پژوهش فعلی درباره سوخت‌وساز عصبی، وقتی با پژوهش‌هایی در مورد دینامیک شلیک الکتریکی مغز ترکیب شود، به نیروهای متضاد تکاملی اشاره دارد که محدودیت‌ها، گستره و کارایی‌های توانایی شناختی ما را توضیح می‌دهند.

مغز انسان برای فعالیت خود هزینه‌ی بسیار بالایی دارد. این ساختار، در حالی‌ که تنها حدود دو درصد از وزن بدن را تشکیل می‌دهد، حدود ۲۰ درصد از انرژی آن را مصرف می‌کند. جمادار می‌گوید: «مغز از نظر متابولیکی تقاضای فوق‌العاده بالایی دارد.» برای نوزادان، این عدد حتی به ۵۰ درصد می‌رسد.

مغز انرژی خود را از مولکولی به نام آدنوزین تری‌فسفات (ATP) تأمین می‌کند که سلول‌ها آن را از گلوکز و اکسیژن تولید می‌کنند. شبکه‌ای گسترده از مویرگ‌های باریک (حدود ۶۴۰ کیلومتر رگ‌های خونی) در بافت مغز درهم‌تنیده شده‌اند تا خون غنی از گلوکز و اکسیژن را به نورون‌ها و دیگر سلول‌های مغزی برسانند. وقتی ATP درون سلول‌ها تولید می‌شود، ارتباط بین نورون‌ها را تغذیه می‌کند که همان عملکرد اصلی مغز است.

حفظ پتانسیل‌های غشایی، یعنی ولتاژهای پایدار در غشای نورون که تضمین می‌کند سلول در صورت لزوم آماده‌ی شلیک است، حداقل نیمی از بودجه‌ی انرژی مغز را به خود اختصاص می‌دهد. اندازه‌گیری مستقیم ATP در مغز انسان فرآیندی بسیار تهاجمی و دشوار است؛ بنابراین، جمادار و همکارانش برای مطالعه خود به مرور پژوهش‌هایی پرداختند که از روش‌های غیرمستقیم استفاده کرده‌اند؛ برای مثال اندازه‌گیری مصرف گلوکز از طریق پت اسکن (PET) و ثبت جریان خون که با اف‌ام‌آر‌آی (fMRI)، برای بررسی تفاوت مصرف انرژی در حین فعالیت و در حالت استراحت مغز به کار رفتند.

جمادار می‌گوید PET و fMRI در کنار هم می‌توانند اطلاعات تکمیلی از مصرف گلوکز در مغز ارائه دهند. البته این بررسی نمی‌تواند کل مصرف انرژی مغز را نشان دهد؛ زیرا بافت‌های عصبی می‌توانند برخی اسیدهای آمینه را هم به ATP تبدیل کنند، اما بیش از ۹۰ درصد ATP مغز از طریق سوخت‌وساز گلوکز تولید می‌شود.

تحلیل جمادار نشان داد مغزی که در حال انجام کار فعال است، تنها ۵ درصد انرژی بیشتر نسبت به حالت استراحت مصرف می‌کند. وقتی ما در حال انجام کاری هدفمند و دشوار مثل بررسی برنامه اتوبوس در یک شهر جدید هستیم، میزان شلیک نورونی در نواحی یا شبکه‌های مرتبط مغز (مثلاً نواحی پردازش بصری و زبانی) افزایش می‌یابد. این فعالیت اضافه همان ۵ درصد انرژی بیشتر را شامل می‌شود و ۹۵ درصد باقی‌مانده صرف بار پایه‌ای سوخت‌وساز مغز می‌شود.

پژوهشگرها هنوز دقیق نمی‌دانند که بار پایه‌ی مصرف انرژی مغز چگونه توزیع می‌شود؛ اما درطول چند دهه‌ی گذشته، آن‌ها درک بهتری از کارهایی که مغز در پس‌زمینه انجام می‌دهد، به‌دست آورده‌اند. جمادار می‌گوید:

از حدود اواسط دهه ۹۰ میلادی، به‌عنوان یک رشته علمی شروع به درک این موضوع کردیم که وقتی کسی در حالت استراحت دراز کشیده و به‌صورت آشکار مشغول انجام کاری نیست، در واقع حجم زیادی از فعالیت‌ها در مغز او در حال انجام است. قبلاً تصور می‌کردیم فعالیت‌های جاریِ در حالت استراحت که مرتبط با کار خاصی نیستند، نوعی نویز یا اختلال‌اند؛ اما حالا می‌دانیم که سیگنال‌های زیادی در همین نویز وجود دارد.

بخش زیادی از آن سیگنال‌ها مربوط به «شبکه‌ی حالت پیش‌فرض» است. این شبکه زمانی فعال می‌شود که ما در حال استراحت هستیم یا فعالیت ظاهری خاصی نداریم. همچنین در تجربه‌ی ذهنی ما برای پرسه‌زنی میان گذشته، حال و آینده نقش دارد: مثلاً فکر کردن به اینکه برای شام چه بپزیم، به‌یاد آوردن خاطره‌ای از هفته‌ی قبل یا حس درد در مفصل لگن.

علاوه بر این، در سطح زیرین آگاهی، مغز ما در حال پایش مجموعه‌ای از متغیرهای فیزیکی بدن مانند دمای بدن، سطح قند خون، ضربان قلب، تنفس و غیره است؛ متغیرهایی که باید در حالت پایداری به ‌نام «هم‌ایستایی» (هومئوستاز) باقی بمانند تا ما زنده بمانیم. اگر هرکدام بیش از حد تغییر کند، وضعیت بدن می‌تواند به سرعت بحرانی شود.

تریو حدس می‌زند که بیشترین بخش از بار پایه‌ی متابولیک مغز صرف «پیش‌بینی» می‌شود. مغز برای اینکه بتواند اهداف هومئوستاتیکی خود را حفظ کند، باید همیشه در حال برنامه‌ریزی برای آینده باشد. یا به عبارتی مدلی پیچیده از محیط را بسازد و پیش‌بینی کند که تغییرات این محیط چگونه می‌توانند بر سیستم‌های زیستی بدن تأثیر بگذارند. او می‌گوید: «پیش‌بینی و نه واکنش، به مغز امکان می‌دهد تا منابع را به‌طور مؤثر میان بخش‌های بدن تخصیص دهد.»