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只有人腦能量消耗大? 研究:其他動物腦部相對消耗與人相似

2017/11/2 — 18:24

紅色結構為供應樹鼩目動物腦部血液及能量的血管/Boyer et al (2018)

紅色結構為供應樹鼩目動物腦部血液及能量的血管/Boyer et al (2018)

常會聽到人腦所用能量比其他動物多,科學家亦有類似假設。最新刊於《人類演化期刊》的報告分析動物腦部能量消耗量,發現不只是人腦消耗大量能量,其實其他動物亦然。

杜克大學人類演化學家 Doug Boyer 和學生 Arianna Harrington 想了解不同動物的腦內血液流動率能否反映相應腦部能量需求。葡萄糖 (glucose) 是供應腦部主要能量,透過血管傳送到腦結構。為了找出頸椎結構與葡萄糖消耗量關係,他們分析 7 種物種的能量消耗及頸椎結構數據,包括小鼠、大鼠、松鼠、兔、猴子和人類——這類數據主要來自之前的研究。

他們發現,頸椎橫突孔 (transverse foramen) [1] 的橫切面積越大,血液供應量越多。也就是說,葡萄糖消耗量也會因而增加。然後,他們再利用迴歸分析 (Multiple Regression) ,計算另外 15 種物種的腦部葡萄糖消耗量。他們發現人類比其他鼠類、猴子和猿猴在比例上會分配更多能量到腦部。另外,人腦休息時的新陳代謝率,所需的能量也比黑猩猩多 2 倍,比松鼠、小鼠以及兔的腦部用多 3–5 倍。

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圖一:圓孔位置為 Transverse Foramen /Wikipedia

圖一:圓孔位置為 Transverse Foramen /Wikipedia

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有趣的是,人類並非唯一一種耗用最多能量予腦部的動物。樹鼩目動物的腦部能量消耗比例,也與人類相若無幾。另外,環尾狐猴、體型最小猴子猴子侏狨,也會供應大量能量予腦部。研究人員認為此結果也非意料之外,因為不少動物的大腦與身體比例比人類高。

研究顯示腦部消耗高能量並非人類「獨有」,而且在生物演化史中來得比人類更早。另外,以往要知悉能量消耗,主要需點算神經元數量,但此研究就開拓了新方法,透過量度骨骼結構,以估計古生物腦部能量消耗量。然而,研究結果未能指出究竟腦部是先演化得需要大量能量支持,還是腦部本身有結構驅使身體演化出相關結構,增加能量需求。

註:
[1] 頸椎的圓孔結構,供血管通過 (見圖一)。 

來源:
Phys.org, Humans don't use as much brainpower as we like to think: Animals had energy-hungry brains long before we did, 31 October 2017

報告:
Boyer, D.M., Harrington, A.R. (2018). Scaling of bony canals for encephalic vessels in euarchontans: Implications for the role of the vertebral artery and brain metabolism, Journal of Human Evolution,114. DOI:10.1016/j.jhevol.2017.09.003 

文/Edward Ho、審核/Alan Chiu

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