента участники либо ничего не делали, либо читали, либо выполняли серию головоломных компьютерных тестов на память и внимание, а потом все отправлялись на обед. Учёные подсчитали количество съеденного и увидели, что после тестов люди съедали примерно на 200 ккал больше, чем после отдыха.

Уровень глюкозы в крови также колебался в первом случае больше, но без очевидных зависимостей. Ну и уровень гормона стресса кортизола был значительно выше у тех, чьи мозги были заняты, также как и их сердечный ритм, кровяное давление и самоощущение тревожности. По всей вероятности эти студенты ели больше не потому, что их изможденные мозги отчаянно нуждались в топливе, а просто заедали стресс.

Сходным образом Мессер объясняет повседневную умственную утомляемость. “Суть моей гипотезы заключается в том, что мозг это ленивый бездельник”, – говорит он. “Ему сложно сосредоточиться на чём-либо одном в течение продолжительного времени и не отвлекаться. Вполне возможно, что постоянное внимание создает некоторые изменения в мозге, которые способствуют выходу из этого состояния. Можно сравнить это с таймером, который говорит: “Отлично, а теперь закончим.” Может быть, мозг просто не любит работать так тяжело и так долго”.

Источник: scientificamerican.com

Перевод: Кирилл Попов