来自爱丁堡大学

杨净 发自 凹非寺

非常AI | 公众号 QbitA

有没有想过，大脑其实跟手机、电脑一样，也有节能模式。

科学家最新发现，小鼠在长期节食的情况下，它的大脑就会进入这种模式，从而导致视觉感知的精度会变低。

换言之，在这种状态下，小鼠看整个世界都是低分辨率的。

来康康这是一项什么样的研究。

大脑如何节能

尽管大脑只占到身体质量不到2%，但却消耗了大约20%的人体总热量摄入，其中皮层网络就占据了50%能量消耗。

但正如手机和电脑没电会切换到低功耗模式，以保持基本任务流程正常运行。

作为类比，人类的大脑是否也会有它的节能策略？

以此为背景，来自爱丁堡大学的神经科学家们，就开始从小鼠的视觉系统入手。

首先，设置环境。研究人员连续三周限制老鼠的食物量，让他们的体重降低15%-20%。

他们还特别注明：并没有挨饿。

接着， 评估神经元的活动以及ATP的消耗。

我们的脑细胞，主要依赖于葡萄糖的稳定输送，将他们转化成三磷酸腺苷（ATP），促进其信息处理。

研究人员检测了小鼠的初级视觉皮层系统V1的信息编码和能量消耗。

具体方法上，他们设计了一个有着两个“出口”的水下室， 每个出口标有不同角度的黑白条图案。

其中垂直（90度） 图像是真出口，老鼠可以通过这个口离开水面。

几番训练之后，老鼠学会了将出口与垂直角度的图案相关联。

到真正试验阶段，研究人员采用全细胞膜片钳和双光子成像来记录和评估。

结果发现，当正确图像与错误图像之间差异很大时，小鼠很容易找到平台。

但当图片角度与正确的之间小于10度的时候，节食的小鼠便无法再像吃饱的小鼠那样准确的区分他们了。

到神经活动上， 研究人员测量了神经元内部电压尖峰的数量，即神经元用来交流的电信号。

结果显示节食小鼠与对照组的尖峰率相似，但突触处ATP的使用量大幅减少，比例高达29%。

此外他们还发现了神经元的两个变化，一则是神经元增加了输入电阻，这就降低了突触处电流；二则静息膜电位的去极化，从而保留了神经元的兴奋性。

而在小鼠恢复到正常饮食，体重也回到原来水平之后，它的视觉感知能力也恢复如初。

研究人员认为，神经元编码精度的降低与食物限制下，脂肪量调节激素——瘦素水平的降低有关

此前也有类似研究

事实上，早在2016年就有过相关的研究：短期饥饿会改变神经元处理信息的方式。

当时，来自密歇根大学的神经科学家发现，当饥饿的小鼠在看到食物相关照片时，神经元会变得很活跃。

但只要他们吃饱饭，这种神经元活动就会减少。

在人类成像的研究中，也得到了同样的结果。

而在更早之前，有研究者还意识到，在饥饿几小时后，大脑会选择性地节能。

哪个过程最耗能，就关闭哪个。

2013年，法国科学家在苍蝇大脑中发现，他们会关闭形成长期记忆的大脑通路。

如果强制激活这个通路，饥饿的苍蝇会死得更快。

不过在更先进的大脑中是否也有类似的行为，目前尚不得知。

至于这次这篇论文，则是首次研究了长期节食后，大脑如何适应来节省能量。

感兴趣的旁友，可戳下方论文了解更多～

论文链接：
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(21)00839-4

参考链接：
https://www.quantamagazine.org/the-brain-has-a-low-power-mode-that-blunts-our-senses-20220614/