Afsonderlike neurale stroombane beheer drange vs gesonde eetgewoontes, navorsers vind (2015)

KOMMENTAAR: Twee belangrike studies wat aantoon dat daar aparte stroombane bestaan ​​vir kompulsiewe suikerverbruik - of soos YBOP dit noem, 'a binge meganisme'. Daar is nog altyd gedink dat gedragsverslawing voortspruit net veranderinge aan “normale stroombane”. Alhoewel dit wel voorkom, is dit nou duidelik dat daar ook afsonderlike 'bingeing circuits' bestaan.

Dit maak evolusionêr sin. Dit is 'n manier om 'n dier aan te spoor om te veel te verbruik as voedsel beskikbaar is. Hierdie stroombane is afkomstig van die hipotalamus, wat ook die belangrikste kontrole-streek is vir seksuele gedrag, libido en ereksies. Ek het geen twyfel dat soogdiere 'binge circuit' vir seks sowel as voedsel het nie. Reproduksie is ons gene se topprioriteit en paringsgeleenthede is gewoonlik minder en verder tussen eetgeleenthede.


Dekodering suiker verslawing

Saam, vetsug en Tipe 2-diabetes staan ​​onder ons nasie se grootste gesondheidsprobleme, en dit is hoofsaaklik die gevolg van wat baie 'n verslawing aan suiker noem. Maar die oplossing van hierdie probleem is meer ingewikkeld as die oplos van dwelmverslawing, want dit verg die vermindering van die ry om ongesonde kosse te eet sonder om die begeerte om gesonde kosse te eet wanneer dit honger is.

In 'n nuwe koerant in Cell, neurowetenskaplikes by MIT het hierdie twee prosesse in muise ontwrig en getoon dat die inhibisie van 'n voorheen onbekende breinkring wat die verplegende suikerverbruik reguleer, nie inmeng met gesonde eetgewoontes nie.

"Vir die eerste keer het ons vasgestel hoe die brein kodeer vir sukkelende soek en ons het ook gewys dat dit verskil van normale, aanpasbare eet," sê senior skrywer Kay Tye, 'n beginselondersoeker by die Picower Instituut vir Leer en geheue wat voorheen nuwe tegnieke ontwikkel vir die studie van breinbane in verslawing en angs. "Ons moet hierdie kring in meer diepte bestudeer, maar ons uiteindelike doel is om veilige, nie-invasieve benaderings te ontwikkel om wanadaptiewe eetgedrag te voorkom, eers in muise en uiteindelik by mense."

Dwelmverslawing word gedefinieer as dwelmversoek, ondanks nadelige gevolge op skool, werk of tuis. Verslawende middels “kap” die brein as die natuurlike sentrum vir beloningverwerking, die ventrale tegmentale area (VTA). Maar voedsel is 'n natuurlike beloning en is, anders as 'n dwelm, nodig om te oorleef. Dit was dus onduidelik of ooreet die gevolg is van 'n soortgelyke dwang of van iets anders.

"Hierdie studie verteenwoordig na my mening 'n uitstekende stap vorentoe om die baie ingewikkelde aspekte van voedingsgedrag te verstaan," sê Antonello Bonci, wetenskaplike direkteur by die Nasionale Instituut vir Dwelmmisbruik, wat nie by die navorsing betrokke was nie. "Alhoewel daar in die verlede baie uitstekende studies was, kyk na die kompulsiewe bestuur van substansgebruiksversteurings. Dit is die eerste keer dat 'n studie baie diep en omvattend in dieselfde aspekte vir kompulsiewe voergedrag gaan. Uit 'n translasionele perspektief het die buitengewone multidissiplinêre benadering wat in hierdie studie gebruik is, 'n baie opwindende bevinding geproduseer: die verpligte suikerverbruik word bemiddel deur 'n ander neurale kring as fisiologiese, gesonde eetgewoontes.

Vir die studie het Tye en haar gegradueerde Edward Nieh gefokus op die verband tussen die VTA en die laterale hipotalamus (LH), wat beheer oor voeding. Maar omdat die LH ook verskeie ander gedrag beheer en aan verskeie ander breinstreke koppel, het niemand nog 'n voedings- en beloningsverwerkingsbaan geïsoleer nie. Tye en Nieh het eers die LH-neurone geïdentifiseer wat gekenmerk word deur die VTA en hul natuurlik voorkomende aktiwiteite in breinskyfies, met die hulp van Gillian Matthews, voorgeneem het voordat hulle na dierproewe verhuis. Elektrodes het die aktiwiteit van hierdie geïdentifiseerde neurone tydens dieregedrag aangeteken.

Muise hou natuurlik van sukrose - soortgelyk aan mense wat suikerryke koeldrank hou - en Nieh het muise opgelei om sukrose in 'n afleweringspoort te soek as hulle 'n aanduiding hoor en sien. Nadat die muise geleer het om 'n sukrose-beloning te voorspel, het hy die beloning ongeveer die helfte van die tyd lukraak weerhou - 'n bittere teleurstelling. Ander kere het die muise onverwags 'n sukrose-beloning ontvang sonder enige voorspellende aanwysing - 'n lieflike verrassing. Hierdie verskil tussen die verwagting en die ervaring word die beloning-voorspellingsfout genoem.

Die neurale opnames het getoon dat een tipe LH neurone wat met die VTA verbind word, eers aktief geword het nadat die dier geleer het om 'n sukrose-beloning te soek, of dit eintlik die beloning ontvang het. Nog 'n stel LH ​​neurone, by ontvangs van terugvoer van die VTA, het die reaksie op die beloning of sy weglating geënkodeer.

Vervolgens het Nieh saam met 'n MD / PhD-student in Tye se laboratorium, Stephen Allsop, gewerk om muise aan te pas sodat die neurale projeksies van LH-VTA liggevoelige proteïene dra wat neurone kan aktiveer of stil maak met ligpulse, 'n metode genaamd optogenetika. Die aktivering van die projeksies het gelei tot kompulsiewe eet van sukrose en verhoogde ooreet by volmuise. Deur hierdie roete te deaktiveer, word die dwangsuiker-soeke wat lyk soos verslawing, verminder, maar muise wat honger het, nie verhoed om gereeld chow te eet nie. 'Dit was opwindend omdat ons die opnamegegewens het om aan te toon hoe hierdie kompulsiewe suikersoek plaasvind,' sê Nieh, 'en ons kan net die kompulsiewe gedrag dryf of onderdruk deur baie presiese veranderinge in die neurale kring aan te bring.'

"Verslaafdes navorsers het veronderstel dat die oorgang van aksies na gewoontes na dwang die weg na verslawing vorm, maar presies waar en hoe dit in die brein gebeur, was 'n raaisel," sê Tye, wat ook die Whitehead Career Development Assistent Professor in MIT se brein- en kognitiewe wetenskappe. 'Nou het ons bewyse dat hierdie oorgang in die LH-VTA-stroombaan voorgestel word.'

Nieh, wat saam met Matthews, 'n postdoc in die Tye-laboratorium, gewerk het, het ook getoon dat die LH-neurone 'n mengsel van opwindende (glutamaat) en remmende (GABA) seine na die VTA stuur. Maar in teenstelling met die verwagting, was dit die remmende seine, nie die opwindende nie, wat die voedingsaktiwiteit by die muise veroorsaak het. Toe GABA-projeksies alleen geaktiveer is, het die muise hulle vreemd gedra, aan die onderkant van die hok geknaag en die bewegings pantomimeer om 'n voedselkluitjie na die mond te bring en dit te kou. (Hulle is gevoed, so hulle was nie honger nie.) "Ons dink dat die glutamatergiese projeksies die rol van die GABAergic-projeksies reguleer en bepaal wat geskik is om aan te knaag," sê Nieh. "Albei komponente moet saamwerk om sinvolle voedingsseine te kry."

"Dit is baie belangrik vir die veld, want dit is iets wat ons nie voorheen geweet het nie," sê Bonci, "en het die potensiaal om die manier waarop ons behandel word vir kompulsiewe ooreet, te herleef."

Die navorsers het ook die heterogene neurone gekenmerk aan die ontvangs van hierdie projeksies in die VTA. Elke subset van LH neurone verbind met dopamien- en GABA-produserende neurone in die VTA. Die laboratorium ondersoek nou hoe voeding en sukrose-soekende gedrag verskil op grond van die teiken neuron tipe.

Hierdie navorsing is geïnisieer as deel van Tye se 2013 NIH-direkteur se nuwe ondersoekerprys, met die langtermyndoelwit om 'n nuwe paradigma vir die behandeling van vetsug op te stel wat op ander neuropsigiatriese siektes toegepas kan word. Bykomende befondsing kom uit verskeie publieke en private bronne, insluitend Nieh se NSF-navorsingsgenootskap, die Integrative Neuronal Systems Fellowship, en die Opleidingsprogram in die Neurobiologie van Leer en Geheue. Kara N. Presbrey, Christopher A. Leppla, Romy Wichmann, Rachael Neve en Craig P. Wildes, almal lede van die Picower Instituut, het ook bygedra tot hierdie werk.


 

Wetenskaplikes het neurone wat verantwoordelik is vir oormatige voedselverbruik op 'n ongekende vlak van detail gedefinieer

By | Januarie 29, 2015

Twee onafhanklike navorsingspanne het bevolkings van neurone in die hipotalamus gedefinieer wat verantwoordelik is vir stimulering van voedsel-as-beloning, maar is waarskynlik nie nodig om te eet vir oorlewing nie. Albei groepe het hul bevindinge vandag (Januarie 29) gepubliseer Cell.

"Dit is groot vraestelle wat begin om die kompleksiteit en heterogeniteit van [die hipotalamus] en die spesifieke stelle neurone te definieer wat dramatiese gedragsresultate kan lewer," het hy gesê. Ralph DiLeone, 'n neurobioloog aan die Yale Universiteit wat nie by die werk betrokke was nie.

Gebruik optogenetika, neurowetenskaplike Garret Stuber by die Universiteit van Noord-Carolina, Chapel Hill, en sy kollegas het bevind dat die aktivering van GABAergic neurone binne die laterale hipotalamus (LH) muise gelei het om meer gereeld te voed, terwyl die aktiwiteit van hierdie neurone verhinder word om die muise te motiveer om nie meer te eet nie. Hierdie neurone was verskillend van ander neuronale bevolkings in die LH wat voorheen betrokke was by eet- en ander beloningsverwante gedrag. Wanneer hierdie neurone geneties geablateer was, was die muise minder gemotiveerd om 'n vloeibare kalorie-beloning te verkry. Die wetenskaplikes het ook gelyktydig kalsiumsignalering van honderde individuele GABAergiese neurone in vrybewegende muise gesimboliseer deur mikroendoskope in die LH in te plant en 'n miniaturiseerde fluorescentiemikroskoop aan die diere se koppe vas te maak. Die kalsium beeldvorming het duidelike bevolkings van GABAergic neurone wat aktief was by die eerste smaak van 'n voedselbeloning, of wanneer die muise hul neuse geslaan het, 'n teken van belangstelling in die kos, maar selde tydens beide aktiwiteite.

In vivo kan kalsiumbeeldvorming navorsers neuronale aktiwiteit op 'n groter skaal in spesifieke streke van die brein lees, het DiLeone gesê. Die tegniek is ontwikkel deur Mark Schnitzer se laboratorium aan die Stanford Universiteit. "Ses jaar gelede het ons nie een van hierdie tegnologieë gehad nie - genetiese ablasie, optogenetika, in vivo beeldvorming," het hy gesê. Paul Phillips, 'n neurowetenskaplike aan die Universiteit van Washington, het gesê Die wetenskaplike. "Dit is ongelooflik om die Stuber-laboratorium te sien, sit dit so skoon saam om belangrike neurowetenskap vrae te beantwoord."

Die neurone van die LH is uiteenlopend en is bekend om betrokke te wees by beloningsverwante gedrag soos eet, drink en seks. Maar kenmerkend van die uiteenlopende subpopulasies van neurone in hierdie breinstreek is histories 'n uitdaging. "Ons het die elektriese stimulasie bevindings vir meer as 30 jare gehad, maar ons het nie geweet [watter neurone] ons was aanmoedigend nie en of die voedingsverwante neurone van die LH af kom of diegene wat net deurloop tot optogenetiese tegnieke beskikbaar gestel, "het gesê Roy Wise, 'n neurowetenskaplike by die Nasionale Instituut vir Dwelmmisbruik wat nie by die werk betrokke was nie.

"Daar is opgewondenheid in die neurowetenskap veld vir in vivo beelding omdat dit ons vir die eerste keer toelaat om patrone van aktiwiteit binne molekulêr-gedefinieerde subpopulasies van neurone te bestudeer," het Stuber bygevoeg.

In die tweede studie, onder leiding van MIT neurowetenskaplike Kay Tye, het navorsers twee verskillende neuronale populasies geïdentifiseer in die stroombaan wat die LH en die ventrale tegmentale area (VTA) van die middelbrein verbind, wat bekend is vir sy beloningverwerkingsfunksie. Die mede-outeur van die studie het gesê of neurone in hierdie LH-VTA-projeksies op suiker self reageer, of op die daad om suiker te kry. Edward Nieh, 'n gegradueerde student in Tye se laboratorium. "Nou weet ons dat daar subpopulasies van neurone is wat op verskillende leidrade reageer - die suiker en die suiker self."

Deur gebruik te maak van 'n variasie op 'n optogenetiese tegniek, het die span spesifiek net die neurone in die LH geteiken wat verband hou met die VTA. Ondersoek van vrybewegende muise, het die span bevind dat die neurone wat die LH aan die VTA verbind, geaktiveer is tydens die soeke na suikerbeloning, ongeag of die beloning verkry is. Die inhibisie van hierdie kring het net die kompulsiewe suiker-soekende nie-normale voedingsgedrag verminder nie - in hierdie muise. Die stimulering van slegs die GABAergiese neurone in hierdie kring het ongewone gedrag geproduseer: die diere het by die vloer of leë spasie in hul hokke gegniel toe daar geen kos teenwoordig was nie. En die stimulering van hierdie neurone het ook gelei tot klassieke kompulsiewe gedrag om 'n straf-elektriese skok te oorkom - om die suikerbeloning te kry, en verhoogde kompulsiewe ooreet.

"Ons kan kompulsiewe sukrose-soek, maar nie hul normale voeding beïnvloed nie," het Nieh gesê. "Dit is belangrik, want vir die behandeling van kompulsiewe eetgedrag wil ons net die ongesonde dele van eet en stop normale eetgewoontes."

"Daar is 'n duidelike toepassing op voedingsafwykings en miskien dwelmmisbruik en dobbel, want dit kan 'n algemene pad wees wat hierdie soort gedrag aktiveer," het Phillips gesê.

In 'n e-pos aan Die wetenskaplike, Het Tye gesê haar laboratorium werk nou beter om 'n neuronale handtekening te definieer wat in real-time opgespoor kan word om intervensies te ontwikkel om kompulsiewe ooreet en ander verslawende gedrag te stop voordat hulle begin.

JH Jennings et al., "Visualisering van hipotalamiese netwerkdinamika vir appetitiewe en sonsummatiese gedrag," Cell, doi.org/10.1016/j.cell.2014.12.026, 2015. 

EH Nieh et al., "Decoding neurale stroombane wat kompulsiewe sukrose beheer soek," Sel, doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.003, 2015.