งานวิจัยเผย “สมองมนุษย์” มีโหมด “ประหยัดพลังงาน” เมื่อต้องอดอาหารนาน ๆ
นักประสาทวิทยาพบว่า สมองมีโหมดประหยัดพลังงาน โดยเฉพาะด้านการมองเห็น เมื่อเข้าสู่ภาวะอดอาหาร ส่งผลให้ระบบประสาทสัมผัสทำงานได้ย่ำแย่ลง
เมื่อแบตเตอรีของคอมพิวเตอร์และสมาร์ทโฟนใกล้จะหมด เราสามารถเปิดโหมด “ประหยัดพลังงาน” เพื่อลดการใช้พลังงานของอุปกรณ์เหล่านั้น ด้วยการการทำงานของแอปพลิเคชันเบื้องหลังออกไป ช่วยประหยัดแบตเตอรีได้ ทำให้ใช้งานไปได้นานขึ้นอีก
ขนาดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ยังมีโหมดประหยัดพลังงาน แล้วสมองของเราจะมีโหมดประหยัดพลังงานไว้ใช้ในเวลาฉุกเฉินหรือไม่ ?
ในเมื่อมนุษย์ หรือแม้กระทั่งสัตว์อื่น ๆ ต้องเผชิญกับภาวะความหิวโหยเป็นเวลานาน ซึ่งส่งผลต่อกระบวนการส่งมอบน้ำตาลกลูโคสไปเลี้ยงเซลล์สมอง แล้วเปลี่ยนเป็นอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต หรือ ATP เพื่อกระตุ้นการประมวลผลข้อมูล
เมื่อเดือน ม.ค. ที่ผ่านมา บทความของ นาตาลี โรเชอฟอร์ดและคณะ นักประสาทวิทยาจากมหาวิทยาลัยเอดินบะระ ได้ตีพิมพ์ใน Neuron วารสารวิทยาศาสตร์ ระบุถึง วิธีการการประหยัดพลังงานในระบบการมองเห็นของหนู
ผลการวิจัยพบว่า เมื่อหนูได้รับอาหารไม่เพียงพอเป็นเวลาหลายสัปดาห์ ซึ่งนานพอที่จะทำให้น้ำหนักลดลงราว 15-20% ของน้ำหนักตามเกณฑ์มาตรฐาน เซลล์ประสาทในเปลือกสมองส่วนการเห็น (visual cortex) จะลดปริมาณ ATP ที่ใช้ในไซแนปส์ (Synapse) หรือ จุดประสานประสาท ลดลงถึง 29% แต่โหมดการประมวลผลแบบประหยัดพลังงานนี้ ก็เหมือนกับในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องตัดส่วนที่ไม่จำเป็นออกเพื่อรักษาพลังงานของร่างกายไว้ เพราะทำให้หนูเหล่านั้นมองเห็นภาพได้แย่ลง เนื่องจากเซลล์ประสาทในโหมดพลังงานต่ำ ประมวลผลสัญญาณภาพได้แม่นยำน้อยกว่า
ซาฮิด พาดามเซย์ หนึ่งในผู้เขียนบทความ กล่าวว่า “ภาพที่คุณมองเห็นได้ในโหมดประหยัดพลังงานนั้นเป็นภาพที่มีความละเอียดต่ำกว่าในภาวะปรกติมาก”
งานวิจัยชิ้นนี้ได้รับความสนใจและยกย่องอย่างกว้างขวางจากกลุ่มนักประสาทวิทยา เพราะมีความเป็นไปได้ว่าการได้รับสารอาหารที่ไม่เพียงพอจะส่งผลต่อระบบประสาทสัมผัสอื่น ๆ นอกจากการมองเห็นด้วยเช่นกัน และอาจมีประโยชน์ต่อการทำความเข้าใจภาวะทุพโภชนาการ รวมถึงการอดอาหารบางประเภทส่งผลต่อการรับรู้ของผู้ป่วยอย่างไร
นอกจากนี้ ยังทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับการจำกัดปริมาณอาหารของสัตว์ทดลองเพื่อกระตุ้นพฤติกรรมสัตว์ในการศึกษาประสาทวิทยาศาสตร์ จนทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการทดลองเนื่องจากระบบประสาทของสัตว์เหล่านั้นอาจจะอยู่ในภาวะประหยัดพลังงาน
ยิ่งหิว ประสาทสัมผัสยิ่งแย่
เคยไหมที่คุณหิวจนไม่มีสมาธิในการทำงาน ในหัวมีแต่ภาพอาหาร อาหาร และอาหารเต็มไปหมด นั่นเป็นเพราะความหิวสามารถเปลี่ยนการประมวลผลของระบบประสาท ทำให้เรามีความต้องการจะออกหาอะไรกินได้เร็วขึ้น
ในปี 2559 คริสเตียน เบอร์เจสส์ นักประสาทวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยมิชิแกน และทีมวิจัย พบว่า เมื่อให้หนูดูภาพอาหารขณะที่หิว เซลล์ประสาทในเปลือกสมองส่วนการเห็นของหนูจะส่งกระแสประสาท (neuronal activity) เพิ่มยิ่งขึ้น แต่หากพวกมันไม่หิวกระแสประสาทเหล่านั้นก็จะลดลง
การศึกษาปฏิกิริยาดังกล่าวในมนุษย์ก็เกิดขึ้นในทำนองเดียวกัน เมื่อให้กลุ่มผู้ทดลองดูรูปภาพของอาหารขณะที่หิว พบว่ารูปภาพเหล่านี้สามารถกระตุ้นการตอบสนองบางพื้นที่ในสมองได้มากกว่า เมื่อกลุ่มผู้ทดลองอิ่มแล้ว
“ไม่ว่าคุณจะหิวหรือไม่ ภาพที่คุณเห็นก็เหมือนกัน แต่สิ่งที่เกิดในสมองนั้นแตกต่างกันมาก เพราะร่างกายรู้ดีว่าตอนนี้ต้องการอะไร และมันพยายามทำให้คุณสนใจ เพื่อตอบสนองความต้องการนั้น ๆ” เบอร์เจสส์กล่าว
จะเกิดอะไรขึ้น ถ้าทนหิวมาแล้วหลายชั่วโมง?
โรเชอฟอร์ดพบว่า สมองอาจมีโหมดประหยัดพลังงาน ด้วยการลดกระบวนการที่ใช้พลังงาน เพื่อรักษาพลังไว้ให้ได้มากที่สุด
จากการศึกษาของของโรเชอฟอร์ดและคณะ ที่จำกัดการให้อาหารหนูทดลอง จนน้ำหนักลดลง 15% ของน้ำหนักตัวในเวลา 3 สัปดาห์ ซึ่งปริมาณอาหารที่ให้ก็ไม่เพียงพอต่อความต้องการของร่างกาย
นักวิจัยดักฟังการสื่อสารระหว่างเซลล์ประสาทของหนู และวัดปริมาณสัญญาณไฟฟ้าที่เซลล์ประสาทใช้ในการสื่อสาร พบว่า หนูที่ได้รับอาหารไม่เพียงพอจะลดปริมาณกระแสไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ลง แต่ยังมีปริมาณใกล้เคียงกับหนูปรกติ
แอนตอน อาร์คิพอฟ นักประสาทวิทยาด้านคอมพิวเตอร์จาก Allen Institute for Brain Science ในซีแอตเทิล กล่าวว่า “ดูเหมือนว่าสมองจะใช้ความพยายามอย่างมากเพื่อรักษาอัตราการปล่อยกระแสไฟฟ้า ดังนั้น สมองอาจสามารถประหยัดพลังงานได้ง่าย ๆ ด้วยปล่อยกระแสไฟฟ้าให้น้อยลง”
แต่การรักษาอัตราการปล่อยกระแสไฟฟ้า ในภาวะร่างกายขาดสารอาหารก็ต้องแลกมาด้วยระบบประสาทสัมผัสที่ย่ำแย่ลง เพราะเซลล์ประสาทในเปลือกสมองส่วนการมองเห็นของหนูไม่สามารถเลือกทิศทางในการปล่อยกระแสไฟฟ้าได้ ทำให้การตอบสนองของพวกมันมีความแม่นยำน้อยลง
การมองเห็นแย่ลง
เพื่อตรวจสอบว่าการมองเห็นย่ำแย่ลงเพราะการลดลงของการปล่อยกระแสไฟฟ้าหรือไม่ นักวิจัยได้นำหนูทดลองไปไว้ในห้องใต้น้ำที่มีทางเดินสองทาง แต่จะมีเพียงทางเดียวเท่านั้นที่เป็นทางออก ซึ่งมีภาพบอกทางเป็นภาพเส้นสีดำทำมุมบนพื้นหลังสีขาว
ผลการทดลองพบว่า หนูที่ขาดสารอาหารสามารถทางออกที่ถูกต้อง ได้เมื่อมีภาพที่แตกต่างระหว่างทางออกกับทางตันมีมุมแตกต่างกันมาก แต่เมื่อมุมมีความขนาดใกล้เคียงกันมากขึ้นไม่เกิน 10 องศา หนูที่ขาดสารอาหารไม่สามารถแยกแยะและหาทางออกได้ดีเท่าหนูปรกติ
อย่างไรก็ตาม จากการวิจัยนี้สามารถบอกได้เพียงว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสามารถเปิดโหมดประหยัดพลังงานในเซลล์ประสาทของเยื่อหุ้มสมองที่มองเห็นได้เท่านั้น
“เรายังคงไม่ได้ทำการศึกษากับส่วนอื่น ๆ เช่น ประสาทสัมผัสการดมกลิ่น” โรเชอฟอร์ด ผู้ทำวิจัยกล่าว และเชื่อว่าระบบประหยัดพลังงานนั้นมีอยู่ในระบบประสาทสัมผัสอื่น ๆ
นักวิจัยคนอื่นก็คิดเช่นกัน มาเรีย เกฟเฟน นักประสาทวิทยา จากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย ศึกษาการประมวลผลการได้ยิน กล่าวว่า โดยรวมแล้ว เซลล์ประสาททำงานเหมือนกันมากในบริเวณเปลือกสมอง (cortical area)
เกฟเฟนคาดว่า ผลกระทบจากการเข้าสู่โหมดประหยัดพลังงานในทุกประสาทสัมผัสจะเหมือนกันหมด โดยจะทุ่มพลังไปที่กิจกรรมที่มีสำคัญที่สุดต่อร่างกายในขณะนั้นและตัดทอนพลังงานในอื่น ๆ
“ส่วนใหญ่เราไม่ได้ใช้ประสาทสัมผัสจนถึงขีดจำกัดของศักยภาพที่มีอยู่” เกฟเฟนกล่าว “ขึ้นอยู่กับความต้องการด้านพฤติกรรม สมองจะปรับตัวอยู่เสมอ”
อย่างไรก็ตาม เมื่อนักวิจัยให้สารเลปติน ซึ่งเป็นฮอร์โมนยับยั้งความหิวแก่หนูที่ไม่ได้รับอาหาร พบว่า เซลล์ประสาทกลับไปตอบสนองด้วยความแม่นยำสูง และประสาทสัมผัสกลับมาทำงานได้อย่างแม่นยำ “เมื่อเราให้เลปติน เราสามารถหลอกสมองและฟื้นฟูการทำงานของเยื่อหุ้มสมองได้” โรเชอฟอร์ตกล่าว
งานวิจัยนี้ ชี้ให้เห็นว่า เลปตินในระดับต่ำจะเตือนสมองให้ทราบถึงสภาวะร่างกายขาดสารอาหาร ทำให้สมองเปลี่ยนเป็นโหมดพลังงานต่ำ
ถึงเวลาปรับวิธีการให้อาหารสัตว์ทดลอง ?
เป็นเรื่องปรกติที่ต้องจำกัดปริมาณอาหารแก่หนูและสัตว์ทดลองอื่น ๆ เป็นเวลาหลายสัปดาห์ก่อนและระหว่างการศึกษาด้านประสาทวิทยา เพื่อกระตุ้นให้สัตว์ทำงานเพื่อแลกกับอาหาร (มิฉะนั้น สัตว์มักจะชอบนั่งเฉย ๆ)
“ผลกระทบที่เห็นได้ชัดจากการทดลองของเรา คือ การจำกัดอาหารส่งผลต่อการทำงานของสมอง” โรเชอฟอร์ด กล่าว
ผลการทดลองนี้ยังทำให้เกิดคำถามใหม่ ๆ เกี่ยวกับสภาวะทางสรีรวิทยาอื่น ๆ และสัญญาณของฮอร์โมนที่อาจส่งผลต่อสมอง และระดับของฮอร์โมนในกระแสเลือดที่ต่างกัน มีผลทำให้แต่ละคนมองโลกแตกต่างกันเล็กน้อยหรือไม่
รูเน เหวียน ราสมุสเซน (Rune Nguyen Rasmussen) นักประสาทวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน ตั้งข้อสังเกตว่า มนุษย์แต่ละคนมีปริมาณเลปตินและการเผาผลาญพลังงานที่ต่างกัน
“นั่นหมายความว่า แท้จริงแล้วมนุษย์แต่ละคนอาจจะมีการรับรู้ แม้กระทั่งการมองเห็นที่แตกต่างกันออกไป” ราสมุสเซนกล่าวกับ The Wired
อย่างไรก็ตาม เรื่องทั้งหมดนี้เป็นเพียงผลการทดลองขั้นต้นเท่านั้น ยังคงรอคอยนักประสาทวิทยา นักวิทยาศาสตร์ และนักวิจัยทั้งหลายศึกษากันต่อไป
