体重の2%なのに、体のエネルギーの20%を使う。脳はとんでもない大食い臓器だった

読む前に予想してみよう!
難しい問題を必死に考えると、脳のエネルギー消費は2倍近くに跳ね上がる
脳はぼーっとしている時も大量に消費しており、集中で上乗せされる分はわずか。
- 対象
- ヒト(成人・子ども)
- 規模
- 生理学の測定データ+既存PET・MRIデータの再解析
- 研究の種類
- 生理学的推定・レビュー
- 確かさ
- ★★★★☆
脳の重さは体重の約2%なのに、安静時に体が使うエネルギーの約20%を消費。子どもの脳はさらに大食いになる時期がある。
ひとことで言うと脳は小さいのに、体のエネルギーの5分の1を食べちゃう!
大人の脳の重さはだいたい1.2〜1.4kg。体重60〜70kgの人なら、体のわずか2%ほどです。
ところがこの小さな臓器、じっと座っているだけのときでも、体全体が使うエネルギーの約20%を一人で消費しています。体重の50分の1しかないのに、エネルギーは5分の1を使う計算です。
なぜ脳はこんなに大食いなのか。そして「頭を使えば痩せる」は本当なのか。のぞいてみましょう。
01電球1個ぶんの電力で、ずっと動きっぱなし
大人の安静時の代謝をワット数に直すと、脳が使うのはだいたい20ワット前後。昔の暗めの電球1個ぶんくらいです。
「なんだ、たいしたことない」と思いました? でも重さあたりで比べると、脳は安静時の筋肉の何倍ものエネルギーを使います。しかも寝ている間も止まりません。
02エネルギーの多くは、神経の電気信号のやりとりに使われる
脳のエネルギーの使い道で大きいのが、神経細胞が電気信号を送ることと、その後片付けです。
神経細胞は、細胞の内と外でナトリウムやカリウムのイオンの濃さに差をつけて、電気信号を送ります。信号を送るたびに、この差は崩れます。それをポンプがせっせと元に戻していて、このポンプを動かすのに大量のエネルギー(ATP)が必要なのです。英国の研究者アットウェルとラフリンは、ネズミの仲間(げっ歯類)の脳で、神経細胞が集まる部分(灰白質)を調べました(2001年)。信号に関わるエネルギーが何に使われるかを計算したのです。すると、神経の電気信号が約半分、シナプス(神経細胞どうしのつなぎ目)での情報の受け渡しが約3分の1を占めると見積もられました。信号を送らずに待っているだけの分は、1割強でした。
脳の中では、休んでいるように見えるときも、神経細胞どうしがたえず信号をやりとりしています。そのたびにポンプが後片付けをするので、エネルギーを使い続けるのです。

03子どもの脳は、もっと大食いだった
子どもの脳には、さらに大食いになる時期があります。
米ノースウェスタン大のクザワらが、過去に集められた脳のPET(ブドウ糖の使用量を測る検査)とMRIのデータを組み合わせて計算しました(PNAS, 2014)。すると、脳のブドウ糖消費がいちばん多くなるのは、生まれたときではなく幼児期(5歳前後)でした。このころの脳は、体が安静時に使うエネルギーの約3分の2(約66%)にあたる量を使っていると推定されました。
しかも、脳の消費が多い時期ほど、体重の増え方がゆっくりになっていました。「脳を育てるために、体の成長を後回しにしているのでは」という仮説を支える結果です。ただし、これは別々に集められたデータを組み合わせた推定で、同じ子どもたちを追跡して測ったわけではありません。
04じゃあ頭が疲れるのはなぜ?
エネルギーがそれほど増えないなら、なぜ集中すると「頭が疲れた」と感じるのでしょう。
ここはまだ研究中のテーマです。フランス・パリ脳研究所のチームは、頭を使う課題を1日(約6時間)続けてもらう実験をしました(Current Biology, 2022)。難しい課題のグループでは、簡単な課題のグループに比べて、判断や制御に関わる前頭前野の外側部分にグルタミン酸が多くたまっていました。グルタミン酸は、神経の信号を伝える物質の一つです。こうした物質の蓄積が「もうやめたい」という感覚につながる、という説です。一方で、別の説もあります。「この作業を続ける価値があるか」を脳が見積もり直すことで、疲れた感じが生まれるという説です。決着はまだついていません。
05まとめ
脳は、何もしていないように見える時でさえ、大量のエネルギーを使い続ける臓器でした。でもその燃費の悪さこそが、いつでも考え、感じ、反応できることの代わりに払っているコストなのかもしれません。
今この記事を読んでいる間も、あなたの脳は電球1個ぶんの電力で動き続けています。
この研究を英語で読もう原田英語の English CornerThe adult brain weighs only about 1.2 to 1.4 kilograms, about 2 percent of body weight.
音声
4択クイズ9問A2・B1・B2タップして開く
原田英語の English Corner
この研究を英語で読もう
Your brain is small. It is only about 2% of your body weight. But it uses about 20% of your body's energy when you are resting. It needs about 20 watts, like an old light bulb.
The brain uses energy even when you sleep. Young children's brains use even more. Hard thinking adds only a little extra energy, so studying will not help you lose much weight.
67 words ・ CEFR A2
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あなたの脳は小さく、体重のわずか約2%です。しかし、休んでいるときに体が使うエネルギーの約20%を使います。脳には約20ワット、つまり昔の電球1個ぶんほどが必要です。
脳は寝ているときでもエネルギーを使います。幼い子どもの脳はもっと多く使います。一生懸命考えても上乗せされるエネルギーはわずかなので、勉強しても体重はあまり減りません。
4択リーディングクイズ
Q1. What is the passage mainly about?
脳が体の大きさに比べて多くのエネルギーを使うことがテーマなので C。D は本文で否定されている。
Q2. About how much of the body's resting energy does the brain use?
it uses about 20% of your body's energy when you are resting とあるので A。2%は体重に占める割合。
Q3. In this passage, "extra" means ...
extra は「追加の、余分の」。考えることで上乗せされる分なので D。
The adult brain weighs only about 1.2 to 1.4 kilograms, about 2 percent of body weight. But it uses around 20 percent of the body's energy at rest. That is roughly 20 watts, similar to a dim light bulb. Where does all this energy go?
Much of it is used for the electrical signals that nerve cells keep sending, even at rest. After each signal, tiny pumps in the cell membranes move ions back into place, and this constant work needs a lot of energy.
Because the brain is always this busy, concentrating hard on a problem adds only a little extra. Children's brains are even hungrier. One study estimated that at around age five, the brain uses about two-thirds of the body's resting energy.
125 words ・ CEFR B1
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大人の脳の重さは約1.2〜1.4キログラムで、体重の約2パーセントにすぎません。しかし、安静時の体のエネルギーの約20パーセントを使います。これはおよそ20ワットで、薄暗い電球1個ぶんに近いものです。このエネルギーはすべてどこに行くのでしょうか。
その多くは、休んでいるときでも神経細胞が送り続けている電気信号に使われます。信号のたびに、細胞膜にある小さなポンプがイオンを元の位置へ戻しており、この絶え間ない作業に多くのエネルギーが必要なのです。
脳はいつもこれほど忙しいので、問題に必死に集中しても、上乗せはほんの少しです。子どもの脳はさらに大食いです。ある研究は、5歳前後では脳が安静時の体のエネルギーの約3分の2を使うと推定しました。
4択リーディングクイズ
Q1. What is the main idea of the passage?
体重の2パーセントなのにエネルギーの20パーセントを使うという、大きさの割に大量のエネルギーを使う点が中心なので B。D は本文と逆。
Q2. What is much of the brain's energy used for?
Much of it is used for the electrical signals that nerve cells keep sending とあるので D。
Q3. Why does concentrating hard add only a little extra energy?
Because the brain is always this busy, concentrating hard on a problem adds only a little extra とあるので A。
Weighing only about 2% of an adult's body, the brain nevertheless consumes roughly 20% of the energy the body uses at rest, about 20 watts. Gram for gram, it burns several times more energy than resting muscle, and it never switches off, even during sleep. Neuroscientists have argued that most of this budget is spent maintaining baseline activity rather than responding to tasks, so concentrating hard adds only a small fraction.
A major cost is signaling itself: after each signal, ion pumps restore the balance of sodium and potassium, using large amounts of ATP. Children's brains are even more demanding. By combining existing PET and MRI data, a 2014 study estimated that brain glucose use peaks at around age five, when the brain may account for about two-thirds of resting energy, and that body growth slows when brain demand is highest.
However, this was a cross-sectional estimate, not a study following the same children. Scientists cannot yet say why mental work feels tiring. A 2022 study found more glutamate in the prefrontal cortex after a long day of difficult tasks than after easy ones, but this single study has not been confirmed, and rival explanations exist.
196 words ・ CEFR B2
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脳は大人の体重の約2%しかないにもかかわらず、体が安静時に使うエネルギーの約20%、約20ワットを消費します。重さあたりで比べると、安静時の筋肉の数倍のエネルギーを燃やし、寝ている間でさえ決して止まりません。神経科学者たちは、この予算の大半は課題に反応するためではなく基本的な活動の維持に使われているので、必死に集中しても上乗せはごく一部にすぎないと論じてきました。
大きな費用は、信号を送ることそのものです。信号のたびに、イオンポンプがナトリウムとカリウムのバランスを元に戻し、大量のATPを使っています。子どもの脳はさらに多くを必要とします。既存のPETとMRIのデータを組み合わせて、2014年の研究は、脳のブドウ糖使用量は5歳前後でピークに達し、そのころ脳は安静時エネルギーの約3分の2を占めている可能性があり、脳の需要が最も高い時期に体の成長が遅くなると推定しました。
ただし、これは横断的な推定で、同じ子どもたちを追跡した研究ではありません。頭を使う作業がなぜ疲れるように感じるのかを、科学者はまだ説明できていません。2022年の研究は、難しい課題を長時間続けた後は、簡単な課題の後より前頭前野にグルタミン酸が多くたまっていることを見いだしましたが、この1つの研究はまだ確認されておらず、対立する説明もあります。
4択リーディングクイズ
Q1. What is the passage mainly about?
脳の大きなエネルギー消費と、その使い道、子どもの脳、疲労の仕組みについて述べているので C。
Q2. What limitation of the 2014 study is mentioned?
this was a cross-sectional estimate, not a study following the same children とあるので B。
Q3. What does the author say about the 2022 glutamate finding?
this single study has not been confirmed, and rival explanations exist とあるので D。
重要単語
- metabolismC1名詞代謝Exercise can change your metabolism.
ギリシャ語で「変化」。形容詞 metabolic。日本語の「メタボ」は metabolic syndrome の略。 - glucoseC1名詞ブドウ糖The brain mainly runs on glucose.
発音は /ˈɡluːkoʊs/。blood glucose(血糖)は健康系長文の頻出語。 - consumeB2動詞消費するLarge animals consume a lot of food every day.
名詞 consumption、consumer(消費者)。time-consuming「時間のかかる」も頻出。 - resting metabolic rateC1名詞(句)安静時代謝率Your resting metabolic rate is the energy you use while sitting still.
rest(休む)+metabolic(代謝の)+rate(割合)。基礎代謝(basal metabolic rate)と近い概念。 - trade-offC1名詞一方を得ると他方を失う関係There may be a trade-off between brain growth and body growth.
経済・生物・環境の長文で頻出。a trade-off between A and B の形で使う。 - neuronB2名詞神経細胞、ニューロンNeurons send electrical signals to each other.
neuro- は「神経の」。neuroscience(神経科学)、neural(神経の)とセットで覚える。
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脳って体重の2%くらいしかないのに、じっとしている時のエネルギーの約20%を使ってるらしい。しかも子どもの頃はもっと大食い。脳ってかなり燃費が悪いのか。
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出典・参考文献(4件)タップで表示
- Raichle & Gusnard (2002) Appraising the brain's energy budget, PNASdoi.org
- Attwell & Laughlin (2001) An energy budget for signaling in the grey matter of the brain, Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolismdoi.org
- Kuzawa et al. (2014) Metabolic costs and evolutionary implications of human brain development, PNASdoi.org
- Wiehler et al. (2022) A neuro-metabolic account of why daylong cognitive work alters the control of economic decisions, Current Biologydoi.org
※本記事は上記の研究・公開資料をもとに、原田英語が独自の言葉で解説したものです。引用は著作権法第32条の範囲で行い、出典を明記しています。画像はすべてオリジナルのイメージです。研究結果には限界や個人差があります。誤りのご指摘は原田英語のお問い合わせフォームから。













