用腦真的會讓人肚子餓嗎？
― 大腦即使什麼都沒在想，也持續消耗全身兩成的能量
考完試之後，或是開完長會之後，總會突然想吃點甜食。認為「因為用了腦，所以消耗了能量」是很自然的想法。確實，大腦是體內數一數二耗能的器官。然而經過實測後才發現，即使思考困難的問題，大腦的消耗量幾乎不會增加。大腦在發呆的時候，其實就已經在使用接近全力的能量了。
從早坐到傍晚，一直在解計算題。身體幾乎沒怎麼動，但結束時卻累得筋疲力盡，肚子也餓了。
另一方面，放假時窩在沙發上發呆看電視的日子，到了傍晚同樣也會肚子餓。
用盡腦力的那一天，和什麼都沒想的那一天，大腦消耗的能量其實差不了多少。
原因大致有兩個
大腦的神經細胞為了隨時能發出訊號，會在細胞內外維持電位差。這個電位差若放著不管就會崩潰，所以必須不停地把它恢復原狀。這占了大腦消耗的大部分。
解困難問題時，大腦的某些部位確實會變得活躍。但就整個大腦而言，只是在平常的消耗上多加了幾個百分點而已。因為底層基礎太大，多出來的部分並不明顯。
也就是說，大腦不是「用多少就吃多少」的器官，而是「為了隨時能用，才不停地吃」的器官。接下來依序說明。
只占體重2%，卻消耗兩成能量
成人的大腦重量約為1.4公斤。以體重60公斤的人來說，僅占體重的2%多一點。
然而，靜靜躺著時身體所消耗的能量中，大腦約占了兩成。若以重量換算比較，大腦消耗能量的效率大約是身體其他部位的10倍。圖1左側正是呈現這個差距。
換算成電力，大腦據信持續消耗約15〜20瓦特。就像一顆偏暗的燈泡，從出生起就沒有熄滅過一樣。
這些能量大多用於神經細胞的「充電」。神經細胞發出訊號時，細胞內外的電位差會瞬間崩潰。負責把它恢復原狀的，是細胞膜上一種小小的幫浦。就算沒有訊號，幫浦也會持續修補一點一點漏失的電位差。
即使思考困難問題，也幾乎不會增加
隨著以影像檢查大腦活動的研究進展，發現了一件出乎意料的事。做計算或讀寫時，變活躍的部位確實會亮起來。但那裡增加的消耗，相較於整個大腦的底層消耗來說微乎其微。圖1右側正呈現這一點。
甚至還發現了只有在發呆時才會變活躍的部位。大腦看似在休息的時候，其實可能正在整理記憶、或為接下來要發生的事做準備。
後面的計算會驗證，就算一整天全力思考，增加的能量也只有一顆方糖左右。「因為用腦所以不容易變胖」這種說法，很遺憾恐怕難以成立。
那麼，為什麼用腦之後會覺得肚子餓呢？目前還沒有明確的答案。有人認為可能與費神作業所引發的荷爾蒙變化、久坐帶來的疲勞、以及想要犒賞自己的心理有關。也有實驗報告指出，做完思考作業後進食量會增加。
有研究指出，成長中兒童的大腦在全身能量消耗中所占的比例，遠大於成人，並在4〜5歲左右達到高峰。這個時期，身高的成長速度也會趨緩，一般認為是因為能量被優先分配給大腦的發育。
肌肉也能以脂肪作為燃料，但平常大腦幾乎完全依賴葡萄糖。而且大腦無法儲存燃料，必須不間斷地從血液中獲取。長時間不進食時，身體會切換成由肝臟製造其他燃料、再輸送給大腦的機制。
總結
大腦只占體重的2%左右，卻消耗了安靜時能量的約兩成。其中大部分用於讓神經細胞隨時能發出訊號、維持電位差。因此即使思考困難問題，增加的消耗也僅止於幾個百分點。用腦之後的飢餓感，或許是出於消耗能量以外的原因。
大腦不是每次思考才進食，
而是為了隨時能思考，才不停地進食。
關於食物「卡路里」本身所測量的內容，請參閱「食物的「卡路里」，到底測量的是什麼？」；大腦在睡眠時做些什麼，請參閱「為什麼一定要睡覺？」。
- 準備兩天，在相同時刻吃相同分量的午餐。
- 第一天下午花一小時專心做計算練習或拼圖。第二天同樣一小時，坐著聽自己喜歡的音樂。
- 在前後分別以1〜10分記錄飢餓程度。也記下晚餐吃了多少，比較這兩天的結果。
只試一次容易出現偶然的差異，多換幾次順序反覆嘗試，就能看出自己的傾向。
想了解更多 ― 用語、算式、與教科書的連結從國中理科到大學專業科目，明確標示屬於哪個程度的內容
- 國中國中理科所學範圍
- 高中高中「生物」「物理」所學範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄程度的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（神經科學、生理學）的內容
- 研究連大學也還不當作「定論」教授、研究者正在探究中的話題
國中用語：這個現象是有名字的
- 基礎代謝：在清醒狀態下，靜靜躺著時身體所消耗的能量量。用於呼吸、心跳、維持體溫、大腦運作等。
- 靜止膜電位：沒有發出訊號的神經細胞，其細胞內側電位維持得比外側低的狀態。正因為有這個電位差，才能迅速發出訊號。
- 鈉鉀幫浦：細胞膜上的一種蛋白質，利用能量把鈉離子送到外側、鉀離子送到內側，藉此恢復電位差。
國中高中用算式確認：大腦到底用了多少能量？
以一名成人為例，用參考數值進行計算。單位方面，能量用大卡（kcal）與千焦（kJ），電力用瓦特（W）。
| 大腦重量 | 約1.4 kg |
| 體重 | 60 kg |
| 每日基礎代謝 | 約1500 kcal |
| 其中大腦所占比例 | 約20% |
| 1 kcal 的能量 | 約4.2 kJ |
| 一天的秒數 | 86400 秒 |
| 思考所增加的消耗 | 幾個百分點（這裡設為5%） |
| 一顆方糖（約4 g）的能量 | 約16 kcal |
| 大腦占體重的比例 | 1.4 ÷ 60 ≒ 0.023（約2%） |
| 大腦一天消耗的能量 | 1500 × 0.2 ＝ 300 kcal |
| 大腦以外消耗的能量 | 1500 − 300 ＝ 1200 kcal |
| 大腦以外的重量 | 60 − 1.4 ＝ 58.6 kg |
| 每1 kg大腦 | 300 ÷ 1.4 ≒ 214 kcal |
| 每1 kg大腦以外部位 | 1200 ÷ 58.6 ≒ 20.5 kcal |
| 單位重量的差距 | 214 ÷ 20.5 ≒ 10 倍 |
| 換算成千焦 | 300 × 4.2 ＝ 1260 kJ |
| 換算成焦耳 | 1260 × 1000 ＝ 1260000 J |
| 每秒（瓦特） | 1260000 ÷ 86400 ≒ 14.6 W |
| 一整天全力思考時增加的量 | 300 × 0.05 ＝ 15 kcal |
| 換算成方糖 | 15 ÷ 16 ≒ 0.94 顆 |
大腦以重量計算，消耗的能量約為身體其他部位的10倍，換算成電力約為15瓦特（體型較大或基礎代謝較高的人，可能接近20瓦特）。而一整天持續思考所增加的消耗，連一顆方糖都不到。
高中高中＋為什麼光是「待命」就需要能量
高中神經細胞的內側鉀離子較多，外側則鈉離子較多，並維持這樣的狀態。當訊號（動作電位）傳遞時，鈉離子會一口氣流入，接著鉀離子流出。�becampo幫浦會利用ATP（細胞的能量貨幣）把這個狀態恢復原狀。
高中＋即使沒有發出訊號，離子也會從細胞膜一點一點地漏出。因此光是要維持電位差，幫浦也無法停止運作。據估計，大腦能量中，用於訊號傳遞與善後的部分，以及單純用於維持狀態的部分，兩者都占了相當大的比例。
大學大腦的能量收支與「休息時的活動」
透過測量大腦血流與葡萄糖消耗的方法（如正子斷層掃描等），已經證實：執行任務時局部增加的消耗，相較於整個大腦的消耗量而言是很小的。另一方面，也發現了一群在沒有執行任務時反而活動更活躍的腦區（預設模式網路）。神經科學界認為，大腦消耗的大部分能量，並非用來回應外界的刺激，而是用於大腦內部持續進行的活動。
研究目前仍不清楚的事
- 用腦後飢餓感的真正原因。雖然有報告指出思考作業後進食量會增加，但壓力荷爾蒙、對血糖的感知、以及習慣，究竟各自發揮多大作用，目前尚未釐清。
- 休息中的大腦在做什麼。發呆時的活動，對整理記憶、預測未來有何幫助，研究仍在持續進行中。
- 為什麼唯獨人類的大腦如此耗能。據信人類大腦占身體能量消耗的比例，比其他靈長類都要高，有一種說法認為，這與烹調食物、腸道縮短等因素有關，但目前仍有爭論。
也就是說，這篇文章的內容也只是「目前所知範圍內的說明」。尤其是大腦消耗的比例、以及增加量的大小，會因測量方式與年齡而有所差異。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文何處 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・動物身體的構造與功能、能量 | 大腦與神經的作用、食物的能量 |
| 高中 | 生物・神經系統、呼吸與ATP | 神經細胞的電位差與幫浦 |
| 高中＋ | 生物・動作電位的機制（進階） | 光是待命也需要能量的原因 |
| 大學 | 神經科學・生理學 | 大腦的能量收支、休息時的活動 |
| 研究 | 認知神經科學・人類演化 | 飢餓感的真相、人類大腦為何如此耗能 |
| ― | 與生活的連結 | 讀書或工作後的點心、兒童飲食 |
- Raichle, M. E. & Gusnard, D. A. (2002) Appraising the brain's energy budget. PNAS 99, 10237–10239
- Attwell, D. & Laughlin, S. B. (2001) An energy budget for signaling in the grey matter of the brain. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism
- Kuzawa, C. W. 等 (2014) Metabolic costs and evolutionary implications of human brain development. PNAS
- Chaput, J.-P. 等 (2008) Glucose homeostasis and food intake after knowledge-based work. Psychosomatic Medicine
- 日本厚生勞動省「日本人的飲食攝取基準（2020年版）」（日本人の食事摂取基準）
※本文為一般大眾取向的科學解說。文中數值為理解原理所用的參考概算值。有關健康狀況與飲食的判斷，請遵循醫師等專業人士的指示。