和身體其他部分一樣，我們的大腦需要能量來運作。這篇文章解釋了為什麼大腦需要如此多的能量，它如何使用能量，以及這些需求如何影響我們的進化。
從健身飲食的角度來看，保證基本飲食（尤其是碳水化合物的攝入）非常重要。當前大腦對減肥的影響尚不明確（大腦和身體競爭能源），但從我們的生活實際來看，能量匱乏時，身體和大腦都會處於遲鈍狀態。
大腦需要多少能量？
對於處於靜息狀態的普通成年人來說，大腦消耗了身體20%的能量。大腦的主要功能——通過電信號處理和傳輸信息——在能量使用方面非常非常昂貴。
具體的能量消耗會隨大腦區域的不同而變化，雖然不知道確切的百分比，不過科學家們已經大致確定了能量的去向。在老鼠的大腦皮層，大約四分之一的大腦能量用於維持神經元和神經膠質細胞本身。所有細胞都要經歷這個過程才能保持活力。剩下的四分之三被用來發送和處理大腦回路中的電信號。這些數字在人類身上似乎非常相似。
這些能量的大部分被消耗在突觸上——大腦細胞之間的微小間隙，在那裡信號被髮送和接收。與此同時，細胞穩定地將離子泵入細胞間的縫隙中，交換鉀和鈉來產生電荷。這種泵送作用是大腦回路運作的基礎，用時它們也是能量密集型的。
大腦的某些部位或區域比其他部位需要更多的能量嗎？
在大腦的兩種主要組織——灰質和白質之間——灰質比白質需要更多的能量。白質由一束束軸突組成，含有大量髓鞘，髓鞘是包裹軸突的脂肪物質，能使軸突絕緣，防止電流外洩。由於這種絕緣性，白質所消耗的能量是灰質的20-25%，灰質由樹突、細胞體和突觸部位組成。
某些功能比其他功能需要更多的能量。負責聽覺處理的大腦區域比嗅覺系統或負責記憶的大腦區域需要更多的能量。聽覺需要非常快速和精確的信號——以任何方式延遲危險的聲音都是沒有好處的。相對而言，嗅覺反應會緩慢很多，所以沒有同樣強烈的能量需求。
當我們努力思考或完成複雜的任務時，會使用更多的精力嗎？
大腦需要這種昂貴的能量消耗來運轉。大腦永遠不會關閉，即使晚上睡覺也是如此，大腦消耗的能量也和白天差不多。當你休息的時候，你的神經元在不斷地交流，更新著發生的事情。他們時刻警惕，這是夜間大腦大部分能量被消耗的地方。
如果一項特定的任務需要動用大腦的某個區域，該區域的能量需求確實會增加。如果你和另一個人說話，布羅卡（Broca，與言語相關）區域會變得更加活躍。如果你看到一種明亮的顏色，負責視覺的大腦區域至多增加8%左右的活躍度（比較平穩的活躍度）。
當我們走路時，腿上的肌肉所消耗的能量會比坐著時增加3到4倍。相比走路，大腦需要時時刻刻保持著相對穩定的能量消耗量，不管你是在做複雜的事情，比如解決一道難題，還是眯著眼睛發呆。與作為基準所需的大量能量消耗相比，這種增長是微不足道的（但長時間的思考可能會有很大改變，見下文）。
有一個在大眾間流傳很廣的故事：你只用了你大腦的10%，而一顆神奇的藥丸可以釋放剩下的90%。你的大部分神經元在很長一段時間內都是相對沉默的，等待著激活後迅速行動起來。它們這樣做是為了保持能量效率。如果你一次激活的神經元數量增加了兩倍，大腦對氧氣的需求就會急劇增加，這可能與你在短跑時腿部肌肉的消耗量一樣多。
大腦的能量需求是否影響了人類的進化？
大腦不能儲備能量，不像肌肉那樣可以儲存多餘的碳水化合物。大腦需要不斷地提供氧氣和能量才能正常運轉（大腦沒有儲能物質，幾乎都用糖來供能，只有在食物中糖分不足，如長期飢餓或者生酮飲食時候，大腦將以脂肪代謝產物酮體來供能。一個成年人大腦每天大概消耗120克的糖，這些糖大部分為負責產生神經電衝動的鈉鉀泵供能，所以需要持續穩定地將血糖轉運到大腦）。
如果大腦的血液供應被切斷或中斷（比如中風或頭部受傷），神經元就會迅速停止運轉。這看起來像是一個設計缺陷，但它是大腦工作不可或缺的。如果大腦中含有儲存備用能量的細胞，這些細胞將佔據神經元之間的空間。這將增加電信號傳輸的長度，並且需要更多的能量來完成。人類越強壯，越需要大塊肌肉為其儲存能量。
早期的有機體可能有神經系統，包括這些故障保險裝置。但在數百萬年的進化過程中，我們為了提高效率而犧牲了這種後備能力。但它也讓我們的大腦更容易受傷。
原文：brainfacts
圖片：bing&系統圖庫
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