인간의 뇌는 신체의 나머지 부분에 비해 작은 크기에도 불구하고 많은 에너지를 소비하며 신체 자원의 약 20%를 소비한다. 이 에너지는 사고, 기억, 신체 조절과 같은 뇌의 복잡한 기능을 유지하는 데 필수적이다. 신경에너지학은 뇌가 이 에너지를 어떻게 관리하는지 이해하는 것을 목표로 하는 전문 연구 분야이다.
신경에너지학의 세 가지 기둥
신경에너지학은 뇌 기능과 에너지 수요를 연결한다. 뇌가 어떻게 에너지를 생산하고, 분배하고, 사용하는지에 대한 연구이다. 신경에너지학은 특정 활동과 기능의 우선순위를 정하여 재정적 예산을 관리하는 방법과 유사하게 뇌의 예산 시스템을 연구하는 것으로 생각할 수 있다. 이 접근법은 뇌가 제한된 에너지를 최대한의 이익을 위해 어떻게 사용하는지 이해하는 데 도움이 된다.
그리고 재정 예산 책정과 마찬가지로 때때로 이러한 에너지 할당이 잘못되어 다양한 신경학적 또는 정신 건강 장애를 유발할 수 있는 적자나 비효율성을 초래할 수 있다. 신경에너지학은 뇌 에너지 자원의 효율적인 관리와 잠재적인 잘못된 관리를 모두 이해하는 것을 목표로 한다. 특히 연구자들은 다음을 조사한다.
1. 에너지 생산
여기에는 뇌 세포 또는 뉴런이 에너지를 생산하는 방법이 포함된다. 뉴런은 지속적인 에너지 공급이 필요한 매우 활동적인 세포이다. 이 에너지는 주로 다른 신체 세포에서 일어나는 과정과 유사한 산화적 인산화를 통해 생성된다. 이 과정은 포도당과 산소가 주요 에너지 분자인 ATP(아데노신 삼인산)를 생성하는 데 사용된다.
2. 에너지 분배
뇌는 에너지를 분배하는 독특한 방법을 가지고 있다. 신체의 다른 세포와 달리 뉴런은 긴 연장부(축색돌기와 수상돌기)를 갖고 있으며, 이러한 먼 부분까지 효율적으로 에너지를 전달해야 한다. 에너지가 뉴런에서 어떻게 전달되고 분포되는지 이해하는 것은 신경에너지학의 핵심 측면이다.
3. 에너지 사용
뉴런은 신호 전송, 세포막 전체의 이온 균형 유지, 신경 전달 물질 및 기타 분자 합성과 같은 다양한 기능을 위해 에너지를 사용한다. 신경에너지학은 이러한 중요한 작업에 에너지가 어떻게 활용되는지 조사한다.
신경에너지학 연구자들은 뇌 에너지 대사의 변화가 건강에 어떤 영향을 미칠 수 있는지도 조사한다. 예를 들어, 알츠하이머병과 같은 질환에서는 포도당을 사용하는 뇌의 능력이 손상되어 기능에 영향을 미친다.
뇌에 대한 궁극적인 이해
신경에너지학은 뇌 활동이 전기화학적 과정으로 분해될 때 가장 깊은 이해가 이루어진다는 생각에 기반을 두고 있다. 생물물리학자 로버트 슐먼(Robert Shulman)은 다음과 같이 설명한다 . "우리는 뇌 활동이 현상의 측정 가능한 화학적 용어로 설명할 수 있는 활동 전위와 에너지 소비의 다양한 구성 요소로 표현될 때 뇌 활동을 이해하는 데 있어 궁극적인 단계에 도달했습니다."
특히 신경에너지학은 연구 질문을 유도하는 주요 가정을 기반으로 한다.
물리과학의 법칙은 뇌 기능을 포함한 생물학적 현상에 적용될 수 있다.
뇌의 기능은 본질적으로 에너지 소비 및 신진대사와 연관되어 있다.
뇌 활동을 이해하려면 이를 기본적인 전기적, 화학적, 구조적 과정으로 분석해야 한다.
이러한 가정은 다음과 같은 질문의 기초가 된다.
뇌는 어떻게 에너지를 생성하고 분배하는가?
특히 포도당과 산소를 대사하는 방법은 무엇인가?
다양한 뇌 상태는 에너지 소비와 어떤 관련이 있나?
에너지 대사의 변화는 특히 신경 질환에서 뇌 건강과 기능에 어떤 영향을 미치나?
의식이나 기억과 같은 심리학적 용어로 전통적으로 설명되는 뇌 활동의 전기화학적 기반은 무엇인가?
예를 들어, 신경에너지학은 의식을 관찰 가능한 뇌 에너지 수준과 연결하여 의식에 접근한다. 이는 의식 상태를 유지하려면 높은 전체 뇌 에너지 수준이 필요하며 마취, 수면 또는 혼수 상태와 같은 에너지 수준의 변화가 의식 상태의 변화와 관련이 있음을 시사한다 . 이 접근법은 추상적인 개념보다는 뇌의 전기화학적 과정에 초점을 맞춰 의식 연구를 위한 보다 구체적이고 측정 가능한 기초를 제공한다.
또 다른 유망한 연구 분야는 알코올 소비가 뇌 에너지 대사에 미치는 영향이다. 과학자들은 뇌 활동과 포도당 소비 측정을 결합하는 새로운 방법을 사용하여 과음이 뇌를 덜 효율적인 에너지 상태로 전환한다는 사실을 발견했다.
마지막으로 신경에너지학은 뇌 에너지가 정신 건강 문제와 어떻게 관련되는지 연구한다. 하버드 정신과 의사 크리스 팔머(Chris Palmer) 박사는 자신의 저서 Brain Energy 에서 이 문제를 논의 하면서 뇌가 에너지를 사용하는 방식에 대한 문제가 불안, 우울증, ADHD, 알코올 중독, 섭식 장애, 양극성 장애, 자폐증 및 정신 분열증을 포함한 많은 장애와 연관될 수 있다고 주장한다.
신경에너지학은 유망한 연구 분야이다. 뇌가 에너지를 사용하는 방식에 초점을 맞춤으로써 뇌의 작용에 대한 더 깊은 통찰력을 제공하고 정신 건강 장애 및 기타 뇌 관련 질환을 치료할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다.
출처 Ness Labs: Neuroenergetics: The Brain’s Energy Budgeting System
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