مكافأة الطعام ، فرط النشاط ، والسمنة (2011)

هانز رودولف بيرتهود, ناتالي ر. ليناردو أندرو سي شين

بالنظر إلى مشكلة السمنة التي لا هوادة فيها ، هناك زيادة في تقدير التعبيرات مثل "عيناي أكبر من معدتي" ، وتشير الدراسات الحديثة في القوارض والبشر إلى أن مسارات مكافأة الدماغ التي لا توازن لها قد تسهم ليس فقط في إدمان المخدرات ولكن أيضًا في زيادة تناولها الأطعمة مستساغ والسمنة في نهاية المطاف. بعد وصف التقدم الأخير في الكشف عن المسارات العصبية والآليات الكامنة وراء المكافأة الغذائية وإعطاء البصيرة التحفيزية عن طريق إشارات الحالة الداخلية ، نقوم بتحليل العلاقة الدائرية المحتملة بين تناول الطعام المستساغ ، وسوء فرط ، والسمنة. هل توجد فروق مسبقة للفروق في وظائف المكافأة في سن مبكرة ، وهل يمكن أن تكون مسؤولة عن تطور السمنة في وقت لاحق من الحياة؟ هل يسبب التعرض المتكرر للأطعمة المستساغة سلسلة من التوعية مثل الإدمان على المخدرات والكحول؟ هل تتغير وظائف المكافأة من خلال التأثيرات الثانوية للحالة السمينة ، مثل زيادة التشوير عبر مسارات الإجهاد الالتهابية والمؤكسدة والميتوكوندريا؟ إن الإجابة على هذه الأسئلة ستؤثر بشكل كبير على الوقاية والعلاج من السمنة وأمراضها المصاحبة وكذلك اضطرابات الأكل وإدمان المخدرات والكحول.

العديد من متع الطعام.

عادة ما يكون تناول الطعام أمرًا ممتعًا ومكافئًا ، وقد تم التكهن بأن اللذة المتأصلة في تناول الطعام قد تطورت لتوفير الحافز الضروري للانخراط في هذا السلوك الحاسم في البيئات السلبية والعادية (94). وهكذا ، فإن الغذاء هو معزز طبيعي قوي يتنافس مع معظم السلوكيات الأخرى ، خاصة عندما يكون الفرد يعاني من الجوع الأيضي. لا يقتصر السلوك الاحترازي على فعل الأكل ، بل يتألف من المراحل التحضيرية والانتقائية وما بعد الطور (15). يتم إجراء التقييم الهضمي وتجهيز المكافأة في كل من هذه المراحل الثلاث من السلوك الاحترازي ويحدد بشكل حاسم نتائجها.

في المرحلة التحضيرية ، قبل إجراء أي اتصال عن طريق الفم مع الطعام ، يلعب المكافأة المتوقعة دورًا محوريًا. يمكن تقسيم هذه المرحلة أيضًا إلى مرحلة البدء (تبديل الانتباه من سلوك آخر) مرحلة الشراء (التخطيط ، البحث عن الطعام) ، ومرحلة متقدمة (رؤية وشم الطعام). مرحلة البدء هي العملية الرئيسية التي يتم فيها اختيار أو اختيار أو اتخاذ قرار لمتابعة نشاط معين موجه للهدف وليس نشاطًا آخر. إن عملية اتخاذ القرار المسؤولة عن تبديل الاهتمام هي عنصر مركزي في مجال علم الاقتصاد العصبي الحديث ، ومكافأة التوقع هو العامل الرئيسي الذي يحدد نتيجة هذه العملية. تشير الأبحاث إلى أن هذا الدماغ يستخدم هذا الاختيار ، وهو يستخدم تمثيلات للمتوقع-المكافأة ومتطلبات الجهد / المخاطرة من التجارب السابقة لتحسين التكلفة / الفائدة (76, 111, 118, 139, 148). وبالتالي ، فإن قرار متابعة هذا الهدف الجديد يعتمد إلى حد كبير على توقع المكافأة وليس استهلاكها فعليًا. الفترة الزمنية بين اتخاذ القرار والقدرة الفعلية على استهلاك المكافأة هي مرحلة الشراء. اعتادت هذه المرحلة أن تكون طويلة جدًا في أسلافنا البشريين وفي حيوانات اليوم التي تعيش بحرية ، كما هو موضح في الماعز الجبلي الكندي الذي ينحدر من ارتفاعات أعلى إلى قاع النهر على بعد مائة ميل لإشباع شهيته للملح. يبدو أن المكافأة المتوقعة هي المحرك الرئيسي للحفاظ على التركيز خلال هذه الرحلة. خلال مرحلة الشهية ، تبدأ السمات الحسية المباشرة للكائن الهدف ، مثل الرؤية والشم وتذوق أول قضمة من الطعام في النهاية ، في تقديم ردود الفعل الأولى لقيمة المكافأة المتوقعة وقد تعزز بشكل حاد قوتها التحفيزية. ينعكس تضخيم الشهية هذا من خلال توليد استجابات المرحلة الرأسية ، والمعروفة من قبل الفرنسيين باسم l'appetit vient en mangeant (تنمو الشهية مع اللدغات الأولى). اللقمة الأولى هي أيضًا الفرصة الأخيرة لرفض الطعام إذا كان لا يفي بالتوقعات أو حتى أنه سام.

تبدأ المرحلة التكميلية (الوجبة) عندما يتم تأكيد أو تجاوز المكاسب الأولية ، بناء على اللقمة الأولى. خلال الأكل ، تستمد المتعة المباشرة مباشرة من الأحاسيس الذوقية والشمية ، مما يدفع الاستهلاك طوال الوجبة حتى تهيمن إشارات الإشعاع (166). إن طول الطور الطولي متغير للغاية حيث يستغرق بضع دقائق فقط لإلتهام الهامبرغر ، ولكن قد يستغرق ساعات لتذوق وجبة مكونة من خمسة أطباق. خلال هذه الوجبات الأطول ، يشتغل الطعام المبتكر بشكل متزايد عمليات المكافأة التي تتفاعل مع المكافأة الشفهية.

تبدأ مرحلة ما بعد الاستهلاك في نهاية وجبة الطعام وتدوم طوال الطريق إلى نوبة البواسعة المقبلة. ربما تكون هذه المرحلة هي المرحلة الأكثر تعقيدا وأقلها فهمًا للسلوك الوقائي من حيث معالجة المكافآت ، على الرغم من أن آليات الشبع والشبع قد تم دراستها بشكل شامل وتم تحديد قائمة طويلة من عوامل الشبع. كما ذكرنا أعلاه ، يبدو أن مستشعرات المغذيات في الجهاز الهضمي وفي أماكن أخرى من الجسم تساهم أيضًا في توليد المكافأة الغذائية أثناء وبعد تناول الوجبة (153). كما يتم التعبير عن نفس مستقبلات الذوق الموجودة في تجويف الفم في الخلايا الظهارية الأمعاء (144) وفي ما تحت المهاد (131). ولكن حتى عندما يتم التخلص من كل معالجة التذوق عن طريق التلاعب الجيني ، فإن الفئران لا تزال تتعلم تفضيل السكر فوق الماء ، مما يوحي بتوليد المكافأة الغذائية من خلال عمليات استخدام الجلوكوز (44). فبدلاً من اللذة الحادة للطعام اللذيذ في الفم ، هناك شعور عام بالرضا الذي لا يزال قائماً بعد فترة طويلة من الإنهاء ، وعلى الأرجح يساهم في تعزيز قوة الوجبة. علاوة على ذلك ، في البشر ، غالبا ما تكون وجبات الطعام جزءا لا يتجزأ من التفاعلات الاجتماعية الممتعة وأجواء ممتعة. وأخيرا ، فإن المعرفة بأن تناول أطعمة معينة أو تقليل السعرات الحرارية سوف تؤتي ثمارها من خلال كونها أكثر صحة ويمكن أن تعيش فترة أطول يمكن أن تولد شكلا آخر من أشكال السعادة أو المكافأة.

وهكذا ، فإن مجموعة متنوعة من المنبهات الحسية والحالات العاطفية أو المشاعر ذات التشكيلات الزمنية المختلفة إلى حد كبير تشكل تجربة تناول الطعام المجزية ، والوظائف العصبية الأساسية بدأت في الظهور.

الآليات العصبية لوظائف مكافأة الغذاء: الإعجاب والرغبة.

كما لا يوجد مركز الجوع ، لا يوجد مركز المتعة في الدماغ. بالنظر إلى المشاركة المعقدة من المتعة والمكافأة في السلوكيات المحركة (وغيرها) على النحو المبين أعلاه ، فمن الواضح أن العديد من الأنظمة العصبية متورطة. من المحتمل أن تكون الأنظمة العصبية التي يتم تنشيطها عن طريق التفكير في الطبق المفضل ، أو تذوق الحلوى في الفم ، أو الميل إلى الخلف بعد تناول وجبة مشبعة ، مختلفة تمامًا ، على الرغم من أنها قد تحتوي على عناصر مشتركة. إن التعرف على هذه الاختلافات والعناصر المشتركة هو الهدف النهائي للباحثين في مجال السلوك الوقائي.

ربما تكون أكثر الطرق سهولة في الوصول إليها هي اللذة الحادة الناتجة عن الحلوى في الفم. حتى في ذبابة الفاكهة مع نظامها العصبي بدائية، وتحفيز الخلايا العصبية الذوقية مع السكر المنشط، في حين التحفيز بمادة المريرة مستعمل، وزوج من الخلايا العصبية الحركية في العقدة تحت المريء، مما يؤدي إلى إما ابتلاع قوي أو الرفض (68) ، مضيفا إلى الأدلة المتزايدة على أن الذوق تطورت كنظام مائي لإبلاغ الحيوان إما بقبول أو رفض بعض الأطعمة. في الفئران مع التعبير الجيني للمستقبِل ليجند طعمًا طبيعيًا في خلايا المستقبلات الحلوة أو المريرة ، فإن التحفيز مع الليجانت ينتج جذبًا قويًا أو تجنب الحلول الحلوة ، على التوالي (197). والأهم من ذلك ، أن الكينين (quinine) ، وهو مركب ترابط شريطي مرير ، أنتج جاذبية قوية في الفئران مع التعبير عن مستقبل مرير في خلايا مستقبلات ذوق الإحساس الحلو (114). تشير هذه النتائج إلى أن الشكل الأكثر بدائية من الإعجاب والكراهية قد يكون أصلاً مضمنًا في مكونات المسارات الذوقية المحيطية. كما هو موضح في الفئران decerebrate (70) و anencephalic طفل (171) ، تعبير عن الوجه السعيد المميز عند تذوق الحلويات (11, 13يبدو أنه منظّم عصبيًا داخل جذع الدماغ ، مما يوحي بأن الدماغ الأمامي ليس ضروريًا للتعبير عن هذا الشكل الأكثر بدائية من "الإعجاب" الأساسي (13). في الثدييات ، فإن جذع الدماغ الذيلي هو ما يعادل العقدة تحت المريئية ، حيث يتم دمج ردود الفعل الحسية المباشرة من اللسان والأمعاء في الأنماط الحركية الأساسية للابتلاع (166, 179). وهكذا ، يبدو أن دارة جذع الدماغ الأساسية هذه قادرة على التعرف على فائدة وحافز حافز الذوق وبدء الاستجابة السلوكية المناسبة.

ومع ذلك ، حتى إذا تم تنظيم بعض من هذا السلوك الانعكاسي الموجه ذو الذوق البدائي داخل جذع الدماغ ، فمن الواضح أن دارات دماغ الدماغ لا تعمل عادة في عزلة ، ولكنها تتواصل بشكل وثيق مع الدماغ الأمامي. حتى في ذبابة الفاكهة، لا تتشابك خلايا المستقبلات ذات الطعم المباشر مع الخلايا العصبية الحركية المسؤولة عن المخرجات السلوكية الموجهة بالذوق (68) ، مما يترك الكثير من الفرص للتأثيرات التحليلية من مناطق أخرى في الجهاز العصبي. ومن الواضح أن للتأثير الحسي الكامل من الطعام مستساغا، وشعور شخصي من المتعة في البشر، تم دمج طعم مع طرائق الحسية الأخرى مثل الشم والفم يشعر في مناطق الدماغ المقدم بما في ذلك اللوزة، وكذلك الأساسي والعالي من الدرجة القشرية الحسية المناطق ، بما في ذلك القشرة الأرضية والجزرية الأمامية ، لتشكيل تمثيلات حسية من أطعمة معينة (43, 45, 136, 141, 163, 164, 186). المسارات العصبية الدقيقة التي من خلالها تؤدي الإدراكات أو التمثيلات الحسية إلى توليد المتعة الذاتية (إعجاب Berridge ، انظر قاموس المصطلحات) ليست واضحة. تشير دراسات التصوير العصبي لدى البشر إلى أن اللذة ، كما تم قياسها بالتصنيفات الذاتية ، يتم حسابها ضمن أجزاء من القشرة الأمامية المدارية وربما القزحية (13, 99).

في الحيوانات ، يمكن الوصول تجريبيًا إلى مكونات العقل الباطن للمتعة (الإعجاب "الأساسي لـ Berridge) والنفور ، وأحد نماذج الاختبار المحددة القليلة هو قياس التعبيرات الفموية الإيجابية والسلبية عند تذوق المنبهات الممتعة (الحلوة عادةً) أو المنبهات (11). باستخدام هذه الطريقة ، Berridge وزملائه (12, 122قد أظهر تضييقًا ضيقًا ، pleasure-opioid receptor-mediated pleasure (“liking”) hotspots في النواة المتكئة shell و pallidum البطني. لقد أوضحنا مؤخرًا أن النواة المتكئة حقنة rece-opioid receptor antientist عابرة مثل هذه التكاثرات التوضيحية المؤثّرة السكرية الإيجابية158). معا النتائج تشير إلى أن الذاتية إشارات-μ للمواد الأفيونية في النواة المتكئة (المخطط البطني) وتشارك بالغة في التعبير عن "تروق". ونظرا لأن نظم الانتاج السلوكي قياسها داخل الدماغ، ومخططي بطني "تروق" نقطة ساخنة يجب أن تتواصل بطريقة أو بأخرى مع هذه الدائرة الأساسية الانعكاسية ، لكن طرق التواصل غير واضحة.

أحد الأسئلة الرئيسية هو كيف يتم ترجمة الدافع للحصول على مكافأة إلى عمل (113). في معظم الحالات ، يأتي الدافع إلى الثمر عن طريق الذهاب إلى شيء قد ولدت المتعة في الماضي ، أو بعبارة أخرى عن طريق الرغبة في ما يحب. يبدو أن إشارات الدوبامين في نظام إسقاط الدوبامين المتوسطي تعد عنصرا حاسما في هذه العملية. النشاط الطوري لتنبؤات الخلايا العصبية الدوبامين من المنطقة السطحية البطنية إلى النواة المتكئة في المخطط البطني هي على وجه التحديد تشارك في عملية صنع القرار خلال المرحلة التحضيرية (الشهية) للسلوك الوقائي (26, 148). بالإضافة إلى ذلك ، عندما تستهلك الأطعمة المستساغة مثل السكروز فعليًا ، تحدث زيادة مستمرة ومستدامة في النواة المتكئة لمستويات الدوبامين والدوران (75, 80, 165). وهكذا يبدو أن إشارات الدوبامين في النواة المتكئة تلعب دورًا في كل من المرحلتين التحضيرية والأوائلية لنوبة احتراق. وبالتالي ، فإن نواة قذيفة المتكئة هي جزء من حلقة عصبية بما في ذلك الوطاء الوحشي ومنطقة tegmental البطنية ، مع الخلايا العصبية orexin تلعب دورا رئيسيا (7, 22, 77, 98, 115, 125, 175, 199). من المحتمل أن تكون هذه الحلقة مهمة لإسناد البصيرة التحفيزية إلى كائنات الهدف من خلال إشارات الحالة الأيضية المتاحة إلى الوطاء الجانبي ، كما هو موضح أدناه.

باختصار ، على الرغم من وجود محاولات حديثة ممتازة لفصل مكوناتها ، إلا أن المفهوم الوظيفي والدوائر العصبية التي تقوم عليها المكافأة الغذائية لا تزال غير محددة بشكل واضح. على وجه التحديد ، ليس من المفهوم جيدا كيف يتم حساب المكافأة ، التي يتم توليدها أثناء التوقع ، والدخول ، والإشباع ، ومتكاملة. سيكون البحث المستقبلي باستخدام تقنيات التصوير العصبي الحديثة في البشر والتحليلات الكيميائية العصبية الغازية في الحيوانات ضروريًا لفهم أكثر اكتمالاً. ولعل أهم خطوة في عملية ترجمة مثل هذه التمثيلات الحسية إلى أفعال هي إسناد ما يسميه Berridge "البراعة الحافزة". وتسمح هذه الآلية لحيوان يتضور جوعا أن يعرف أنه يحتاج إلى سعرات حرارية أو كائن حي مستنفد من الملح لمعرفة أنه يحتاج إلى الملح. وتناقش تعديل العمليات hedonic من قبل الحالة الأيضية أدناه.

التحوير عن طريق المهاد.

داخل منطقة ما تحت المهاد ، كان يُعتقد في الأصل أن النواة المقوسة مع الببتيد العصبي Y والخلايا العصبية proopiomelanocortin تلعب دورًا حصريًا في دمج إشارات التمثيل الغذائي. لكن من الواضح أن مستقبلات اللبتين تقع في مناطق أخرى من الوطاء مثل النوى البطنية الوسطى والظهرية والظهرية ، بالإضافة إلى المناطق الجانبية وحول الزوايا حيث من المحتمل أن تساهم في تأثيرات اللبتين على تناول الطعام وإنفاق الطاقة (101, 102). منذ فترة طويلة من المعروف أن التحفيز الكهربائي للهايب الوحشي يتسبب في تناول الطعام وأن الجرذان تتعلم بسرعة إلى التحفيز الكهربائي ذاتي الإدارة (83, 183). تعدل الإشارات الاستقلابية عتبة التحفيز من أجل التحفيز الذاتي الموضعي وتغذيتهم (16, 17, 20, 64, 81-83, 89). أظهرت التحقيقات الأخيرة أن الخلايا العصبية الوتيرية الجانبية تعبر عن orexin (77, 199) وغيرها من المرسلات مثل neurotensin (101, 107تقديم مدخلات تعديلية إلى الخلايا العصبية الدوبامين الدماغ المتوسط ​​المعروفة جيدا أن تكون لاعبين أساسيين في ترجمة التحفيز إلى عمل (10, 14, 22, 42, 77, 91, 148, 194, 196). يمكن للخلايا العصبية Orexin دمج إشارات الحالة الأيضية المختلفة مثل الليبتين والأنسولين والجلوكوز (2, 25, 51, 107, 160). بالإضافة إلى الخلايا العصبية الدوبامين الدماغ المتوسط ​​، والخلايا العصبية orexin المشروع على نطاق واسع داخل الدماغ الأمامي الدماغ و الدماغ. على وجه الخصوص ، حلقة المهاد - المهاد مخطط للورم التي تنطوي على الإسقاطات orexin إلى نواة paraventricular من المهاد interneurons مخطط المهاد والكوليني (93) ، وإسقاطات orexin للمناطق الحركية أو autonomic في الدماغية الذيلية (6). كل هذه التوقعات الاستراتيجية تضع الخلايا العصبية الأوتومينية تحت المهاد في الموضع المثالي للربط بين الاحتياجات الداخلية والإمكانيات البيئية لتحقيق خيارات تكيفية مثالية.

تعديل "الرغبة" من خلال نظام الدوبامين الميزوليمبي.

تراكمت أدلة كبيرة مؤخرا لتشكيل مباشر من الخلايا العصبية الدوبامين الدماغ المتوسط ​​عن طريق إشارات الحالة الأيضية. بعد العرض الأولي أن الحقن الليبتين والأنسولين مباشرة في منطقة الدماغ هذه قمع التعبير عن تفضيل المكان المسمى بالأطعمة (61أثبتت دراسات أخرى أن حقن الليبتين هذه تقلل من نشاط العصبونات الدوبامين وتؤدي إلى انخفاض حاد في كمية الطعام ، في حين تؤدي ضربة قاضية غير مسبوقة لمستقبلات اللبتين على وجه التحديد في المنطقة القطبية البطنية (VTA) إلى زيادة تفضيل السكروز وزيادة الاستهلاك الغذائي المستساغ (84). في المقابل ، يبدو أن عمل جريلين مباشرة داخل VTA يعمل على تنشيط الخلايا العصبية الدوبامين ، وزيادة المتكثفات الدوبامين ، وزيادة كمية الطعام (1, 88, 116). وتشير هذه النتائج معًا إلى أن جزءًا من محرك الأوديجينيك من غريلين ومحرك الشهيق الشرياني من الليبتين يتم تحقيقه عن طريق التشكيل المباشر لوظائف البحث عن المكافأة بوساطة الخلايا العصبية الدوبامين الدماغية الوسطى. ومع ذلك ، قد يكون هذا التعديل أكثر تعقيدًا ، حيث أن الفئران التي تعاني من نقص في الليبتين (غياب تشوير مستقبلات الليبتين) تظهر نشاطًا خاليًا من الخلايا العصبية من الدوبامين بدلاً من زيادة نشاطه [كما هو متوقع من تجارب ضربة قاضية فيروسية في الجرذان (84)] ، واستعاد العلاج ببدائل الليبتين نشاط الدوبامين الطبيعي العصبي وكذلك التحسس الحركي الناتج عن الأمفيتامين (63). أيضا ، في الفئران العادية ، يشجع اللبتين نشاط هيدروكسيلاز التيروزين وتدفق الدوبامين بوساطة الأمفيتامين في النواة المتكئة (119, 124). وهذا يفتح الاحتمال المثير للاهتمام بأن نظام الإشارات الدوبامين المغزلي المكبوت (بدلاً من واحد مفرط النشاط) يرتبط بتطور فرط البلع التعويضي والسمنة ، كما هو مقترح من خلال فرضية نقص المكافأة التي تمت مناقشتها في القسم الرئيسي التالي. في ظل هذا السيناريو ، من المتوقع أن يزيد الليبتين من كفاءة إشارات الدوبامين بدلاً من تثبيطه.

تعديل "الإعجاب" من خلال المعالجة الحسية والتمثيل القشري والضوابط المعرفية.

كما تم تفصيله أعلاه ، تتلاقى المعلومات البصرية ذات الصلة بالأغذية ، والشمية ، والمذياقية ، وغيرها في مجالات الارتباط المتعدد الأشكال والمناطق ذات الصلة مثل القشرة الأمامية المدارية ، و insula ، واللوزة ، حيث يُعتقد أنها تشكل تمثيلات للتجربة مع الطعام لتوجيه التيار والمستقبل. سلوك. تشير الدراسات الحديثة إلى أن حساسية هذه القنوات الحسية والنشاط داخل القشرة الأمامية الموضعية ، واللوزة ، والعازل تتشكل بواسطة إشارات الحالة الأيضية.

في القوارض ، تبين أن عدم وجود هرمون الليبتين يزيد ويزيد من الليبتين لتثبيط الطعم المحيطي والحساسية الشمية (66, 90, 157). كما يمكن أن يقوم الليبتين بتعديل المعالجة الحسية في خطوات معالجة ذوقية وشمية أعلى ، كما يتضح من وجود مستقبلات الليبتين وتعبير فوس الناجم عن الليبتين في نواة السبيل الانفرادي ، والنواة القُطرية ، والبصلة الشمية ، وقشور القِزْعِ المُعزِّزَة والكمبائية (53, 74, 86, 112, 159).

في القشرة الأمامية المدارية واللوزية للقرود ، كانت الخلايا العصبية الفردية التي تستجيب لمذاق مغذيات معينة مثل الجلوكوز والأحماض الأمينية والدهون مشكَّلة بالجوع بطريقة محددة للحواس (137, 138, 140, 141). وبالمثل ، تم ترميز اللامبالاة الذاتية في البشر من خلال النشاط العصبي في القشرة المتوسطة المدارية الإنسية كما تم قياسه بواسطة التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) وكان عرضة للشبع الحسي ، وهو شكل من أشكال تخفيض قيمة المقوِّية (45, 100, 117, 135).

أيضا من خلال قياس الرنين المغناطيسي الوظيفي ، فقد تبين أن التغييرات التي يسببها التغير في التنشيط العصبي وقعت في عدة مناطق من القشرة الحسية البشرية والمحاذاة المدارية ، وبشكل تفضيلي في النصف المخي الأيمن (164). وبمقارنة حالة الصائم مقابل التغذية ، زاد الحرمان من الغذاء من عمليات تنشيط القشرة البصرية (القشرة الظهارية القشرية) والقرنية (المعالجة القشرية) ، عن طريق رؤية وطعم الطعام (181). في دراسة أخرى ، أثارت صور الطعام التي أثارت نشاطًا قويًا في القشرة البصرية والبدائية وقرن آمون وتحت المهاد تحت ظروف اليوكالوريك ، تنشيطًا أضعف بكثير بعد أيام 2 من الإفراط في التغذية (30). في دراسة حديثة لاستكشاف العواقب الوظيفية العصبية للحمية في البشر البدينين ، وجد أنه بعد فقدان الوزن الذي يسببه النظام الغذائي 10٪ ، تم تحسين التغييرات العصبية الناجمة عن العظة الغذائية البصرية بشكل ملحوظ في العديد من مناطق الدماغ التي تتعامل مع الحواس من الدرجة العليا الإدراك ومعالجة الذاكرة العاملة ، بما في ذلك منطقة في التلفيف الصدغي الأوسط المشترك في معالجة بصرية عالية الترتيب (142). تم عكس كل من هذه الاختلافات الناجمة عن فقدان الوزن بعد علاج الليبتين ، مما يشير إلى أن انخفاض لبتين يحسس مناطق الدماغ الاستجابة لمنبهات الغذاء. التنشيط العصبي في النواة المتكئة المنبثقة من المحفزات الغذائية البصرية مرتفع جداً في المراهقين الذين يعانون من نقص البروتين الوراثي ويعود بسرعة إلى المستويات الطبيعية عند إعطاء الليبتين (57). في حالة النقص في الليبتين ، ارتبط تنشيط النواة المتكئة ارتباطًا إيجابيًا بالتصنيفات المرغوبة للأطعمة الموضحة في الصور في كل من الحالة الصامتة والمغذية. حتى الأغذية التي تعتبر لطيفة في الظروف العادية (مع الليبتين في الحالة المشبعة) كانت تحب كثيرا في حالة عدم وجود إشارة لبتين. بعد علاج الليبتين في هؤلاء المرضى الذين يعانون من نقص الليبتين ، وفي المواضيع العادية ، كان ارتباط النواة المتكئة فقط مرتبطًا بالتصنيفات في حالة الصيام (57).

وعلاوة على ذلك ، فإن النشاط العصبي في مناطق الدماغ التي يعتقد أنها تشارك في المعالجة المعرفية لتمثيل الغذاء مثل اللوزة ومجمّع الحصين يتم تشكيله بواسطة الليبتين (78, 79, 105) وغريلين (27, 50, 92, 109, 147, 189). وهكذا ، من الواضح تماما أن عمليات التقييم اللاواعي والخبرات الذاتية للسعادة في الحيوانات والبشر تتشكل من خلال الحالة الداخلية.

باختصار ، فإن إشارات الحالة الأيضية تؤثر على كل عملية عصبية متضمنة في الحصول على الطعام واستهلاكه وتعلمه. ومن غير المحتمل أن تكون الآليات التي تنسب إلى الحوافز المحفزة للمحفزات الشهية نابعة بشكل حصري من مناطق استشعار المغذيات في منطقة ما تحت المهاد. بدلا من ذلك ، يتم تنظيم هذه العملية التي تحافظ على الحياة بطريقة زائدة وموزعة.

هل الاختلافات الوراثية والفوارق الموجودة مسبقاً في وظائف المكافأة تسبب السمنة؟

أحد الفرضيات الأساسية هنا هو أن الوصول غير المحدود إلى الطعام المستساغ يؤدي إلى الإفراط في تناول الطعام والسمنة في نهاية المطاف ، وتسمى الفرضية الشريرة للبساطة. ويدعم هذه الفرضية من قبل العديد من الدراسات في الحيوانات التي تبين زيادة تناول الأطعمة مستساغة وتطوير السمنة ، ما يسمى السمنة الناجمة عن النظام الغذائي (143, 151, 152, 154, 167, 178, 180, 193, 195). هناك أيضا الكثير من الدراسات البشرية التي تبين الآثار الحادة للتلاعب بالاستساغ ، والتنوع ، وتوافر الغذاء (191, 192) ، على الرغم من أن القليل من الدراسات التي يتم التحكم بها تظهر تأثيرات طويلة المدى على توازن الطاقة (120, 134).

في نظريتها ، لا تتطلب فرضية الشراهة وظائف المكافأة غير طبيعية. إنها تتطلب فقط أن تكون الظروف البيئية غير طبيعية (زيادة الوصول إلى الأطعمة المستساغة والتعرض للإشارات). على الرغم من أن الضغوط البيئية تدفع عمومًا السكان إلى زيادة كمية الطعام ووزن الجسم ، إلا أن هذا التفسير البسيط لا يفسر حقيقة أنه ليس كل الأشخاص الذين يتعرضون لنفس البيئة السامة يكتسبون وزناً. وهذا يشير إلى أن الاختلافات الموجودة سابقاً تجعل بعض الأفراد أكثر عرضة لزيادة توافر الغذاء والغذاء مستساغين ، والسؤال الحاسم هو ما قد تكون هذه الاختلافات. هنا نقول أن الاختلافات في وظائف المكافأة هي المسؤولة ، ولكن من الممكن أيضا أن الاختلافات في الطريقة التي يعالج بها النظام المتجانس الإكثار من الإفراط في تناول الطعام مهمة. في ظل هذا السيناريو ، يمكن أن يظهر الفرد جميع علامات الإفراط في تناول الطعام ، ولكن المنظم (أو الآليات الأخرى التي تسبب توازن طاقة سلبي) سيكون قادرا على مواجهة هذا التأثير على المدى الطويل.

يمكن تحديد الاختلافات الموجودة مسبقًا بالتعديلات الوراثية والتخللية ، ومن خلال تجربة الحياة المبكرة من خلال البرمجة التنموية. من بين 20 أو الجينات الرئيسية (دليل واضح من دراستين مستقلتين على الأقل) مرتبطة بتطور السمنة (129) ، لا أحد منهم متورط بشكل مباشر في الآليات المعروفة لمهام المكافآت. ومع ذلك ، ولأن التأثير المشترك لهذه الجينات لا يمثل سوى أقل من ∼5٪ من السمنة البشرية ، فمن المرجح أن العديد من الجينات المهمة لم يتم اكتشافها بعد ، والتي يمكن أن يعمل بعضها ضمن نظام المكافآت.

هناك مجموعة كبيرة من الأدبيات التي تدل على الاختلافات في وظائف المكافأة بين الحيوانات الخالية من الدهون والحيوان والبشر (40, 162, 173, 174). يمكن أن توجد مثل هذه الاختلافات قبل تطور السمنة أو قد تكون ثانوية للدولة البدانة ، لكن دراسات قليلة حاولت أن تفصل بين هاتين الآليتين. من المهم أيضًا ملاحظة أن الاختلافات الموجودة مسبقًا في وظائف المكافأة لا تؤدي تلقائيًا إلى السمنة لاحقًا في الحياة.

مقارنة الأجسام الضعيفة والسمنة التي تحمل أليل مختلفة إما من مستقبلات الدوبامين D2-receptor أو مستقبلات الأفيون μ-opioid تكشف الاختلافات في الاستجابات السلوكية والعصبية للأطعمة المستساغة (39, 40, 60, 172). تم الإبلاغ عن اختلافات عديدة في إشارات الدوبامين المسيرية (بالإنجليزية: mesolimbic dopamine signaling) في السلالات التي تمت تربيتها بشكل انتقائي من الجرذان المعرضة للبدانة والبدانة.41, 65) ، ولكن معظم هذه الدراسات استخدمت الكبار ، والحيوانات السمينة بالفعل. في دراسة أولية واحدة فقط كان هناك اختلاف شوهد في سن مبكرة (65) ، لذلك ليس من الواضح ما إذا كانت الاختلافات في وظائف المكافأة موجودة سلفًا ويتم تحديدها وراثياً أو اكتسابها عن طريق التعرض لمحفزات غذائية مستساغة و / أو ثانوية بالنسبة للحالة السمينة. ولأن الجرذان المعرضة للسمنة تصاب بدرجة من السمنة حتى على حمية غذائية منتظمة ، فإنه ليس من الواضح أيضا إلى أي مدى يعتمد الفرق الجيني على مدى توافر غذاء مستساغ مقابل الطعام ، بحيث يتم التعبير عنه بطريقة روتينية (جينات حساسية). إشارات الدوبامين ميزولبيك هي أيضا قمع بشدة في نقص اللبتين OB / اوب الفئران وانقاذهم عن طريق استبدال اللبتين النظامية (63). ومع ذلك ، في البشر الذين يعانون من نقص في لبتين وراثيا ، فإن النشاط العصبي في النواة المتكئة المنبثقة عن مشاهدة صور الأطعمة المستساغة كان مبالغا فيه في غياب الليبتين وألغي بعد إعطاء الليبتين (57). علاوة على ذلك ، أظهرت تصوير الأعصاب PET انخفاض انخفاض مستقبلات الدوبامين D2-receptor في الغالب في الظهري والجانبي ، ولكن ليس بطني ، المخطط (187). على أساس هذه الملاحظة الأخيرة ، تم صياغة فرضية العوز-المكافأة ، مما يشير إلى أن زيادة تناول الطعام هو محاولة لتوليد المزيد من المكافآت في التعويض عن انخفاض الإشارات الدوبامين mesolimbic (19, 128, 187). من الواضح أن هناك حاجة إلى أدلة غير مرتبكة من الاختلافات في المواضيع والمنهجية من أجل الوضوح في فهم كيفية إشارات الدوبامين المتوسطة للضوء في فرط نمو الطعام المستساغ ونمو السمنة.

إلى جانب الآليات الوراثية والكيفية اللاجينية الكلاسيكية (23, 34, 36, 37, 62, 67, 126, 155, 176, 184يمكن أيضا أن تكون مسؤولة عن الاختلافات في دوائر المكافأة العصبية والسلوكيات المكافأة في سن مبكرة ، مؤهب لفرط النشاط والبدانة في وقت لاحق في الحياة. يتم توضيح هذه التأثيرات على أفضل وجه في فئران C57 / BL6J المتطابقة جينياً أو التوائم المتماثلة. في واحدة من هذه الدراسات ، أصبح حوالي نصف فئران C57 / BL6J الذكور فقط يعانون من السمنة المفرطة في اتباع نظام غذائي عالي الدهون مستساغ (55) ، ولكن لم يتم تقييم وظائف المكافأة.

وباختصار ، فإن الاختلافات في إشارة الدوبامين المسيرية تكون أكثر تأثيرًا في السلوكيات الاستباقية والبدائية المتبدلة والسمنة. ومع ذلك ، لا يزال من غير الواضح إلى أي مدى تحدد الاختلافات الموجودة سابقًا و / أو الآثار الثانوية هذه التغيرات السلوكية وتسبب السمنة. فقط الدراسات الطولية في السكان المحددة جينيا ستقدم إجابات أكثر حاسمة.

هل التعرض المتكرر للأطعمة المسببة للإدمان يغير آليات المكافأة ويؤدي إلى تسارع تطور السمنة؟

هناك نقاش ساخن حول أوجه التشابه بين الإدمان على الغذاء والمخدرات (32, 38, 49, 56, 69, 94, 104, 123, 133, 187, 188). في حين أن مجال إدمان المخدرات له تقليد طويل (مثل Refs. 96, 132) ، لا يزال مفهوم الإدمان على الغذاء غير مقبول بشكل عام ، ولا تزال آلياته السلوكية والعصبية غامضة. من المعروف أن التعرض المتكرر لعقاقير الإساءة يسبب تغيرات عصبية تؤدي إلى ارتفاعات في عتبات المكافأة (تناقص المكافأة) التي تسرع من تناول الدواء (4, 87, 96, 97, 110, 145). والسؤال هنا هو ما إذا كان التعرض المتكرر للأغذية المستساغة يمكن أن يؤدي إلى تغيرات عصبية مماثلة في نظام المكافآت الغذائية والاعتماد على السلوك (الرغبة في تناول الأطعمة المستساغة وأعراض الانسحاب) وما إذا كان هذا مستقلاً عن السمنة التي تنتج عادة بعد التعرض الطويل للأطعمة المستساغة . تشير المعلومات المحدودة المتوفرة إلى أن وصول السكروز المتكرر يمكن أن يزيد من إفراز الدوبامين (5) وناقل الدوبامين (9) ، وتغيير توافر مستقبلات الدوبامين D1 و D2 (5, 8) في النواة المتكئة. قد تكون هذه التغييرات مسؤولة عن التصعيد المرصود لسرط الجلطات السكروز ، التحسس المتقاطع للنشاط الحركي المستحث بالأمفيتامين ، أعراض الانسحاب ، مثل زيادة القلق والاكتئاب (5) ، فضلا عن انخفاض فعالية تعزيز الأطعمة العادية (33). بالنسبة للأطعمة غير المستساغة (عادة ما تكون الأطعمة الغنية بالدهون) ، هناك أدلة أقل إقناعا لتطوير الاعتماد (21, 31) ، على الرغم من أن الوصول المتقطع إلى زيت الذرة يمكن أن يحفز إطلاق الدوبامين في النواة المتكئة (106).

في الفئران Wistar ، أدى التعرض إلى نظام غذائي كافتيريا مستساغ إلى فرط مستمر على مدى أيام 40 وزيادة عتبة التحفيز الذاتي الكهربائي الذاتي الموضعية الجانبية بالتوازي مع زيادة وزن الجسم (89). وقد لوحظ وجود حساسية مماثلة لنظام المكافأة في الفئران المدمنة ، أو الكوكايين عن طريق الحقن في الوريد أو الهيروين (4, 110). علاوة على ذلك ، تم تقليل تعبير مستقبلات الدوبامين D2 في المخطط الظهري بشكل كبير بالتوازي مع تفاقم عتبة المكافأة (89إلى المستويات الموجودة في الجرذان المدمنة على الكوكايين (35). من المثير للاهتمام ، بعد أيام 14 من الامتناع عن اتباع نظام غذائي مستساغ ، لم تكن عتبة المكافأة تطبيع على الرغم من الفئران كانت hypophagic وفقدت ∼10 ٪ وزن الجسم (89). وهذا على النقيض من التسوية السريعة نسبيا (∼48 h) في عتبات المكافأة في الفئران الممتنعة عن الإدارة الذاتية للكوكايين (110) وقد يشير إلى وجود تغييرات لا رجعة فيها تسببها نسبة عالية من الدهون في النظام الغذائي (انظر القسم التالي). بالنظر إلى ملاحظة أن مدمني الكوكايين والأشخاص البدينين يعانون من نقص في توافر D2R في المخطط الظهري (190) ، هذه النتائج تشير إلى أن لدوبامين اللدونة بسبب الاستهلاك المتكرر للطعام مستساغ يشبه إلى حد ما ذلك بسبب الاستهلاك المتكرر من تعاطي المخدرات.

كما هو الحال مع المخدرات (71, 96, 156) والكحول (18, 185الإدمان ، الامتناع عن السكروز يمكن أن يسبب أعراض حنين واعتراض (5) ، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى السلوك الانتكاس (72, 73). ويعتقد أن الامتناع عن التدخين يحتضن المزيد من التغييرات العصبية والجزيئية (28, 185) ، وتسهيل استحضار استدلال جديلة من البرامج السلوكية الآلي. لذلك ، فقد أصبح سلوك الانتكاس تحت تحقيق مكثف لأنه هو المفتاح لمقاطعة دورة الإدمان ومنع المزيد من الاعتماد المتصاعد (156). لا يعرف إلا القليل عن كيفية تأثير هذه الحضانة على "الإعجاب" و "الرغبة" في الطعام المستساغ وكيف يتفاعل مع السمنة ، والرسم التخطيطي في التين 3 هي محاولة لتحديد الخطوط الرئيسية والعمليات.

 

التين. 3.

التمثيل المفاهيمي للآليات في فرط استسقاء الطعام الناجم عن الطعام. بيئة من الكثير تفضل تناول المعتاد للأطعمة المستساغة التي يمكن أن تتسارع إلى حالة تشبه الإدمان عندما تفسد معالجة المكافأة العادية بسبب فرط النشاط ...

باختصار ، تشير الملاحظات المبكرة في القوارض إلى أن بعض الأطعمة المستساغة مثل السكروز لديها إمكانات إدمانية في بعض النماذج الحيوانية التجريبية ، حيث أنها تلخص على الأقل بعض المعايير الرئيسية المحددة للمخدرات والكحول. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث للحصول على صورة أوضح لإمكانية إساءة استخدام بعض الأطعمة والمسارات العصبية المعنية.

هل تغير الحالة السمينة آليات المكافأة وتسريع العملية؟

ترتبط السمنة بأنظمة التشوير غير النظامية ، مثل الليبتين ومقاومة الأنسولين ، بالإضافة إلى زيادة التشوير عبر السيتوكينات المسببة للالتهاب والمسارات التي ينشطها إجهاد شبكي التأكسدي والإندوبلازم (3). أصبح من الواضح أن البيئة الداخلية السمية الناجمة عن السمنة لا تجنّب الدماغ (24, 46, 48, 52, 59, 95, 121, 127, 177, 182, 198). يُعتقد أن مقاومة الأنسولين في الدماغ الناتجة عن السمنة لها تأثير مباشر على تطور مرض الزهايمر الذي يُسمى الآن أيضًا مرض السكري من النوع 3 (46, 47) وكذلك الأمراض العصبية التنكسية الأخرى (161).

قام عدد من الدراسات الحديثة بتوجيه الانتباه إلى ما تحت المهاد ، حيث تزعج الحميات الغنية بالدهون العلاقة الدقيقة بين الخلايا الدبقية والخلايا العصبية من خلال زيادة الشبكة الإندوبلازمية والإجهاد التأكسدي ، مما يؤدي إلى مسارات الاستجابة للتوتر مع التأثيرات السامة للخلايا بشكل عام (48, 121, 177, 198). التأثيرات النهائية لهذه التغيرات هي الأنسولين المركزي ومقاومة اللبتين وتضعف تنظيم الوطاء لتوازن الطاقة ، مما يزيد من تفضيل نمو السمنة وبالتالي تنكس الأعصاب. ومع ذلك ، فإن هذه التأثيرات السامة لا تتوقف عند مستوى الوطاء ، ولكن يمكن أن تؤثر أيضًا على مناطق الدماغ المشاركة في معالجة الثواب. يعتبر الفأر المصاب بالسمنة والفشل الناجم عن الليبتين أكثر حساسية تجاه التنكس العصبي الناجم كيميائياً مثل انحلال عصب الدوبامين الناتج عن الميتامبوتامين كما يشير إلى انخفاض مستويات الدوبامين في الجسم (170). تنتج السمنة وزيادة شحوم الدم ضعفًا إدراكيًا في الفئران ، بما في ذلك تقليل الضغط على المكافأة للحصول على المكافأة الغذائية (59تظهر الدراسات الوبائية ارتباطًا لمؤشر كتلة الجسم وخطر الإصابة بمرض باركنسون والانحدار المعرفي (85). سمحت الجرذان المعرضة للسمنة بأن تصاب بالبدانة في الطعام العادي ، أو كميات غذائية من النظام الغذائي عالي الدهون حتى لا تكتسب وزنًا إضافيًا في الجسم ، وتظهر استجابة متقطعة مخففة بشكل كبير (نقطة كسر النسبة التقدمية) للسكروز ، تفضيل المكان المشروط بفعل الأمفيتامين ، ودوران الدوبامين في النواة المتكئة (41). هذه النتائج تشير إلى أن كل من السمنة في حد ذاتها واتباع نظام غذائي عالي الدهون يمكن أن يسبب تغيرات في الإشارات الدوبامين mesolimbic وسلوكيات المكافأة. مسارات وآليات محتملة يمكن من خلالها التلاعب بالنظام الغذائي والسمنة يمكن أن تؤثر على دائرة المكافأة العصبية التين 4.

 

التين. 4.

التأثيرات الثانوية للسمنة على الدوائر المكافئة وتنظيم توازن طاقة الوطاء. يمكن أن تؤدي الوجبات المستساغة وذات الدهون العالية إلى السمنة مع أو بدون فرط. زيادة الالتهاب ، والميتوكوندريا ، والتأكسد الإجهاد في اشارة داخل ...

باختصار ، يبدو واضحا أن البيئة السمية الداخلية الناجمة عن السمنة لا تتوقف عند مستوى الدماغ ، وداخل الدماغ لا يتوقف عند دائرة المكافأة. تماما مثل مناطق الدماغ المتضمنة في تنظيم توازن الطاقة المتوازنة ، مثل الوطاء ، وفي السيطرة الإدراكية ، مثل الحصين والقشرة المخية الحديثة ، من المرجح أن تتأثر الدوائر المكافئة في المناطق القشرية والنواحي الأخرى بالتغيرات الناجمة عن السمنة في الإشارات الطرفية إلى الدماغ والإشارات الدماغ المحلية من خلال مسارات الإجهاد الالتهابية والمؤكسدة والميتوكوندريا.

نشكر Laurel Patterson و Katie Bailey للمساعدة في التحرير و Christopher Morrison و Heike Muenzberg في العديد من المناقشات.