Significance The metabolic costs of brain development are thought to explain the evolution of humans’ exceptionally slow and protracted childhood growth; however, the costs of the human brain during development are unknown. We used existing PET and MRI data to calculate brain glucose use from birth to adulthood. We find that the brain’s metabolic requirements peak in childhood, when it uses glucose at a rate equivalent to 66% of the body’s resting metabolism and 43% of the body’s daily energy requirement, and that brain glucose demand relates inversely to body growth from infancy to puberty. Our findings support the hypothesis that the unusually high costs of human brain development require a compensatory slowing of childhood body growth.

Total daily energy expenditure ("total expenditure") reflects daily energy needs and is a critical variable in human health and physiology, but its trajectory over the life course is poorly studied. We analyzed a large, diverse database of total expenditure measured by the doubly labeled water method for males and females aged 8 days to 95 years. Total expenditure increased with fat-free mass in a power-law manner, with four distinct life stages. Fat-free mass-adjusted expenditure accelerates rapidly in neonates to ~50% above adult values at ~1 year; declines slowly to adult levels by ~20 years; remains stable in adulthood (20 to 60 years), even during pregnancy; then declines in older adults. These changes shed light on human development and aging and should help shape nutrition and health strategies across the life span.

Although it has been believed that brown adipose tissue (BAT) depots disappear shortly after the perinatal period in humans, PET imaging using the glucose analog ¹⁸F-FDG has shown unequivocally the existence of functional BAT in adult humans, suggesting that many humans retain some functional BAT past infancy. The objective of this study was to determine to what extent BAT thermogenesis is activated in adults during cold stress and to establish the relationship between BAT oxidative metabolism and ¹⁸F-FDG tracer uptake. Methods: Twenty-five healthy adults (15 women and 10 men; mean age ± SD, 30 ± 7 y) underwent triple-oxygen scans (H₂¹⁵O, C¹⁵O, and ¹⁵O₂) as well as measurements of daily energy expenditure (DEE; kcal/d) both at rest and after exposure to mild cold (15.5°C [60°F]) using indirect calorimetry. The subjects were divided into 2 groups (high BAT and low BAT) based on the presence or absence of ¹⁸F-FDG tracer uptake (standardized uptake value [SUV] > 2) in cervical–supraclavicular BAT. Blood flow and oxygen extraction fraction (OEF) were calculated from dynamic PET scans at the location of BAT, muscle, and white adipose tissue. Regional blood oxygen saturation was determined by near-infrared spectroscopy. The total energy expenditure during rest and mild cold stress was measured by indirect calorimetry. Tissue-level metabolic rate of oxygen (MRO₂) in BAT was determined and used to calculate the contribution of activated BAT to DEE. Results: The mass of activated BAT was 59.1 ± 17.5 g (range, 32–85 g) in the high-BAT group (8 women and 1 man; mean age, 29.6 ± 5.5 y) and 2.2 ± 3.6 g (range, 0–9.3 g) in the low-BAT group (9 men and 7 women; mean age, 31.4 ± 10 y). Corresponding maximal SUVs were significantly higher in the high-BAT group than in the low-BAT group (10.7 ± 3.9 vs. 2.1 ± 0.7, P = 0.01). Blood flow values were significantly higher in the high-BAT group than in the low-BAT group for BAT (12.9 ± 4.1 vs. 5.9 ± 2.2 mL/100 g/min, P = 0.03) and white adipose tissue (7.2 ± 3.4 vs. 5.7 ± 2.3 mL/100 g/min, P = 0.03) but were similar for muscle (4.4 ± 1.9 vs. 3.9 ± 1.7 mL/100 g/min). Moreover, OEF in BAT was similar in the 2 groups (0.51 ± 0.17 in high-BAT group vs. 0.47 ± 0.18 in low-BAT group, P = 0.39). During mild cold stress, calculated MRO₂ values in BAT increased from 0.97 ± 0.53 to 1.42 ± 0.68 mL/100 g/min (P = 0.04) in the high-BAT group and were significantly higher than those determined in the low-BAT group (0.40 ± 0.28 vs. 0.51 ± 0.23, P = 0.67). The increase in DEE associated with BAT oxidative metabolism was highly variable in the high-BAT group, with an average of 3.2 ± 2.4 kcal/d (range, 1.9–4.6 kcal/d) at rest, and increased to 6.3 ± 3.5 kcal/d (range, 4.0–9.9 kcal/d) during exposure to mild cold. Although BAT accounted for only a small fraction of the cold-induced increase in DEE, such increases were not observed in subjects lacking BAT. Conclusion: Mild cold-induced thermogenesis in BAT accounts for 15–25 kcal/d in subjects with relatively large BAT depots. Thus, although the presence of active BAT is correlated with cold-induced energy expenditure, direct measurement of MRO₂ indicates that BAT is a minor source of thermogenesis in humans.

Cross-sectional studies suggest that local ecological knowledge (LEK) helps humans cope with their environment. Among the forms of LEK, adult knowledge of wild plants has been associated with better child and adult health. We assess if the concurrent links between i) LEK and ii) health and nutritional status last and examine if LEK yields delayed benefits when societies face large socioeconomic and environmental changes. We use a yearly panel (2002−2010) from Tsimane', an Indigenous Amazonian society (Bolivia). All adults (∼440) and children (∼300) measured at baseline (2003) in 13 villages were followed yearly during 2004–2010 to estimate associations between a) baseline adult knowledge and skill about uses of wild plants and b) subsequent (2004–2010) anthropometric markers of nutritional status of themselves and the children (2y ≤ age ≤ 10y) living in the household at baseline. Among children, HAZ, BMI, and sum of four skinfolds were measured; among adults, BMI, sum of four skinfolds, and percent body fat with bioelectrical impedance were measured. Some skill losses increased by a large amount the likelihood of severe childhood stunting (HAZ < -3) for girls; the complete loss of these skills increased the share of severely stunted girls from 5% to 13%–20%. These are big numbers. The effects of LEK on other anthropometric indicators of children or adults were small. For example, if all adults in a household lost all their ethnobotanical knowledge, children's and women's BMI would decrease by only 3% and 11%, respectively.

Abstract Nutritional epidemiology aims to link dietary exposures to chronic disease, but the instruments for evaluating dietary intake are inaccurate. One way to identify unreliable data and the sources of errors is to compare estimated intakes with the total energy expenditure (TEE). In this study, we used the International Atomic Energy Agency Doubly Labeled Water Database to derive a predictive equation for TEE using 6,497 measures of TEE in individuals aged 4 to 96 years. The resultant regression equation predicts expected TEE from easily acquired variables, such as body weight, age and sex, with 95% predictive limits that can be used to screen for misreporting by participants in dietary studies. We applied the equation to two large datasets (National Diet and Nutrition Survey and National Health and Nutrition Examination Survey) and found that the level of misreporting was >50%. The macronutrient composition from dietary reports in these studies was systematically biased as the level of misreporting increased, leading to potentially spurious associations between diet components and body mass index.