KOMMENTIT: Kaksi merkittävää tutkimusta, jotka osoittavat, että pakollisen sokerin kulutukseen on olemassa erilliset piirit - tai kuten YBOP kutsuu, 'a binge mekanismi". Aina on ajateltu, että käyttäytymisriippuvuudet johtuvat vain "normaalien piirien" muutokset. Vaikka näin käy, on nyt ilmeistä, että on olemassa myös erillisiä 'bingeing-piirejä'.
Tämä on evoluution kannalta järkevää. Se on tapa kehottaa eläintä kuluttamaan liikaa, kun ruokaa on saatavilla. Nämä piirit johtuvat hypotalamuksesta, joka on myös tärkein seksuaalisen käyttäytymisen, libidon ja erektioiden kontrollialue. Minulla ei ole epäilystäkään siitä, että nisäkkäät käyttävät '' ahtaita piirejä '' seksiä ja ruokaa varten. Lisääntyminen on geeniemme ensisijainen tavoite, ja parittelumahdollisuudet ovat yleensä vähemmän ja kauempana kuin syömisen mahdollisuudet.
Dekoodaus sokeririippuvuudesta
Yhdessä lihavuus ja tyypin 2 diabetes kuuluvat kansamme suurimpiin terveysongelmiin, ja ne johtuvat suurelta osin siitä, mitä monet kutsuvat "riippuvuudeksi" sokerille. Tämän ongelman ratkaiseminen on kuitenkin monimutkaisempaa kuin huumeriippuvuuden ratkaiseminen, koska se vaatii vähentämään epäterveellisten elintarvikkeiden syömisen ajamista vaikuttamatta haluun syödä terveellisiä elintarvikkeita nälkäisenä.
Uudessa paperissa SoluMIT: n neurotieteilijät ovat hämmentäneet nämä kaksi prosessia hiirissä ja osoittaneet, että aiemmin tuntemattoman aivopiirin estäminen, joka säätelee kompulsiivista sokerinkulutusta, ei häiritse terveellistä ruokailua.
”Olemme ensimmäistä kertaa tunnistaneet, miten aivot koodaavat kompulsiivista sokerin etsintää, ja olemme myös osoittaneet, että se näyttää olevan erilainen kuin normaali, adaptiivinen syöminen”, sanoo vanhempi kirjailija Kay Tye, Picowerin oppimisen instituutin peruspäällikkö ja muisti, joka aiemmin kehitti uusia tekniikoita aivopiirien tutkimiseksi riippuvuudessa ja ahdistuneisuudessa. ”Meidän on tutkittava tätä piiriä syvällisemmin, mutta lopullisena tavoitteena on kehittää turvallisia, ei-invasiivisia lähestymistapoja, jotta vältetään maladaptive syömiskäyttäytyminen, ensin hiirissä ja lopulta ihmisissä.”
Huumeriippuvuus määritellään pakonaiseksi huumeiden etsimiseksi huolimatta haitallisista seurauksista koulussa, töissä tai kotona. Riippuvuuslääkkeet “kaappaavat” aivojen luonnollisen palkkakäsittelykeskuksen, vatsan Tegmental-alueen (VTA). Ruoka on kuitenkin luonnollinen palkinto, ja toisin kuin lääke, se on välttämätön selviytymisen kannalta, joten on epäselvää, johtuuko ylensyönti samankaltaisesta pakosta vai jostakin muusta.
”Tämä tutkimus edustaa mielestäni erinomaista edistystä ruokailutottumusten monien monimutkaisten näkökohtien ymmärtämisessä”, sanoo kansallisen huumeiden väärinkäytön instituutin tieteellinen johtaja Antonello Bonci, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. ”Vaikka aikaisemmin on tehty monia erinomaisia tutkimuksia, joissa tarkastellaan aineen käytön häiriöiden pakottavaa ajamista, tämä on ensimmäinen kerta, kun tutkimus menee hyvin syvällisesti ja kattavasti samoihin näkökohtiin pakollisen ruokintakäyttäytymisen suhteen. Käännöstarkoituksessa tässä tutkimuksessa käytetty poikkeuksellinen monitieteinen lähestymistapa sai aikaan erittäin jännittävän havainnon: että kompulsiivista sokerinkulutusta välittää erilainen hermopiiri kuin fysiologinen, terveellinen syöminen. ”
Tutkimukseen Tye ja hänen jatko-opiskelijasa Edward Nieh keskittyivät VTA: n ja sivuttaisen hypotalamuksen (LH) välisiin yhteyksiin, jotka ohjaavat ruokintaa. Mutta koska LH ohjaa myös erilaisia muita käyttäytymismalleja ja liittyy moniin muihin aivojen alueisiin, kukaan ei ollut vielä eristänyt syöttö- ja palkitsemisprosessia. Tye ja Nieh tunnistivat ja karakterisoivat juuri ne LH-neuronit, jotka liittyivät VTA: hun, ja rekisteröivät luonnollisesti esiintyvät aktiivisuutensa aivojen viipaleina Gillian Matthewsin avulla ennen siirtymistä eläinkokeisiin. Elektrodit tallensivat näiden tunnistettujen neuronien aktiivisuuden eläinkäyttäytymisen aikana.
Hiiret rakastavat luonnollisesti sakkaroosia - samanlaista kuin ihmiset, jotka rakastavat sokeripitoisia virvoitusjuomia -, joten Nieh koulutti hiiriä etsimään sakkaroosia jakelusatamasta kuultuaan ja nähdessään vihjeen. Kun hiiret oppivat ennustamaan sakkaroosipalkkion vihjeen jälkeen, hän pidätti palkkion satunnaisesti noin puolet ajasta - katkeran pettymyksen. Muina aikoina hiiret saivat odottamattomasti sakkaroosipalkinnon ilman ennakoivaa vihjeitä - makea yllätys. Tätä odotuksen ja kokemuksen välistä eroa kutsutaan palkkioennusteeksi.
Neuraaliset tallenteet osoittivat, että yksi tyyppi LH-neuroneja, jotka liittyivät VTA: han, aktivoituivat vasta sen jälkeen, kun eläin oli oppinut etsimään sakkaroosipalkkion riippumatta siitä, onko se todella saanut palkinnon. Toinen joukko LH-neuroneja, saatuaan palautetta VTA: sta, koodasi vastauksen palkkioon tai sen laiminlyöntiin.
Seuraavaksi Nieh työskenteli MD: n / PhD-opiskelijan kanssa Tyen laboratoriossa, Stephen Allsopin, modifioimaan hiiret siten, että LH-VTA-hermoprojektion mukana valoherkät proteiinit, jotka voivat aktivoida tai hiljentää hermosoluja valopulsseilla, menetelmää kutsutaan optogenetiikaksi. Ennusteiden aktivointi johti pakolliseen sakkaroosin syömiseen ja lisääntyneeseen ylikuumenemiseen täysillä hiirillä. Tämän reitin inaktivointi vähensi pakonomaista sakkaroosinhakua, joka muistuttaa riippuvuutta, mutta ei estänyt nälkäisiä hiiriä syömästä säännöllistä ruokaa. "Se oli jännittävää, koska meillä on tallennusdataa osoittamaan, miten tämä pakonomainen sokerinhaku tapahtuu", Nieh sanoo. "Ja voimme ajaa tai estää vain pakonomainen käyttäytyminen tekemällä hyvin tarkkoja muutoksia hermopiiriin."
"Riippuvuustutkijat ovat olettaneet, että siirtyminen toiminnasta tottumuksiin pakotteeseen on polku riippuvuuden muodostumiseen, mutta tarkalleen missä ja miten tämä tapahtuu aivoissa, on ollut mysteeri", sanoo Tye, joka on myös Whiteheadin urakehityksen apulaisprofessori. MIT: n aivotieteen ja kognitiivisten tieteiden laitos. "Nyt meillä on todisteita siitä, että tämä siirtymä on edustettuna LH-VTA-piirissä."
Tyie-laboratorion postdoc-tutkijan Matthewsin kanssa työskentelevä Nieh osoitti myös, että LH-neuronit lähettävät sekoitus virittäviä (glutamaatti) ja estäviä (GABA) signaaleja VTA: lle. Mutta toisin kuin odotettiin, estävät signaalit, ei kiihottavat, laukaisivat hiirien ruokinta-aktiivisuuden. Kun pelkästään GABA-projektiot aktivoitiin, hiiret käyttäytyivät oudosti, jyrsivät häkin pohjaa ja pantimimoivat ruokamagnetin suuhun tuomisen ja pureskelun liikkeet. (Heitä oli syötetty, joten he eivät olleet nälkäisiä.) "Luulemme, että glutamatergiset ennusteet säätelevät GABAergisten ennusteiden roolia ja ohjaavat sitä, mikä on tarkoituksenmukaista purra", Nieh sanoo. "Molempien komponenttien on toimittava yhdessä saadakseen mielekkäitä syöttösignaaleja."
”Tämä on kentälle erittäin tärkeää, koska emme tiedä sitä aikaisemmin”, Bonci sanoo ”ja kantaa potentiaalia mullistaa tapa, jolla lähestymme hoitoa pakottavaan ylilyöntiin.”
Tutkijat karakterisoivat myös heterogeeniset neuronit näiden ennusteiden vastaanottopäässä VTA: ssa. Jokainen LH-neuronien alaryhmä yhdistyy dopamiini- ja GABA: ta tuottaviin neuroneihin VTA: ssa. Laboratorio tutkii nyt, miten ruokinta ja sakkaroosin etsivä käyttäytyminen poikkeavat kohde-neuronityypin mukaan.
Tämä tutkimus aloitettiin osana Tyen 2013 NIH: n johtajan uutta tutkijapalkintoa, jonka pitkän aikavälin tavoitteena oli luoda uusi paradigma lihavuuden hoitoon, jota voitaisiin soveltaa muihin neuropsykiatrisiin häiriöihin. Lisärahoitusta tuli useista julkisista ja yksityisistä lähteistä, kuten Niehin NSF-tutkijakoulutuksesta, integroivasta neuronaalisesta järjestelmästä ja oppimisen ja oppimisen ja muistin neurobiologian koulutusohjelmasta. Tähän työhön osallistui myös Kara N. Presbrey, Christopher A. Leppla, Romy Wichmann, Rachael Neve ja Craig P. Wildes.
Tutkijat ovat määrittäneet neuroneja, jotka ovat vastuussa liiallisesta ruoan kulutuksesta, ennennäkemättömällä tarkkuudella
By Anna Azvolinsky | Tammikuu 29, 2015
Kaksi itsenäistä tutkimusryhmää on määritellyt hypotalamuksen neuronien populaatioita, jotka ovat vastuussa ruoka-anto-stimulaatiosta, mutta eivät todennäköisesti ole välttämättömiä syödäksesi eloonjäämistä. Molemmat ryhmät julkaisivat tänään havainnot (tammikuu 29) vuonna 2007 Solu.
"Nämä ovat suuria papereita, jotka alkavat määritellä [hypotalamuksen] ja erityisten hermosolujen monimutkaisuutta ja heterogeenisyyttä, jotka voivat tuottaa dramaattisia käyttäytymistuloksia", sanoo Ralph DiLeone, Yale-yliopiston neurobiologi, joka ei ollut mukana töissä.
Käyttämällä optogenetiikkaa, neurotieteilijä Garret Stuber Pohjois-Carolinan yliopistossa Chapel Hill ja hänen kollegansa totesivat, että GABAergisten neuronien aktivoiminen lateraalisen hypotalamuksen (LH) sisällä johtivat hiiriin ruokkimaan useammin, kun taas näiden hermosolujen aktiivisuus estänyt hiiriä syömästä liikaa. Nämä neuronit poikkesivat muista neuronipopulaatioista LH: ssä, jotka olivat aikaisemmin osallisia syömiseen ja muihin palkkioihin liittyviin käyttäytymisiin. Kun nämä neuronit poistettiin geneettisesti, hiirillä oli vähemmän motivaatiota saada nestemäinen kaloripalkkio. Tutkijat näkivät myös satojen yksittäisten GABAergisten hermosolujen kalsiumsignaalin kerrallaan vapaasti liikkuvissa hiirissä istuttamalla mikroendoskooppeja LH: een ja kiinnittämällä miniatyroidun fluoresenssimikroskoopin eläinten päähän. Kalsiumin kuvantaminen osoitti GABAergisten hermosolujen erillisiä populaatioita, jotka olivat aktiivisia elintarvikepalkkion ensimmäisessä makussa tai kun hiiret osuivat nenäänsä - merkki kiinnostuksesta ruokaan - mutta harvoin molempien toimintojen aikana.
In vivo kalsiumin kuvantaminen antaa tutkijoille mahdollisuuden lukea neuronaalista aktiivisuutta suuremmassa mittakaavassa - tietyissä aivojen alueilla, sanoi DiLeone. Tekniikka on kehittänyt Mark Schnitzerin laboratorio Stanfordin yliopistossa. ”Kuusi vuotta sitten meillä ei ollut yhtään näistä tekniikoista - geneettistä ablaatiota, optogenetiikkaa, in vivo -kuvausta,” Paul Phillips, Washingtonin yliopiston neurotieteilijä kertoi Tiedemies. "On hämmästyttävää nähdä, että Stuberin laboratorio laittavat nämä yhteen niin puhtaasti vastata tärkeisiin neurotieteellisiin kysymyksiin."
LH: n neuronit ovat monipuolisia, ja niiden tiedetään osallistuvan palkkioihin, kuten syömiseen, juomiseen ja sukupuoleen. Mutta hermosolujen monipuolisten subpopulaatioiden karakterisointi tässä aivojen alueella on ollut historiallisesti haaste. ”Meillä on ollut sähköstimulaatiotulokset yli 30-vuosia nyt, mutta emme tienneet [mitkä neuronit] me stimuloimme ja onko ruokintaan liittyvät neuronit LH: sta tai niistä, jotka kulkevat vain optogeneettisten tekniikoiden läpi tuli saataville ”, sanoi Roy Wise, neurotieteilijä huumeiden väärinkäytön kansallisessa instituutissa, joka ei ollut mukana työssä.
”Neurotieteen alalla on jännitystä in vivo -kuvauksessa, koska se mahdollistaa ensimmäistä kertaa tutkia molekyylisesti määriteltyjen hermosolujen aktiivisuusmalleja”, Stuber lisäsi.
Toisessa tutkimuksessa, jota johti MIT-neurotieteilijä Kay Tye, tutkijat tunnistivat kaksi erillistä hermosolujen populaatiota piirissä, joka yhdistää LH: n ja keskiaivojen ventraalisen tegmentaalialueen (VTA), joka tunnetaan palkkionkäsittelytoiminnastaan. Ei tiedetty, reagoivatko näiden LH-VTA-projektioiden neuronit itse sokeriin vai sokerin saamiseen, kertoi tutkija. Edward Nieh, jatko-opiskelija Tyen laboratoriossa. "Nyt tiedämme, että on olemassa neuroneja, jotka reagoivat erilaisiin vihjeisiin - hakemaan [sokeri] ja itse [sokeri]."
Käyttämällä vaihtelua optogeneettiseen tekniikkaan, tiimi kohdistui nimenomaan vain LH: n neuroneihin, jotka liittyvät VTA: han. Tarkasteltaessa vapaasti liikkuvia hiiriä joukkue havaitsi, että neuronit, jotka yhdistävät LH: n VTA: han, aktivoitiin sokerin palkkiohakemuksen yhteydessä riippumatta siitä, onko palkkio saatu. Tämän piirin estäminen pienensi näissä hiirissä vain kompulsiivista sokerin etsintää - ei normaalia ruokintakäyttäytymistä. Ainoastaan GABAergisten hermosolujen stimulointi tässä piirissä tuotti epätavallista käyttäytymistä: eläimet pilkkasivat lattialla tai tyhjä tila häkissä, kun ruokaa ei ollut läsnä. Näiden hermosolujen stimuloinnin myötä myös klassinen pakonomainen käyttäytyminen voitti rangaistus - sähköiskut - päästä sokeripalkkioon ja lisääntynyt pakonomainen ylensyöttö.
”Voimme vähentää kompulsiivista sakkaroosin etsintää, mutta ei vaikuta niiden normaaliin ruokintaan”, Nieh sanoi. ”Tämä on tärkeää, koska pakottavan syömiskäyttäytymisen hoidossa haluamme vain pysäyttää syömisen epäterveelliset osat ja pitää normaalin syömisen ehjänä.”
”Syömishäiriöitä ja ehkä huumeiden väärinkäyttöä ja uhkapeliä on sovellettu selkeästi, koska se voi olla yhteinen polku, joka aktivoi tällaisia käyttäytymismalleja,” sanoi Phillips.
Sähköpostissa osoitteeseen TiedemiesTye totesi, että laboratorio pyrkii nyt määrittämään hermoston allekirjoituksen, joka voitaisiin havaita reaaliajassa, jotta voidaan kehittää interventioita estämään kompulsiivinen ylensyöttö ja muut addiktoivat käyttäytymiset ennen kuin ne alkavat.
JH Jennings et ai., "Visuaalinen hypotalamuksen verkostodynamiikka ruokahalua ja sonsummatorista käyttäytymistä varten", Solu, doi.org/10.1016/j.cell.2014.12.026, 2015.
EH Nieh et ai., "Dekoodaus neuraalipiirejä, jotka kontrolloivat kompulsiivista sakkaroosin etsintää", solu, doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.003, 2015.
;
