SYLWADAU: Dwy astudiaeth nodedig sy'n dangos bod cylchedau ar wahân yn bodoli ar gyfer bwyta siwgr cymhellol - neu fel y mae YBOP yn ei alw, 'a mecanwaith goryfed'. Credwyd erioed bod caethiwed ymddygiadol yn deillio o yn unig addasiadau o “gylchedau arferol”. Er bod hyn yn digwydd, mae'n amlwg bellach bod 'cylchedau goryfed' ar wahân hefyd yn bodoli.
Mae hyn yn gwneud synnwyr esblygiadol. Mae'n ffordd i annog anifail i or-fwyta pan fydd bwyd ar gael. Mae'r cylchedau hyn yn codi o'r hypothalamws, sydd hefyd yn brif ranbarth rheoli ymddygiad rhywiol, libido a chodiadau. Nid oes gennyf unrhyw amheuaeth bod mamaliaid yn meddu ar 'gylchedau goryfed' ar gyfer rhyw yn ogystal â bwyd. Atgynhyrchu yw prif flaenoriaeth ein genynnau ac mae cyfleoedd paru fel arfer yn llai ac yn bellach rhwng na chyfleoedd bwyta.
Gyda'i gilydd, mae gordewdra a diabetes Math 2 ymhlith problemau iechyd mwyaf ein cenedl, ac maent yn deillio'n bennaf o'r hyn y mae llawer yn ei alw'n “gaethiwed” i siwgr. Ond mae datrys y broblem hon yn fwy cymhleth na datrys dibyniaeth ar gyffuriau, gan ei bod yn ofynnol lleihau'r ymdrech i fwyta bwydydd afiach heb effeithio ar yr awydd i fwyta bwydydd iach pan fydd eisiau bwyd arnynt.
Mewn papur newydd i mewn Cell, mae niwrowyddonwyr yn MIT wedi datgloi'r ddwy broses hyn mewn llygod ac wedi dangos nad yw atal cylched ymennydd anhysbys a oedd yn rheoleiddio bwyta siwgr cymhellol yn amharu ar fwyta'n iach.
“Am y tro cyntaf, rydym wedi nodi sut mae'r ymennydd yn amgáu ceisio siwgr cymhellol ac rydym hefyd wedi dangos ei fod yn ymddangos yn wahanol i fwyta arferol, addasol,” meddai'r uwch awdur Kay Tye, prif ymchwilydd yn Sefydliad Dysgu Picower a Memory a ddatblygodd dechnegau newydd yn flaenorol ar gyfer astudio cylched yr ymennydd mewn dibyniaeth a phryder. “Mae angen i ni astudio'r gylched hon mewn mwy o ddyfnder, ond ein nod yn y pen draw yw datblygu dulliau diogel, anadweithiol i osgoi ymddygiad bwyta maladaptive, yn gyntaf mewn llygod ac yn y pen draw mewn pobl.”
Diffinnir caethiwed i gyffuriau fel ceisio cyffuriau cymhellol er gwaethaf canlyniadau niweidiol yn yr ysgol, yn y gwaith neu'r cartref. Mae cyffuriau caethiwus yn “herwgipio” y ganolfan prosesu gwobrau naturiol, yr ardal segmentol fentrol (VTA). Ond mae bwyd yn wobr naturiol ac, yn wahanol i gyffur, mae'n angenrheidiol ar gyfer goroesi, felly mae wedi bod yn aneglur a yw gorfwyta yn deillio o orfodaeth debyg, neu o rywbeth arall.
“Yn fy marn i, mae'r astudiaeth hon yn gam rhagorol ymlaen o ran deall yr agweddau cymhleth niferus ar ymddygiad bwydo,” meddai Antonello Bonci, cyfarwyddwr gwyddonol y Sefydliad Cenedlaethol ar Gam-drin Cyffuriau, nad oedd yn ymwneud â'r ymchwil. “Er bod nifer o astudiaethau rhagorol wedi bod yn y gorffennol, gan edrych ar yr ysgogiad gorfodol o anhwylderau defnyddio sylweddau, dyma'r tro cyntaf i astudiaeth fynd yn ddwfn a chynhwysfawr i'r un agweddau ar gyfer ymddygiad bwydo gorfodol. O safbwynt trosiadol, cynhyrchodd y dull amlddisgyblaethol anhygoel a ddefnyddiwyd yn yr astudiaeth hon ddarganfyddiad cyffrous iawn: bod cylchdro siwgr cymhellol yn cael ei gyfryngu gan gylched niwral wahanol na bwyta ffisiolegol, iach. ”
Ar gyfer yr astudiaeth, canolbwyntiodd Tye a'i myfyriwr graddedig Edward Nieh ar y cysylltiadau rhwng yr VTA a'r hypothalamws ochrol (LH), sy'n rheoli bwydo. Ond oherwydd bod yr LH hefyd yn rheoli ymddygiadau amrywiol eraill ac yn cysylltu â rhanbarthau lluosog eraill yr ymennydd, nid oedd neb wedi arwahanu cylched prosesu bwydo a gwobrwyo eto. Dynododd a nodweddodd Tye a Nieh y niwronau LH sy'n cysylltu â'r VTA am y tro cyntaf a chofnodi eu gweithgareddau naturiol mewn sleisys yr ymennydd, gyda chymorth Gillian Matthews, cyn symud i arbrofion anifeiliaid. Cofnododd electrodau weithgarwch y niwronau hyn yn ystod ymddygiadau anifeiliaid.
Yn naturiol mae llygod yn caru swcros - yn debyg i fodau dynol sy'n caru sodas llawn siwgr - felly hyfforddodd Nieh lygod i chwilio am swcros mewn porthladd danfon wrth glywed a gweld ciw. Ar ôl i'r llygod ddysgu rhagweld gwobr swcros ar giw, fe ddaliodd y wobr yn ôl tua hanner yr amser - siom chwerw. Bryd arall, yn annisgwyl cafodd y llygod wobr swcros heb unrhyw giw rhagfynegol - syrpréis melys. Gelwir y gwahaniaeth hwn rhwng y disgwyliad a'r profiad yn wall rhagfynegiad gwobr.
Dangosodd y recordiadau niwral mai dim ond ar ôl i'r anifail ddysgu gwobrwyo swcros, p'un a oedd wedi derbyn y wobr ai peidio, y daeth un math o niwronau LH sy'n cysylltu â'r VTA yn weithredol. Roedd set arall o niwronau LH, ar ôl derbyn adborth gan yr VTA, wedi amgodio'r ymateb i'r wobr neu ei hepgor.
Nesaf, gweithiodd Nieh gyda myfyriwr MD / PhD yn labordy Tye, Stephen Allsop, i addasu llygod fel bod yr amcanestyniadau niwral LH-VTA yn cario proteinau sensitif i olau a all actifadu neu dawelu niwronau â chodlysiau golau, dull o'r enw optogenetics. Arweiniodd actifadu'r amcanestyniadau at fwyta swcros cymhellol a gorfwyta cynyddol mewn llygod a oedd yn llawn. Fe wnaeth anactifadu'r llwybr hwn leihau'r ceisio swcros cymhellol sy'n debyg i ddibyniaeth, ond nid oedd yn atal llygod a oedd eisiau bwyd rhag bwyta cyw rheolaidd. “Roedd hynny'n gyffrous oherwydd mae gennym y data recordio i ddangos sut mae'r ceisio siwgr cymhellol hwn yn digwydd,” meddai Nieh, “a gallwn yrru neu atal yr ymddygiad cymhellol yn unig trwy wneud newidiadau manwl iawn yn y gylched niwral.”
“Mae ymchwilwyr caethiwed wedi damcaniaethu bod y newid o weithredoedd i arferion i orfodaeth yn llwybr i ffurfio dibyniaeth, ond mae union ble a sut mae hyn yn digwydd yn yr ymennydd wedi bod yn ddirgelwch,” meddai Tye, sydd hefyd yn Athro Cynorthwyol Datblygu Gyrfa Whitehead yn Adran Gwyddorau Ymennydd a Gwybyddol MIT. “Nawr mae gennym dystiolaeth yn dangos bod y trawsnewid hwn yn cael ei gynrychioli yn y gylched LH-VTA.”
Dangosodd Nieh, gan weithio gyda Matthews, ôl-ddoc yn labordy Tye, fod y niwronau LH yn anfon cymysgedd o signalau ysgarthol (glwtamad) ac ataliol (GABA) i'r VTA. Ond yn groes i'r disgwyl, y signalau ataliol, nid y rhai ysgarthol, a ysgogodd y gweithgaredd bwydo yn y llygod. Pan actifadwyd amcanestyniadau GABA ar eu pennau eu hunain, roedd y llygod yn ymddwyn yn rhyfedd, yn cnoi ar waelod y cawell ac yn pantomeimio'r cynigion o ddod â nygi bwyd i'r geg a'i gnoi. (Roedden nhw wedi cael eu bwydo, felly doedden nhw ddim eisiau bwyd.) “Rydyn ni'n credu bod yr amcanestyniadau glutamatergig yn rheoleiddio rôl yr amcanestyniadau GABAergic, gan gyfarwyddo'r hyn sy'n briodol i gnaw arno,” meddai Nieh. “Rhaid i’r ddwy gydran weithio gyda’i gilydd i gael signalau bwydo ystyrlon.”
“Mae hyn yn bwysig iawn ar gyfer y maes, oherwydd mae hyn yn rhywbeth nad oeddem yn ei wybod o'r blaen,” meddai Bonci, “ac mae ganddo'r potensial i chwyldroi'r ffordd rydym yn ymdrin â thriniaeth ar gyfer gorfwyta gorfodol.”
Roedd yr ymchwilwyr hefyd yn nodweddu'r niwronau heterogenaidd ar ddiwedd derbyn y rhagamcanion hyn yn y VTA. Mae pob is-set o niwronau LH yn cysylltu â niwronau sy'n cynhyrchu dopamin a GABA yn y VTA. Mae'r labordy bellach yn ymchwilio i sut mae ymddygiadau bwydo a swcros yn amrywio ar sail y math niwron targed.
Cychwynnwyd yr ymchwil hwn fel rhan o Wobr Ymchwilydd Newydd 2013 NIH Tye, gyda'r nod hirdymor o sefydlu patrwm newydd ar gyfer trin gordewdra y gellid ei gymhwyso i anhwylderau niwroseiciatrig eraill. Daeth cyllid ychwanegol o ffynonellau cyhoeddus a phreifat lluosog, gan gynnwys Cymrodoriaeth Ymchwil i Raddedigion NSF Nieh, y Gymrodoriaeth Systemau Niwronaidd Integredig, a'r Rhaglen Hyfforddi yn Niwrobioleg Dysgu a Chof. Cyfrannodd Kara N. Presbrey, Christopher A. Leppla, Romy Wichmann, Rachael Neve, a Craig P. Wildes, pob aelod o Sefydliad Picower, at y gwaith hwn hefyd.
Mae gwyddonwyr wedi diffinio niwronau sy'n gyfrifol am fwyta gormod o fwyd ar lefel ddigynsail o fanylder
By Anna Azvolinsky | Ionawr 29, 2015
Mae dau dîm ymchwil annibynnol wedi diffinio poblogaethau niwronau yn yr hypothalamws sy'n gyfrifol am ysgogiad bwyd-fel-gwobr, ond mae'n debyg nad oes angen iddynt sbarduno bwyta er mwyn goroesi. Cyhoeddodd y ddau grŵp eu canfyddiadau heddiw (Ionawr 29) i mewn Cell.
“Mae'r rhain yn bapurau mawr sy'n dechrau diffinio cymhlethdod a heterogenedd [yr hypothalamws] a'r setiau penodol o niwronau sy'n gallu cynhyrchu canlyniadau ymddygiadol dramatig,” meddai Ralph DiLeone, niwrofiolegydd ym Mhrifysgol Iâl nad oedd yn rhan o'r gwaith.
Defnyddio optogenetics, niwrowyddonydd Garret Stuber ym Mhrifysgol North Carolina, canfu Chapel Hill, a'i gydweithwyr, fod actifadu niwronau GABAergic o fewn yr hypothalamws ochrol (LH) yn arwain llygod i fwydo'n amlach, tra bod atal y gweithgarwch gan y niwronau hyn yn ysgogi'r llygod i beidio â bwyta gormod. Roedd y niwronau hyn yn wahanol i boblogaethau neuronal eraill yn yr LH a oedd gynt yn gysylltiedig â bwyta ac ymddygiadau eraill yn ymwneud â gwobrwyo. Pan oedd y niwronau hyn wedi'u clymu yn enetig, roedd y llygod yn llai brwdfrydig i gael gwobr calorïau hylif. Fe wnaeth y gwyddonwyr hefyd ddarlunio signalau calsiwm o gannoedd o niwronau GABAergic unigol ar unwaith mewn llygod sy'n symud trwy fewnosod micro-onrosgopau i'r LH ac atodi microsgop fflworoleuedd bychain i ben yr anifeiliaid. Roedd y delweddu calsiwm yn dangos poblogaethau gwahanol o niwronau GABAergic yn weithredol ar y blas cyntaf o wobr bwyd neu pan oedd y llygod yn potsio eu trwynau — arwydd o ddiddordeb yn y bwyd — ond yn aml yn ystod y ddau weithgaredd.
Mae delweddu calsiwm yn vivo yn galluogi ymchwilwyr i ddarllen gweithgaredd niwronnol ar raddfa fwy — mewn rhanbarthau penodol o'r ymennydd, meddai DiLeone. Datblygwyd y dechneg gan Labordy Mark Schnitzer ym Mhrifysgol Stanford. “Chwe blynedd yn ôl, nid oedd gennym yr un o'r technolegau hyn — abladiad genetig, optogenetig, mewn delweddu vivo,” Paul Phillips, yn niwrowyddonydd ym Mhrifysgol Washington Y gwyddonydd. “Mae'n anhygoel gweld y labordy Stuber yn rhoi'r rhain at ei gilydd mor lân i ateb cwestiynau niwrowyddoniaeth pwysig.”
Mae niwronau'r LH yn amrywiol, ac mae'n hysbys eu bod yn ymwneud ag ymddygiadau sy'n gysylltiedig â gwobrwyo fel bwyta, yfed a rhyw. Ond yn hanesyddol, mae nodweddu isboblogaethau amrywiol niwronau yn rhanbarth yr ymennydd hwn wedi bod yn her. “Rydym wedi cael y canfyddiadau ysgogiad trydanol am fwy na 30 o flynyddoedd bellach, ond nid oeddem yn gwybod [pa niwronau] yr oeddem yn eu hysgogi ac a yw'r niwronau sy'n gysylltiedig â bwydo yn dod o'r LH neu'r rhai sy'n mynd drwodd tan dechnegau optogenetig daeth ar gael, ”meddai Roy Wise, niwrowyddonydd yn y Sefydliad Cenedlaethol ar Gam-drin Cyffuriau nad oedd yn rhan o'r gwaith.
“Mae yna gyffro yn y maes niwrowyddoniaeth ar gyfer delweddu mewn-vivo oherwydd ei fod yn caniatáu i ni, am y tro cyntaf, astudio patrymau gweithgaredd o fewn isboblogaethau wedi'u diffinio'n foleciwlaidd o niwronau,” ychwanegodd Stuber.
Yn yr ail astudiaeth, dan arweiniad niwrowyddonydd MIT Kay Tye, nododd ymchwilwyr ddwy boblogaeth niwronau benodol yn y gylched sy'n cysylltu'r LH ac ardal segmentol fentrol y canolbrain (VTA), sy'n adnabyddus am ei swyddogaeth prosesu gwobrau. Nid oedd p'un a yw niwronau yn yr amcanestyniadau LH-VTA hyn yn ymateb i siwgr ei hun, neu i'r weithred o gael y siwgr yn hysbys, meddai'r astudiaeth coauthor Edward Nieh, myfyriwr graddedig yn labordy Tye. “Nawr rydym yn gwybod bod is-bibellau o niwronau yn ymateb i wahanol giwiau — gan adfer y [siwgr] a'r [siwgr] ei hun.”
Gan ddefnyddio amrywiad ar dechneg optogenetig, dim ond y niwronau yn yr LH a oedd yn cysylltu â'r VTA oedd yn targedu'n benodol. Wrth archwilio'r llygod sy'n symud yn rhydd, canfu'r tîm fod y niwronau a oedd yn cysylltu'r LH â'r VTA wedi cael eu hysgogi yn ystod y weithred o geisio gwobr siwgr, yn annibynnol ar y wobr. Gostyngodd atal y gylched hon dim ond y chwilio am siwgr gorfodol - nid ymddygiad bwydo arferol — yn y llygod hyn. Roedd ysgogi'r niwronau GABAergig yn unig yn y gylched hon yn cynhyrchu ymddygiadau anarferol: yr anifeiliaid a oedd yn cnoi ar y llawr neu ofod gwag yn eu cewyll pan nad oedd bwyd yn bresennol. Ac o ganlyniad ysgogodd y niwronau hyn hefyd ymddygiad gorfodol clasurol o oresgyn cosb — siociau trydan — i gyrraedd y wobr siwgr, a chynyddu gorfwyta gorfodol.
“Gallwn leihau chwilio am swcrosod gorfodol ond ni allwn effeithio ar eu bwydo arferol,” meddai Nieh. “Mae hyn yn bwysig oherwydd, ar gyfer trin ymddygiad bwyta gorfodol, rydym ond eisiau atal y rhannau afiach o fwyta a chadw bwyta normal yn gyfan.”
“Mae yna gymhwysiad clir i anhwylderau bwydo ac efallai camddefnyddio cyffuriau a gamblo oherwydd gall fod yn llwybr cyffredin sy'n ysgogi'r mathau hyn o ymddygiad,” meddai Phillips.
Mewn e-bost i Y gwyddonydd, Dywedodd Tye fod ei labordy bellach yn gweithio i ddiffinio gwell llofnod niwronol ar gyfer craving y gellid ei ganfod mewn amser real i ddatblygu ymyriadau i atal gorfwyta gorfodol a mathau eraill o gaethiwed cyn iddynt ddechrau.
JH Jennings et al., “Delweddu dynameg rhwydwaith hypothalamig ar gyfer ymddygiad chwilfrydig a meiblaidd,” Cell, doi.org/10.1016/j.cell.2014.12.026, 2015.
EH Nieh et al., “Dadgodio cylchedau niwral sy'n rheoli swcros gorfodol,” Cell, doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.003, 2015.
;
