哺乳动物大脑发育过程中每个突触的代谢能量近似守恒

在哺乳动物发育过程中，脑代谢率与突触发生呈定性相关，且两者常表现出双峰时间分布。尽管存在这些非单调依赖关系，但基于不同哺乳动物的实证数据发现，对于特定物种，每个突触的区域代谢率从出生到成年大致守恒（人类视觉皮层和颞叶皮层在青春期略有偏离）。在灵长类动物大脑皮层中，一个典型突触每秒消耗约 $(7\pm 2)\cdot 10^{3}$ 个葡萄糖分子，而在猫和大鼠的视觉皮层中，该消耗量约为前者的 5 倍。本研究利用大脑代谢支出的理论模型，估算了发育过程中的突触信号传递和神经尖峰活动。研究发现，突触效能通常与平均发放率呈负相关；此外，在大部分发育过程中（人类颞叶皮层除外，其占比 $< 50\%$），突触消耗了绝大部分代谢能量，比例约为 $50-90 \%$。总体而言，这些结果表明，在神经连接的形成和巩固期间，大脑的电活动和化学活动受到严格调控。这大概反映了大脑发育所面临的强烈能量约束。