KOMENTÁŘE: Dvě významné studie prokazující, že existují samostatné okruhy pro nutkavou spotřebu cukru - nebo jak to YBOP nazývá, „a mechanismu záchvatu'. Vždy se myslelo, že závislost na chování vzniká 👔 úpravy „normálních obvodů“. I když k tomu skutečně dochází, je nyní zřejmé, že existují také samostatné „bingingové obvody“.
To dává evoluční smysl. Je to způsob, jak vyzvat zvíře k nadměrné konzumaci, když je k dispozici jídlo. Tyto okruhy vznikají z hypotalamu, který je také hlavní oblastí kontroly sexuálního chování, libida a erekce. Nepochybuji o tom, že savci vlastní „záchvatové okruhy“ pro sex i pro jídlo. Reprodukce je nejvyšší prioritou našich genů a příležitostem ke krytí obvykle méně a dále než možnosti stravování.
Dekodifikace závislosti na cukru
Společně, obezita a typ 2 diabetes řadí mezi největší zdravotní problémy našeho národa, a to z velké části vyplývá z toho, co mnozí nazývají "závislost" na cukr. Řešení tohoto problému je však spíše komplikovanější než řešení drogové závislosti, protože vyžaduje snížení úsilí o konzumaci nezdravých potravin bez ovlivnění touhy požívat zdravé potraviny, když jsou hladní.
V novém článku v Buňka, neurovědci v MIT rozpustili tyto dva procesy u myší a ukázali, že inhibice dříve neznámého mozkového obvodu, který reguluje kompulsivní konzumaci cukru, nezasahuje do zdravého stravování.
"Poprvé jsme zjistili, jak mozek kóduje kompulzivní hledání cukru, a také jsme prokázali, že se zdá být odlišný od normálního a adaptivního stravování," říká hlavní autor Kay Tye, hlavní vyšetřovatel na Picower Institute for Learning a Paměť, který dříve vyvinul nové techniky pro studium obvodů mozku v závislosti a úzkosti. "Tento obor musíme studovat v hloubce, ale konečným cílem je vyvinout bezpečné, neinvazivní přístupy k odvrácení maladaptivního stravovacího chování, nejprve u myší a nakonec u lidí."
Drogová závislost je definována jako nutkavé hledání drog navzdory nepříznivým následkům ve škole, práci nebo doma. Návykové léky „unesou“ mozek jako přirozené centrum zpracování odměn, ventrální tegmentální oblast (VTA). Jídlo je však přirozenou odměnou a na rozdíl od drogy je nezbytné pro přežití, takže nebylo jasné, zda přejídání vyplývá z podobného nutkání nebo z něčeho jiného.
"Tato studie je podle mého názoru vynikajícím krokem vpřed pro pochopení mnoha složitých aspektů chování krmení," říká Antonello Bonci, vědecký ředitel Národního institutu pro zneužívání drog, který se výzkumem nezabýval. "Zatímco v minulosti bylo mnoho vynikajících studií, při pohledu na nutkavé poruchy užívání látek, je to poprvé, kdy studie probíhá velmi hluboce a komplexně ve stejných aspektech, pokud jde o návykové chování k jídlu. Z translačního hlediska byl mimořádný multidisciplinární přístup použitý v této studii velmi zajímavým zjištěním: kompulzivní konzumace cukru je zprostředkována jiným nervovým obvodem než fyziologickým a zdravým stravováním. "
Pro studium se Tye a její postgraduální student Edward Nieh zaměřili na spojení mezi VTA a postranním hypotalamem (LH), který kontroluje krmení. Ovšem kvůli tomu, že LH také řídí různorodé chování a spojuje se s mnoha dalšími oblastmi mozku, nikdo ještě neodeznával okruh pro krmení a odměňování. Tye a Nieh nejdříve identifikovali a charakterizovali pouze neurony LH, které se připojují k VTA a zaznamenávají přirozeně se vyskytující aktivity v řezech mozku, s pomocí Gilliana Matthewsa, než se přestěhují na experimenty na zvířatech. Elektrody zaznamenaly aktivitu těchto identifikovaných neuronů během chování zvířat.
Myši přirozeně milují sacharózu - podobně jako lidé milující sodovky bohaté na cukr - proto Nieh trénovala myši, aby hledaly sacharózu v dodávacím portu, když slyšely a viděly narážku. Poté, co se myši naučily předpovídat odměnu za sacharózu, náhodně zadržel odměnu přibližně v polovině času - hořké zklamání. Jindy myši neočekávaně dostaly odměnu za sacharózu bez jakéhokoli prediktivního narážky - sladké překvapení. Tento rozdíl mezi očekáváním a zkušeností se nazývá chyba předpovědi odměny.
Neurální záznamy ukázaly, že jeden typ neuronů LH spojujících se s VTA se aktivoval až poté, co se zvíře naučilo hledat odměnu sacharózy, ať už se skutečně dostalo odměny. Další sada LH neuronů, po obdržení zpětné vazby od VTA, zakódovala odpověď na odměnu nebo její vynechání.
Dále Nieh pracoval se studentem MD / PhD v Tyeově laboratoři Stephenem Allsopem na modifikaci myší tak, aby neurální projekce LH-VTA nesly světlocitlivé proteiny, které mohou aktivovat nebo umlčovat neurony pulsy světla, což je metoda zvaná optogenetika. Aktivace projekcí vedla k nutkavé konzumaci sacharózy a zvýšenému přejídání u myší, které byly plné. Inaktivace této cesty snížila nutkavé hledání sacharózy, které připomíná závislost, ale nezabránilo hladovým myším jíst pravidelné jídlo. "To bylo vzrušující, protože máme záznamová data, abychom ukázali, jak k tomuto kompulzivnímu hledání cukru dochází," říká Nieh, "a my můžeme řídit nebo potlačovat jen kompulzivní chování prováděním velmi přesných změn v nervovém okruhu."
„Výzkumníci závislostí předpokládali, že přechod od akcí k zvykům k nutkání je cestou k formování závislosti, ale přesně to, kde a jak se to děje v mozku, bylo záhadou,“ říká Tye, který je také asistentem Whitehead Career Development v Katedra mozkových a kognitivních věd MIT. "Nyní máme důkazy ukazující, že tento přechod je zastoupen v okruhu LH-VTA."
Nieh ve spolupráci s Matthewsem, postdoktorem v laboratoři Tye, také ukázal, že LH neurony vysílají do VTA směs excitačních (glutamátových) a inhibičních (GABA) signálů. Na rozdíl od očekávání však aktivaci krmení u myší spustily inhibiční signály, nikoli excitační. Když byly aktivovány samotné projekce GABA, myši se chovaly bizarně, hlodaly dno klece a pantomimovaly pohyby, které přinesly do úst potravní nuget a žvýkaly. (Byli krmení, takže neměli hlad.) „Myslíme si, že glutamátergické projekce regulují roli projekcí GABAergic a řídí to, co je vhodné hlodat,“ říká Nieh. "Obě složky musí spolupracovat, aby získaly smysluplné signály krmení."
"Je to velmi důležité pro pole, protože to je něco, co jsme předtím nevěděli," říká Bonci, "a nese potenciál revolucionizovat způsob, jakým přistupujeme k léčbě nutkavé přejídání."
Výzkumníci také charakterizovali heterogenní neurony na konci těchto projekcí ve VTA. Každá podmnožina neuronů LH je spojena s neurony produkujícími dopamin a GABA ve VTA. Laboratoř nyní zkoumá, jak se krmení a chování při hledání sacharózy liší podle typu cílových neuronů.
Tento výzkum byl zahájen v rámci nového ocenění New Investigator Award ředitelem společnosti Xenum NIH, jehož dlouhodobým cílem je vytvoření nové paradigmatu pro léčbu obezity, která by mohla být aplikována na jiné neuropsychiatrické poruchy. Dodatečné finanční prostředky pocházely z více veřejných a soukromých zdrojů, včetně Nieh's NSF Graduate Research Fellowship, Integrative Neuronal Systems Fellowship a Výcvikového programu v neurobiologii učení a paměti. K této práci přispěly i Kara N. Presbreyová, Christopher A. Leppla, Romy Wichmann, Rachael Neve a Craig P. Wildes, všichni členové Institutu Picower.
Vědci definovali neurony, které jsou zodpovědné za nadměrnou spotřebu potravin, a to bezprecedentně
By Anna Azvolinsky | Ledna 29, 2015
Dva nezávislé výzkumné týmy vymezily populace neuronů v hypotalamu, které jsou zodpovědné za stimulaci jídla jako odměnu, ale pravděpodobně nejsou nezbytné k tomu, aby se podnítilo jídlo pro přežití. Obě skupiny zveřejnily své poznatky dnes (leden 29) v roce 2008 Buňka.
"Jedná se o velké dokumenty, které začínají definovat složitost a heterogenitu hypotalamu a specifické soubory neuronů, které mohou produkovat dramatické výsledky v chování," řekl Ralph DiLeone, neurobiolog z Yale University, který se do práce nezúčastnil.
Použití optogenetiky, neurověda Garret Stuber na univerzitě v Severní Karolíně Chapel Hill a jeho kolegové zjistili, že aktivace GABAergních neuronů v laterálním hypotalamu (LH) vedla myši, aby se krmily častěji, zatímco inhibice aktivity těchto neuronů motivovala myši, aby nejíst nadbytek. Tyto neurony byly odlišné od ostatních populací neuronů v LH, které se dříve podílely na stravování a jiném chování spojené s odměňováním. Když byly tyto neurony geneticky ablate, byly myši méně motivovány k získání tekuté kalorické odměny. Vědci také vizualizovali kalciovou signalizaci stovek individuálních GABAergních neuronů najednou u volně se pohybujících myší implantací mikroendoskopů do LH a připojením miniaturizovaného fluorescenčního mikroskopu k hlavám zvířat. Zobrazování vápníku ukázalo odlišné populace GABAergních neuronů, které působily na první chuť jídelní odměny nebo když myši pokrčily své nosy - znamení zájmu o potraviny - ale zřídka během obou činností.
In vivo zobrazování vápníku umožňuje výzkumníkům číst neuronovou aktivitu ve větším měřítku ve specifických oblastech mozku, řekl DiLeone. Technika byla vyvinuta Laboratoř Mark Schnitzer na Stanfordské univerzitě. "Před šesti lety jsme neměli žádnou z těchto technologií - genetickou ablaci, optogenetiku, in vivo zobrazování," Paul Phillips, řekl neurolog na Washingtonské univerzitě The Scientist. "Je úžasné vidět, že Stuberova laboratoř je dala dohromady tak čistě, aby odpovídala na důležité neurovědové otázky."
Neurony LH jsou různorodé a je známo, že se podílejí na chování odměňování, jako je jídlo, pití a sex. Charakterizace rozmanitých subpopulací neuronů v této oblasti mozku však historicky byla výzva. "Zjistili jsme elektrické stimulační nálezy již více než 30 let, ale nevěděli jsme [které neurony], které stimulujeme, a zda neurony související s krmením pocházejí z LH nebo od těch, které právě procházejí, až do optogenetických technik bylo k dispozici, "řekl Roy Wise, neuroscientik v Národním ústavu pro zneužívání drog, který se do práce nezúčastnil.
"V oblasti neurovědy existuje vzrušení pro zobrazování in vivo, protože nám umožňuje poprvé studovat vzorce aktivity v molekulárně definovaných subpopulacích neuronů," dodal Stuber.
Ve druhé studii vedené neurologikem MIT Kay TyeVědci identifikovali dvě odlišné populace neuronů v obvodu spojujícím LH a ventrální tegmentální oblast středního mozku (VTA), která je známá svou funkcí zpracování odměny. Zda neurony v těchto projekcích LH-VTA reagují na samotný cukr, nebo na proces získání cukru nebyl znám, uvedl studijní spoluautor Edward Nieh, absolvent studenta v Tyeově laboratoři. "Nyní víme, že existují subpopulace neuronů reagujících na různé náznaky - získání [cukru] a samotného [cukru]."
Při použití varianty optogenetické techniky se tým zaměřil pouze na neurony v LH, které odkazují na VTA. Zkoumáním volně se pohybujících myší, tým zjistil, že neurony, které spojují LH s VTA, byly aktivovány během činu o odměnu za cukr nezávisle na tom, zda byla odměna získána. Inhibice tohoto obvodu snížila pouze myšlenka nutkání na cukr - ne normální chování - u těchto myší. Stimulace pouze GABAergních neuronů v tomto obvodu způsobila neobvyklé chování: zvířata se hýbala na podlaze nebo prázdná místa v klecích, když nebyly přítomny žádné potraviny. A stimulování těchto neuronů také vedlo k klasickému kompulzivnímu chování při překonávání trestu - elektrických šoků - k získání odměny za cukr a zvýšené kompulzivní přejídání.
"Můžeme snížit kompulzivní hledání sacharózy, ale neovlivnit jejich normální krmení," řekl Nieh. "To je důležité, protože pro léčbu návykové stravovací chování chceme pouze zastavit nezdravé části jídla a udržet normální stravování neporušené."
"Existuje jasná aplikace k poruchám krmení a možná zneužívání drog a hazardních her, protože to může být společná cesta, která aktivuje tyto druhy chování," řekl Phillips.
V e-mailu do The Scientist, Tye říkala, že její laboratoř nyní pracuje na tom, aby lépe definovala neuronový podpis pro touhu, která by mohla být detekována v reálném čase, aby se vyvinuly zákroky k zastavení kompulzivního přejídání a jiného návykového chování dříve, než začnou.
JH Jennings a kol., "Vizualizace hypotalamické dynamiky sítě pro chuťové a syndromické chování" Buňka, dva.org/10.1016/j.cell.2014.12.026, 2015.
EH Nieh et al., "Dekódování neurálních obvodů, které řídí kompulzivní hledání sacharózy" Buňka, dvě.org/10.1016/j.cell.2015.01.003, 2015.
;
