KOMENTARI: Dvije značajne studije koje pokazuju da postoje odvojeni krugovi za kompulzivnu konzumaciju šećera - ili kako ga YBOP naziva, binge mehanizam'. Oduvijek se mislilo da ovisnosti o ponašanju proizlaze iz samo izmjene „normalnih krugova“. Iako se to događa, sada je očito da postoje i odvojeni 'krugovi za pretjerivanje'.
Ovo ima evolucijskog smisla. To je način na koji životinje treba navesti na prekomjernu konzumaciju kada je hrana dostupna. Ti krugovi proizlaze iz hipotalamusa, koji je ujedno i glavna kontrolna regija za seksualno ponašanje, libido i erekciju. Ne sumnjam da sisavci imaju "pretjerane krugove" za seks, kao i hranu. Razmnožavanje je glavni prioritet naših gena, a mogućnosti parenja obično su manje i veće od mogućnosti jedenja.
Dekodiranje ovisnosti o šećeru
Zajedno, gojaznost i tip 2 dijabetesa spadaju među najveće zdravstvene probleme naše zemlje, i uglavnom su rezultat onoga što mnogi nazivaju "zavisnošću" od šećera. Ali rešavanje ovog problema je složenije od rešavanja problema zavisnosti od droge, jer zahteva smanjenje napora da se jede nezdrava hrana bez uticaja na želju da se jede zdrava hrana kada je gladna.
U novom papiru ćelija, neuroznanstvenici na MIT-u su otkrili ova dva procesa kod miševa i pokazali da inhibiranje prethodno nepoznatog moždanog kruga koji reguliše prinudnu potrošnju šećera ne ometa zdravu ishranu.
"Po prvi put smo identifikovali kako mozak kodira prinudno traženje šećera, a takođe smo pokazali da se čini da se razlikuje od normalnog, adaptivnog ishrane", kaže stariji autor Kay Tye, glavni istraživač u Picower institutu za učenje i Memorija koja je prethodno razvila nove tehnike za proučavanje moždanih sklopova u zavisnosti i anksioznosti. "Potrebno je dublje proučiti ovaj krug, ali naš krajnji cilj je da razvijemo sigurne, neinvazivne pristupe za sprečavanje maladaptivnog ponašanja u ishrani, prvo kod miševa i na kraju kod ljudi."
Ovisnost o drogama definira se kao prisilno traženje droge uprkos nepovoljnim posljedicama u školi, na poslu ili kod kuće. Droge koje izazivaju ovisnost "otimaju" mozak prirodni centar za obradu nagrada, ventralno tegmentalno područje (VTA). No, hrana je prirodna nagrada i za razliku od droge neophodna je za preživljavanje, pa nije jasno je li prejedanje rezultat slične prisile ili nečeg drugog.
„Ova studija predstavlja, po mom mišljenju, izuzetan korak naprijed u razumijevanju mnogih zamršenih aspekata ponašanja u ishrani“, kaže Antonello Bonci, znanstveni direktor Nacionalnog instituta za zloupotrebu droga, koji nije bio uključen u istraživanje. „Iako je u prošlosti bilo mnogo odličnih studija, gledajući na kompulzivni pogon poremećaja upotrebe supstanci, ovo je prvi put da studija ide duboko i sveobuhvatno u iste aspekte za kompulzivno ponašanje u ishrani. Iz translacijske perspektive, izvanredni multidisciplinarni pristup koji se koristi u ovoj studiji proizveo je veoma uzbudljiv nalaz: da kompulzivna potrošnja šećera posreduje drugačiji neuronski krug nego fiziološka, zdrava prehrana.
Za studiju, Tye i njen diplomirani student Edward Nieh fokusirali su se na veze između VTA i lateralnog hipotalamusa (LH), koji kontrolira hranjenje. Ali zato što LH takođe kontroliše različita druga ponašanja i povezuje se sa više drugih regiona mozga, niko još nije izolovao krug obrade hranidbe i nagrađivanja. Tye i Nieh su prvo identifikovali i karakterisali samo LH neurone koji se povezuju sa VTA i snimali svoje prirodne aktivnosti u rezovima mozga, uz pomoć Gillian Matthews, prije nego što su prešli na pokuse na životinjama. Elektrode su zabeležile aktivnost ovih identifikovanih neurona tokom ponašanja životinja.
Miševi prirodno vole saharozu - slično kao i ljudi koji vole gazirane gazirane šećere - pa je Nieh trenirao miševe kako bi saharozu tražili u luci za isporuku nakon što su čuli i vidjeli znak. Nakon što su miševi naučili predviđati nagradu za saharozu, on je nasumično uskratio nagradu otprilike pola vremena - gorko razočaranje. Drugi puta su miševi neočekivano dobili nagradu za saharozu bez ikakvog predviđanja - slatko iznenađenje. Ova razlika između očekivanja i iskustva naziva se pogreška predviđanja nagrade.
Neuralne snimke su pokazale da je jedan tip LH neurona koji se povezuju sa VTA postao aktivan tek nakon što je životinja naučila da traži nagradu od saharoze, bez obzira da li je stvarno dobila nagradu. Drugi set neurona LH, nakon primanja povratnih informacija od VTA, kodirao je odgovor na nagradu ili na njeno izostavljanje.
Dalje, Nieh je radio sa studentom doktora medicine / doktora nauka u Tyeovoj laboratoriji, Stephenom Allsopom, kako bi modificirao miševe tako da su neuronske projekcije LH-VTA nosile proteine osjetljive na svjetlost koji mogu aktivirati ili utišati neurone impulsima svjetlosti, metodu nazvanu optogenetika. Aktiviranje projekcija dovelo je do kompulzivnog jedenja saharoze i povećanog prejedanja kod punih miševa. Inaktiviranje ovog puta smanjilo je kompulzivno traženje saharoze koja podsjeća na ovisnost, ali nije spriječilo miševe koji su gladni da jedu redovno čau. "To je bilo uzbudljivo jer imamo podatke o snimanju da pokažemo kako se to kompulzivno traženje šećera događa", kaže Nieh, "a možemo pokretati ili suzbijati samo kompulzivno ponašanje čineći vrlo precizne promjene u neuronskom krugu."
"Istraživači ovisnosti pretpostavili su da je prijelaz s radnji na navike na prisilu put ka stvaranju ovisnosti, ali tačno gdje i kako se to događa u mozgu misterija je bila", kaže Tye, koja je ujedno i docentica za razvoj karijere u Whiteheadu. Odjel za mozak i kognitivne nauke MIT-a. "Sada imamo dokaze koji pokazuju da je ovaj prijelaz zastupljen u krugu LH-VTA."
Nieh je, radeći s Matthewsom, postdoktorom u laboratoriju Tye, također pokazao da LH neuroni VTA-u šalju mješavinu ekscitacijskih (glutamatnih) i inhibitornih (GABA) signala. Ali suprotno očekivanjima, inhibicijski signali, a ne ekscitacijski, pokrenuli su aktivnost hranjenja kod miševa. Kad su se aktivirale samo projekcije GABA, miševi su se ponašali bizarno, glodali su dno kaveza i pantomimizirali pokrete donošenja grumenja hrane u usta i žvakanje. (Bili su nahranjeni, pa nisu bili gladni.) „Mislimo da glutamatergične projekcije reguliraju ulogu GABAergičnih projekcija, usmjeravajući ono što je prikladno za glodanje“, kaže Nieh. "Obje komponente moraju raditi zajedno kako bi dobile značajne signale za hranjenje."
"Ovo je veoma važno za polje, jer to je nešto što do sada nismo znali", kaže Bonci, "i ima potencijal da revolucionira način na koji pristupamo tretmanu za kompulzivno prejedanje."
Istraživači su takođe karakterisali heterogene neurone na kraju ovih projekcija u VTA. Svaka podgrupa LH neurona povezuje se sa neuronima koji proizvode dopamin i GABA u VTA. Laboratorija sada istražuje kako se ponašanje hranjenja i traženja saharoze razlikuju u zavisnosti od tipa ciljnog neurona.
Ovo istraživanje je inicirano kao dio nove nagrade Tyre's 2013 NIH direktora, s dugoročnim ciljem uspostavljanja nove paradigme za liječenje gojaznosti koja bi se mogla primijeniti na druge neuropsihijatrijske poremećaje. Dodatno finansiranje došlo je iz više javnih i privatnih izvora, uključujući Nieh-ovu NSF-ovu stipendiju za istraživački rad, Integrativnim neurološkim sistemima i Programom obuke u neurobiologiji učenja i pamćenja. Kara N. Presbrej, Christopher A. Leppla, Romy Wichmann, Rachael Neve i Craig P. Wildes, svi članovi Instituta Picower, također su doprinijeli ovom radu.
Naučnici su definirali neurone odgovorne za prekomjernu potrošnju hrane na neviđenom nivou detalja
By Anna Azvolinsky | Januar 29, 2015
Dva nezavisna istraživačka tima definisala su populacije neurona u hipotalamusu koji su odgovorni za stimulaciju hrane kao nagradu, ali vjerovatno nisu neophodni za poticanje prehrane za preživljavanje. Obe grupe objavile su danas svoje nalaze u januaru (29) ćelija.
"Ovo su veliki dokumenti koji počinju da definišu složenost i heterogenost [hipotalamusa] i specifičnih skupova neurona koji mogu proizvesti dramatične rezultate u ponašanju", kaže Ralph DiLeoneneurobiolog sa Univerziteta Yale koji nije bio uključen u rad.
Koristeći optogenetiku, neuroznanstvenik Garret Stuber Na Univerzitetu Severne Karoline, Chapel Hill i njegove kolege otkrili su da aktiviranje GABAergičnih neurona u lateralnom hipotalamusu (LH) dovodi do miševa da se hrane češće, dok inhibiranje aktivnosti ovih neurona motivira miševe da ne jedu u višku. Ovi neuroni su se razlikovali od drugih neuronskih populacija u LH, koje su ranije bile uključene u ishranu i druga ponašanja vezana za nagrađivanje. Kada su ovi neuroni genetski ablirani, miševi su bili manje motivisani da dobiju nagradu za tečne kalorije. Naučnici su takođe vizualizovali signaliziranje stotina pojedinačnih GABAergičnih neurona odjednom u slobodno pokretnih miševa implantirajući mikroendoskope u LH i pridajući minijaturni fluorescentni mikroskop glavama životinja. Prikazivanje kalcijuma pokazalo je različite populacije GABAergičnih neurona aktivnih nakon prvog okusa nagrađivanja hrane ili kada su miševi gurali svoje nosove - znak interesa za hranu - ali rijetko tokom obje aktivnosti.
In vivo snimanje kalcijuma omogućava istraživačima da čitaju neuronsku aktivnost u većem obimu - u određenim regionima mozga, kaže DiLeone. Tehnika je razvila Laboratorija Mark Schnitzer na Univerzitetu Stanford. "Pre šest godina nismo imali nijednu od ovih tehnologija - genetsku ablaciju, optogenetiku, in vivo snimanje," Paul Phillips, kaže neuroznanstvenik sa Univerziteta u Vašingtonu Naučnik. "Neverovatno je videti da je Stuber laboratorij stavio ove zajedno tako čisto da odgovori na važna pitanja iz neuroznanosti."
Neuroni LH su različiti, i poznato je da su uključeni u ponašanje povezano sa nagradama kao što su jelo, piće i seks. Međutim, karakterizacija različitih subpopulacija neurona u ovom području mozga je istorijski bila izazov. „Imali smo rezultate elektrostimulacije za više od 30 godina sada, ali nismo znali [koje neurone] smo stimulisali i da li su neuroni povezani sa hranjenjem iz LH ili oni koji tek prolaze do tehnika optogenetike. postali dostupni ”, kaže Roy Wise, neuroznanstvenik u Nacionalnom institutu za zloupotrebu droga koji nije bio uključen u rad.
„Postoji uzbuđenje u polju neuroznanosti za in vivo snimanje, jer nam to po prvi put omogućava da istražimo obrasce aktivnosti unutar molekularno definisanih subpopulacija neurona“, dodao je Stuber.
U drugoj studiji, koju je vodio MIT neuroznanstvenik Kay Tye, istraživači su identificirali dvije različite neuronske populacije u krugu koji povezuje LH i ventralno tegmentalno područje srednjeg mozga (VTA), koje je poznato po svojoj funkciji obrade nagrada. Da li neuroni u ovim LH-VTA projekcijama reagiraju na sam šećer ili na čin dobivanja šećera nije poznato, rekao je koautor studije Edward Nieh, postdiplomac u Tye-ovoj laboratoriji. "Sada znamo da postoje subpopulacije neurona koji reaguju na različite znakove - vraćanje [šećera] i samog [šećera]."
Koristeći varijaciju na optogenetičkoj tehnici, tim je posebno ciljao samo neurone u LH koji se povezuju sa VTA. Istražujući slobodno pokretne miševe, tim je otkrio da su neuroni koji povezuju LH sa VTA aktivirani tokom čina naplate šećera, nezavisno od toga da li je nagrada dobivena. Inhibicija ovog kruga smanjila je samo kompulzivno traženje šećera - a ne normalno hranjenje - u ovim miševima. Stimuliranje samo GABAergičnih neurona u ovom krugu proizvelo je neobično ponašanje: životinje su grizle po podu ili praznom prostoru u svojim kavezima kada nije bilo hrane. I stimulacija ovih neurona je takođe rezultirala klasičnim kompulzivnim ponašanjem prevladavanja kazne - električnih šokova - da bi se došlo do nagrade za šećer, i povećala prinudna prejedanja.
"Možemo smanjiti prinudno traženje saharoze, ali ne i njihovo normalno hranjenje", kaže Nieh. "Ovo je važno jer za lečenje kompulzivnog ponašanja u ishrani želimo samo zaustaviti nezdrave dijelove hrane i održati normalnu prehranu netaknutom."
„Postoji jasna primjena na poremećaje hranjenja, a možda i na zloupotrebu droga i kockanje, jer to može biti zajednički put koji aktivira ovakve vrste ponašanja“, kaže Phillips.
E-mailom na Naučnik, Tye kaže da njena laboratorija sada radi na boljem definiranju neuronskog potpisa za žudnju koja se može otkriti u realnom vremenu kako bi se razvile intervencije kako bi se zaustavilo kompulzivno prejedanje i druga ponašanja ovisnosti prije nego što počnu.
JH Jennings et al., “Vizualiziranje dinamike hipotalamičke mreže za apetitivno i sonsummatorno ponašanje”, ćelija, doi.org/10.1016/j.cell.2014.12.026, 2015.
EH Nieh i dr. Ćelija, doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.003, 2015.
;