Am J Physiol Régul Intégral Comp Physiol. 2011 Jun; 300 (6): R1266 – R1277.
Publié en ligne 2011 Mar 16. est ce que je: 10.1152 / ajpregu.00028.2011
PMCID: PMC3119156
Abstract
Étant donné le problème persistant de l'obésité, les expressions telles que «mes yeux sont plus gros que mon estomac» sont de plus en plus appréciées. Des études récentes menées chez des rongeurs et des humains suggèrent que des voies de récompense dérégulées du cerveau peuvent contribuer non seulement à la toxicomanie, mais également à des aliments savoureux et finalement l'obésité. Après avoir décrit les récents progrès réalisés dans la révélation des voies et des mécanismes neuronaux sous-jacents à la récompense alimentaire et à l’attribution de la saillance incitative par des signaux d’état internes, nous analysons la relation potentiellement circulaire entre la prise de nourriture savoureuse, l’hyperphagie et l’obésité. Existe-t-il des différences individuelles préexistantes dans les fonctions de récompense à un âge précoce, et pourraient-elles être responsables du développement de l'obésité plus tard dans la vie? Une exposition répétée à des aliments au goût agréable déclenche-t-elle une cascade de sensibilisation, comme dans le cas de la toxicomanie et de l'alcoolisme? Les fonctions de récompense sont-elles modifiées par les effets secondaires de l'obésité, tels qu'une signalisation accrue par le biais de voies de stress inflammatoires, oxydatives et mitochondriales? Répondre à ces questions aura un impact significatif sur la prévention et le traitement de l'obésité et de ses comorbidités, des troubles de l'alimentation et de la toxicomanie.
L’épidémie d’obésité actuelle s’explique mieux par un décalage entre l’environnement / mode de vie moderne et les schémas de réponse biologique qui ont évolué dans un environnement rare. Des caractéristiques biologiques comme une forte attirance pour la nourriture et les signaux alimentaires, des mécanismes de satiété lents et une efficacité métabolique élevée, propices à la survie dans un environnement rare, semblent maintenant être notre pire ennemi pour résister à une abondance de nourriture (130, 169). On pense que l'apport alimentaire et la dépense énergétique sont contrôlés par des systèmes neuronaux complexes, redondants et distribués, impliquant probablement des milliers de gènes et reflétant l'importance biologique fondamentale d'un apport adéquat en nutriments et d'un équilibre énergétique (15, 103). De nombreux progrès ont été réalisés dans l'identification du rôle important de l'hypothalamus et des zones du tronc cérébral dans les divers mécanismes hormonaux et neuronaux par lesquels le cerveau s'informe sur la disponibilité des nutriments ingérés et stockés et, à son tour, génère des troubles comportementaux, autonomes et endocriniens. sortie (54, 149) (Fig. 1). Certains des gènes impliqués dans ce régulateur homéostatique sont cruciaux pour le bilan énergétique, comme en témoignent les modèles bien connus d'obésité monogénique tels que le déficit en leptine (58). Cependant, il peut être clairement démontré que des parties beaucoup plus grandes du système nerveux des animaux et des humains, y compris le cortex, les noyaux gris centraux et le système limbique, sont concernées par l’achat d’aliments comme mécanisme de survie fondamental et conservé au cours de l’évolution pour défendre le poids corporel. (146). En formant des représentations et en récompensant les attentes par le biais de processus d'apprentissage et de mémoire, ces systèmes ont probablement évolué pour susciter de puissantes motivations et des motivations en vue de garantir l'approvisionnement et l'ingestion d'aliments bénéfiques dans un environnement clairsemé et souvent hostile. Maintenant, ces systèmes sont simplement submergés par une abondance d'aliments et d'indices alimentaires qui ne sont plus contestés par les prédateurs et interrompus par des famines (168). Malheureusement, l'anatomie, la chimie et les fonctions de ces systèmes neuronaux complexes et leurs interactions avec le régulateur homéostatique de l'hypothalamus sont mal comprises. Ces systèmes sont directement et principalement impliqués dans les interactions de l'environnement moderne et du mode de vie avec le corps humain. Ils ne sont pas moins physiologiques que les mécanismes de régulation métaboliques qui ont attiré l'essentiel des recherches au cours des dernières années 15.
Cette revue a pour but de donner un bref aperçu des concepts actuels de contrôle neuronal de la récompense alimentaire et de l’implication possible d’une transformation anormale de la récompense alimentaire dans l’hyperphagie et l’obésité et les éventuels effets mésadaptés des régimes appétissants sur la transformation de la récompense. Deux excellentes revues récentes ont traité de la relation entre l'obésité et les aliments, principalement du point de vue clinique et psychologique (108, 174). Nous nous intéressons ici aux corrélats neuronaux de la récompense, aux interactions entre les fonctions de récompense et d’homéostasie et à la perturbation de cette relation dans l’obésité (Fig. 2).
Glossaire
Les définitions ont été adoptées à partir de Berridge et al. (12):
Récompense alimentaire
Un processus composite qui comprend le «goût» (impact hédonique), le désir (motivation) et l'apprentissage (associations et prédictions) en tant que composants majeurs. Normalement, ils se produisent tous ensemble, mais les trois composants psychologiques ont des systèmes cérébraux séparables qui permettent la dissociation entre eux dans certaines conditions.
“Aimer” (avec guillemets)
Réaction hédonique objective détectée dans le comportement ou les signaux neuronaux et générée principalement par les systèmes cérébraux sous-corticaux. Une réaction de "sympathie" au goût sucré produit un plaisir conscient en recrutant des circuits cérébraux supplémentaires, mais une réaction de "sympathie" fondamentale peut parfois se produire sans plaisir subjectif.
Aimer (sans guillemets)
Le sens quotidien du mot en tant que sentiment subjectif conscient de gentillesse agréable.
"Vouloir" (avec guillemets)
Présence incitative ou motivation à la récompense généralement déclenchée par des signaux liés à la récompense. L'attribution de la saillance d'incitation aux représentations rend la réplique et sa récompense plus attrayantes, recherchées et susceptibles d'être consommées. Les systèmes mésolimbiques cérébraux, en particulier ceux impliquant la dopamine, sont particulièrement importants pour «vouloir». Habituellement, le «manque» se produit avec d'autres éléments de récompense tels que «aimer» et apprendre et avec les désirs subjectifs, mais peut être dissocié à la fois d'autres composants et du désir subjectif. conditions.
Vouloir (sans guillemets)
Un désir conscient et cognitif d’un but déclaratif au sens ordinaire du mot manque. Cette forme cognitive de désir implique des mécanismes cérébraux corticaux supplémentaires, au-delà des systèmes mésolimbiques, qui interviennent dans la médiation du «vouloir» sous forme de saillance incitative.
Autres définitions:
Palatable / Palatability
Des aliments acceptables ou agréables au palais ou au goût. Les synonymes incluent savoureux ou délicieux. En règle générale, les aliments au goût agréable sont également riches en énergie et comprennent des aliments riches en matières grasses, en sucre ou les deux.
Satiété sensorielle
Le phénomène selon lequel les animaux affamés se rassurent sur un aliment et ne prennent pas part à la même offre; les mêmes animaux offerts un deuxième aliment nouveau consomment un autre repas.
Faim métabolique
La faim motivée par les besoins métaboliques, médiée par les signaux endogènes d'épuisement des nutriments.
Faim hédonique
Manger selon des besoins autres que métaboliques, tels que des signaux externes.
Conséquences hédoniques de la nourriture
Les nombreux plaisirs de manger.
Manger est généralement vécu comme une expérience agréable et enrichissante, et il a été supposé que l’agréable plaisir de manger a évolué pour fournir la motivation nécessaire pour adopter ce comportement crucial dans des environnements hostiles et hostiles (94). Ainsi, la nourriture est un puissant renforçant naturel qui rivalise avec la plupart des autres comportements, en particulier lorsqu'un individu a une faim métabolique. Le comportement ingéré ne se limite pas à l'acte de manger, mais comprend les phases préparatoire, consommatrice et postconsommatoire (15). L'évaluation hédonique et le traitement des récompenses sont effectués à chacune de ces trois phases du comportement ingéré et en déterminent de manière critique les résultats.
Dans la phase préparatoire, avant tout contact oral avec des aliments, l’attente de récompense joue un rôle central. Cette phase peut être divisée en une phase d'initiation (changement d'attention d'un autre comportement), une phase d'achat (planification, recherche de nourriture) et une phase d'appétit (voir et sentir les aliments). La phase d'initiation est le processus clé dans lequel un choix, une sélection ou une décision est prise pour poursuivre une activité dirigée par un objectif particulier et non une autre. Le processus décisionnel responsable du changement d'attention est au cœur du domaine moderne de la neuroéconomie, et l'attente de récompense est peut-être le facteur principal déterminant le résultat de ce processus. La recherche suggère que pour faire ce choix, le cerveau utilise des représentations d'espérance de récompense et d'exigence d'effort / de risque tirées d'expériences antérieures afin d'optimiser les coûts / avantages (76, 111, 118, 139, 148). Ainsi, la décision de poursuivre ce nouvel objectif dépend en grande partie de l'attente mais pas de la consommation de la récompense. Le laps de temps entre la prise de décision et le fait de pouvoir réellement consommer la récompense est la phase d'approvisionnement. Cette phase était autrefois assez longue chez nos ancêtres humains et chez les animaux vivant en liberté d'aujourd'hui, comme l'illustre par exemple la chèvre de montagne canadienne descendant de plus hautes altitudes jusqu'au lit de la rivière sur une centaine de kilomètres pour satisfaire son appétit de sel. L'espérance de récompense semble être le principal moteur pour rester concentré pendant ce voyage. Pendant la phase d'appétit, les attributs sensoriels immédiats de l'objet visé, tels que voir, sentir et finalement goûter la première bouchée de l'aliment, commencent à fournir le premier retour sur sa valeur de récompense prédite et peuvent intensifier son pouvoir de motivation. Cette amplification de l'appétit se traduit par la génération de réponses de phase céphalique, anecdotiques connues par les Français sous le nom d'appetit vient en mangeant (l'appétit grandit avec les premières bouchées). La première bouchée est aussi la dernière chance de rejeter des aliments s'ils ne répondent pas aux attentes ou sont même toxiques.
La phase de consommation (repas) commence lorsque, en fonction de la première bouchée, l’espérance de récompense initiale est confirmée ou dépassée. Pendant le repas, le plaisir immédiat et direct découle principalement de sensations gustatives et olfactives, qui conduisent la consommation tout au long du repas jusqu'à ce que les signaux de satiété dominent (166). La durée de la phase de consommation est très variable car il ne faut que quelques minutes pour dévorer un hamburger, mais peut prendre des heures pour savourer un repas de cinq plats. Au cours de tels repas plus longs, les aliments ingérés impliquent de plus en plus des processus de récompense postoraux qui interagissent avec une récompense orale.
La phase post-consommation débute à la fin du repas et dure jusqu'au prochain épisode d'ingestion. Cette phase est probablement la phase la plus complexe et la moins bien comprise du comportement ingéré en termes de traitement des récompenses, bien que les mécanismes de satiété et de satiété aient été étudiés de manière exhaustive et qu’une longue liste de facteurs de satiété ait été identifiée. Comme mentionné ci-dessus, les capteurs de nutriments dans le tractus gastro-intestinal et ailleurs dans le corps semblent également contribuer à la génération de récompense alimentaire pendant et après un repas (153). Les mêmes récepteurs du goût présents dans la cavité buccale sont également exprimés dans les cellules épithéliales de l’intestin (144) et dans l'hypothalamus (131). Mais même lorsque tout traitement du goût est éliminé par manipulation génétique, les souris continuent d’apprendre à préférer le sucre à l’eau, ce qui suggère de générer une récompense alimentaire par des processus d’utilisation du glucose (44). Plutôt que le plaisir aigu de savourer des mets savoureux dans la bouche, il existe un sentiment général de satisfaction qui persiste longtemps après la fin du repas et qui contribue très probablement au renforcement du pouvoir d'un repas. De plus, chez l'homme, les repas sont souvent intégrés à des interactions sociales agréables et à une ambiance agréable. Enfin, le fait de savoir que la consommation d’aliments particuliers ou la réduction de l’apport calorique sera rentable en étant en meilleure santé et vivra plus longtemps peut générer une autre forme de bonheur ou de récompense.
Ainsi, une expérience enrichissante de la nourriture consiste en une variété de stimuli sensoriels et d'états émotionnels ou de sentiments au profil temporel très différent, et les fonctions neuronales sous-jacentes commencent seulement à être comprises.
Mécanismes neuronaux des fonctions de récompense alimentaire: aimer et vouloir.
Tout comme il n'y a pas de centre de la faim, il n'y a pas de centre de plaisir dans le cerveau. Étant donné l'implication complexe du plaisir et de la récompense dans les comportements motivés par l'ingestion (et autres) mentionnés ci-dessus, il est clair que plusieurs systèmes neuronaux sont impliqués. Les systèmes neuronaux activés en pensant à un plat préféré, en savourant un bonbon dans la bouche ou en se penchant en arrière après un repas rassasié sont probablement très différents, bien qu'ils puissent contenir des éléments communs. Identifier ces différences et ces éléments communs est l’objectif ultime des chercheurs dans le domaine du comportement ingéré.
Le procédé le plus facilement accessible est peut-être le plaisir intense généré par un bonbon dans la bouche. Même dans la mouche des fruits avec son système nerveux primitif, la stimulation des neurones gustatifs avec le sucre activé, tandis que la stimulation avec une substance amère est inhibée, une paire de neurones moteurs dans le ganglion sous-oesophagien, entraînant soit une ingestion vigoureuse, soit un rejet (68), en ajoutant à la preuve croissante que le goût a évolué en tant que système câblé invitant l’animal à accepter ou à refuser certains aliments. Chez les souris présentant une expression transgénique du récepteur pour un ligand habituellement insipide dans des cellules réceptrices du goût sucré ou amer, une stimulation avec le ligand a produit soit une forte attraction, soit un évitement des solutions sucrées (197). Le plus remarquable est que la quinine, un ligand amer apparenté, a provoqué une forte attraction chez les souris avec l’expression d’un récepteur amer dans des cellules réceptrices du goût détectables (114). Ces résultats suggèrent que la forme la plus primitive d'aimer et de ne pas aimer est peut-être déjà inhérente aux composants des voies gustatives périphériques. Comme démontré chez le rat décérébré (70) et bébé anencéphalique (171), expression du visage joyeux caractéristique lors de la dégustation de bonbons (11, 13) semble être neurologiquement organisé dans le tronc cérébral, ce qui suggère que le cerveau antérieur n'est pas nécessaire à l'expression de cette forme primitive de «sympathie» fondamentale (13). Chez les mammifères, le tronc cérébral est l'équivalent du ganglion sous-oesophagien, où les réactions sensorielles directes de la langue et de l'intestin sont intégrées aux schémas moteurs de base de l'ingestion (166, 179). Ainsi, ces circuits de base du tronc cérébral semblent être capables de reconnaître l'utilité et peut-être même l'agréable d'un stimulus gustatif et d'initier les réponses comportementales appropriées.
Cependant, même si certains de ces comportements réflexifs primitifs guidés par le goût sont organisés dans le tronc cérébral, il est clair que les circuits du tronc cérébral n'agissent normalement pas de manière isolée, mais communiquent intimement avec le cerveau antérieur. Même dans Drosophila, les cellules réceptrices spécifiques du goût ne synapse pas directement sur les motoneurones responsables du comportement comportemental guidé par le goût (68), laissant de nombreuses possibilités d'influences modulatrices d'autres régions du système nerveux. Clairement, pour que l’impact sensoriel d’une nourriture savoureuse et le sentiment subjectif de plaisir chez l’être humain soient pleinement ressentis, le goût est intégré à d’autres modalités sensorielles telles que l’odorat et la sensation de la bouche dans les régions du cerveau antérieur, y compris l’amygdale, ainsi que dans la corticale sensorielle primaire et supérieure. zones, y compris le cortex insulaire et orbitofrontal, pour former des représentations sensorielles de certains aliments (43, 45, 136, 141, 163, 164, 186). Les voies neuronales exactes par lesquelles ces perceptions ou représentations sensorielles conduisent à la génération de plaisir subjectif (le «goût» de Berridge, voir Glossaire) ne sont pas claires. Des études de neuroimagerie chez l'homme suggèrent que le plaisir, mesuré par des évaluations subjectives, est calculé dans des parties du cortex orbitofrontal et peut-être insulaire (13, 99).
Chez les animaux, seuls les composants subconscients du plaisir (le «goût» fondamental de Berridge) et de l'aversion sont expérimentalement accessibles, et l'un des rares paradigmes de test spécifiques est la mesure des expressions orofaciales positives et négatives lors de la dégustation de stimuli agréables (généralement sucrés) ou aversifs (11). En utilisant cette méthode, Berridge et ses collègues (12, 122) ont démontré l'existence de points chauds de plaisir («aimer») étroitement circonscrits au récepteur opioïde dans la coquille du noyau accumbens et le pallidum ventral. Nous avons récemment démontré que l’injection par un noyau accumbens d’un antagoniste des récepteurs des opioïdes μ supprimait de manière transitoire les réactions hédoniques orofaciales positives évoquant le saccharose (158). Ensemble, les résultats suggèrent que la signalisation endogène μ-opioïde dans le noyau accumbens (striatum ventral) est impliquée de manière cruciale dans l'expression de la «sympathie». Du fait que le rendement comportemental mesuré est organisé dans le tronc cérébral, le point chaud de la sympathie du striatum ventral doit en quelque sorte communiquer avec ce circuit réflexe de base, mais les voies de communication ne sont pas claires.
Une des questions clés est de savoir comment la motivation pour obtenir une récompense se traduit en action (113). Dans la plupart des cas, la motivation se concrétise en optant pour quelque chose qui a généré du plaisir dans le passé, ou en d'autres termes, en voulant ce qui est aimé. La signalisation de la dopamine dans le système de projection de la dopamine mésolimbique semble être un élément crucial de ce processus. L’activité phasique des projections de neurones dopaminergiques de la région tegmentale ventrale au noyau accumbens dans le striatum ventral est spécifiquement impliquée dans le processus de décision au cours de la phase préparatoire (appétitive) du comportement ingestif (26, 148). En outre, lorsque des aliments au goût du jour, tels que le saccharose, sont réellement consommés, il se produit une augmentation durable et dépendante du goût sucré des niveaux et du chiffre d'affaires de dopamine de nucleus accumbens (75, 80, 165). La signalisation de la dopamine dans le noyau accumbens semble donc jouer un rôle dans les phases préparatoire et consommatrice d'un accès ingéré. La coquille du noyau accumbens fait ainsi partie d’une boucle neuronale comprenant l’hypothalamus latéral et la région tegmentale ventrale, les neurones à orexine jouant un rôle clé (7, 22, 77, 98, 115, 125, 175, 199). Cette boucle est probablement importante pour l'attribution de la saillance incitative aux objectifs par les signaux d'état métaboliques disponibles pour l'hypothalamus latéral, comme indiqué ci-dessous.
En résumé, malgré les excellentes tentatives récentes pour séparer ses composants, le concept fonctionnel et les circuits neuronaux sous-jacents à la récompense alimentaire sont encore mal définis. En particulier, on ne comprend pas bien comment la récompense générée lors de l’anticipation, de la consommation et de la satisfaction est calculée et intégrée. Des recherches futures sur les techniques modernes de neuroimagerie chez l'homme et les analyses neurochimiques invasives chez l'animal seront nécessaires pour une compréhension plus complète. L’étape la plus importante dans la transformation de telles représentations sensorielles en actions est probablement l’attribution de ce que Berridge appelle «la saillance incitative». Ce mécanisme permet à un animal affamé de savoir qu’il a besoin de calories ou d’un organisme dépourvu de sel de le savoir. La modulation des processus hédoniques par l'état métabolique est discutée ci-dessous.
État métabolique module le traitement hédonique
Les conséquences métaboliques des aliments ingérés sont définies ici en termes d'apport en énergie et d'effets sur la composition corporelle, en particulier l'augmentation de l'accumulation de graisse, comme dans le cas de l'obésité. En plus du contrôle de la dépense énergétique, ces fonctions sont appelées régulation homéostatique du poids corporel et de l’adiposité (Fig. 1). On sait depuis longtemps que la faim métabolique augmente la motivation à trouver de la nourriture et à manger, mais les mécanismes neuronaux impliqués étaient obscurs. Étant donné que l'hypothalamus était reconnu comme l'épicentre de la régulation homéostatique, il était supposé que le signal de faim métabolique provenait de cette région du cerveau et se propageait par des projections neuronales dans d'autres zones importantes pour l'organisation d'un comportement ciblé. Ainsi, lorsque la leptine a été découverte, les chercheurs se sont d'abord contentés de limiter leur recherche des récepteurs à la leptine à l'hypothalamus, et la localisation initiale dans le noyau arqué a propagé la vision hypothalamocentrique (29, 150). Cependant, au cours des dernières années, il est devenu de plus en plus clair que la leptine et la pléthore d'autres signaux métaboliques agissaient non seulement sur l'hypothalamus, mais sur un grand nombre de systèmes cérébraux.
Modulation via l'hypothalamus.
Dans l'hypothalamus, on pensait à l'origine que le noyau arqué avec son neuropeptide Y et les neurones proopiomélanocortine jouait un rôle exclusif dans l'intégration des signaux métaboliques. Mais il est clair que les récepteurs de la leptine sont situés dans d'autres zones hypothalamiques telles que les noyaux ventromédial, dorsomédial et prémammillaire, ainsi que les zones latérales et périforniennes où ils contribuent probablement aux effets de la leptine sur l'apport alimentaire et la dépense énergétique (101, 102). On sait depuis longtemps que la stimulation électrique de l’hypothalamus latéral entraîne une ingestion de nourriture et que les rats apprennent rapidement à s’auto-administrer une stimulation électrique (83, 183). Les signaux métaboliques modulent le seuil de stimulation pour l’auto-stimulation et l’alimentation provoquées par une hypothalamie latérale (16, 17, 20, 64, 81-83, 89). Des études récentes montrent que les neurones hypothalamiques latéraux exprimant l'orexine (77, 199) et d’autres émetteurs tels que la neurotensine (101, 107) apportent une contribution modulatrice aux neurones à dopamine du cerveau moyen bien connus pour jouer un rôle crucial dans la traduction de la motivation en action (10, 14, 22, 42, 77, 91, 148, 194, 196). Les neurones à Orexin peuvent intégrer divers signaux d'état métabolique tels que la leptine, l'insuline et le glucose (2, 25, 51, 107, 160). En plus des neurones dopaminergiques du cerveau moyen, les neurones orexine se projettent largement dans le cerveau antérieur et le cerveau postérieur. En particulier, une boucle hypothalamo-thalamo-striatale comportant des projections d'orexine sur le noyau paraventriculaire du thalamus et des interneurones striataux cholinergiques (93), et les projections d’orexine vers les régions motrices oromotrices et autonomes du tronc cérébral (nouilles caudales) (6). Toutes ces projections stratégiques placent les neurones latéraux d'hypothalamus orexine dans une position idéale pour relier les besoins internes aux possibilités environnementales afin de faire des choix d'adaptation optimaux.
Modulation du «vouloir» à travers le système dopaminergique mésolimbique.
Des preuves considérables se sont récemment accumulées en faveur d’une modulation directe des neurones dopaminergiques du cerveau moyen par des signaux d’état métabolique. Après la démonstration initiale que les injections de leptine et d’insuline directement dans cette zone du cerveau supprimaient l’expression de préférence de lieu conditionnée par les aliments (61), d’autres études ont montré que de telles injections de leptine diminuaient l’activité des neurones dopaminergiques et réduisaient la consommation de nourriture de façon extrême,84). En revanche, l’action de la ghréline directement au sein de la VTA semble activer les neurones dopaminergiques, augmenter le turnover de la dopamine dans l’accumbens et augmenter la consommation de nourriture (1, 88, 116). Ensemble, ces résultats suggèrent qu'une partie de l'entraînement orexigénique de la ghréline et de l'anorexigène de la leptine est obtenue par modulation directe de fonctions de recherche de récompense médiées par les neurones dopaminergiques du cerveau moyen. Cependant, cette modulation peut être plus complexe, car les souris déficientes en leptine (absence de signalisation du récepteur de la leptine) présentent une activité neuronale dopaminergique inhibée plutôt qu’augmentée [comme prévu lors des expériences de neutralisation virale chez le rat (84)], et le traitement par remplacement de la leptine a rétabli l'activité normale des neurones dopaminergiques ainsi qu'une sensibilisation locomotrice induite par l'amphétamine (63). De même, chez les rats normaux, la leptine favorise l’activité de la tyrosine hydroxylase et l’écoulement de la dopamine à médiation par l’amphétamine dans le noyau accumbens (119, 124). Cela ouvre la possibilité intéressante qu’un système de signalisation de la dopamine mésolimbique supprimé (plutôt qu’un système hyperactif) soit associé au développement d’une hyperphagie compensatoire et de l’obésité, comme le propose l’hypothèse de récompense-déficience présentée dans la section principale suivante. Dans ce scénario, on s'attendrait à ce que la leptine augmente l'efficacité de la signalisation de la dopamine plutôt que de la supprimer.
Modulation du «goût» par le traitement sensoriel, la représentation corticale et les contrôles cognitifs.
Comme expliqué ci-dessus, les informations visuelles, olfactives, gustatives et autres relatives aux aliments convergent sous forme d'associations polymodales et de domaines connexes tels que le cortex orbitofrontal, l'insula et l'amygdale, où il est supposé former des représentations de l'expérience alimentaire pour orienter les activités actuelles et futures. comportement. Des études récentes suggèrent que la sensibilité de ces canaux sensoriels et l'activité au sein du cortex orbitofrontal, de l'amygdale et de l'insula sont modulées par des signaux d'état métaboliques.
Chez les rongeurs, il a été démontré que l’absence de leptine augmentait et que l’addition de leptine atténuait le goût périphérique et la sensibilité olfactive (66, 90, 157). La leptine peut également moduler le traitement sensoriel aux étapes de traitement gustatives et olfactives supérieures, comme indiqué par la présence de récepteurs de la leptine et l'expression de Fos induite par la leptine dans le noyau du tractus solitaire, le noyau parabrachial, le bulbe olfactif et les cortex insulaires et piriformes de rongeurs (53, 74, 86, 112, 159).
Dans le cortex orbitofrontal et l'amygdale de singes, des neurones individuels sensibles au goût de nutriments spécifiques tels que le glucose, les acides aminés et les graisses ont été modulés par la faim de manière sensorielle (137, 138, 140, 141). De même, chez les humains, l’agréablement subjectif était codé par l’activité neuronale dans le cortex orbitofrontal médial, mesuré par IRM fonctionnelle (IRMf), et était sujet à une satiété sensorielle spécifique, une forme de dévaluation du renforçateur (45, 100, 117, 135).
La mesure par IRMf a également montré que des modifications de l'activation neuronale induites par le goût se produisaient dans plusieurs zones du cortex insulaire et orbitofrontal humain et de préférence dans l'hémisphère droit (164). En comparant l'état à jeun par rapport au repas, la privation de nourriture augmente l'activation des zones de traitement sensorielles visuelles (cortex occipitotemporal) et gustatives (cortex insulaire) par la vue et le goût de la nourriture (181). Dans une autre étude, des images d'aliments provoquant une forte activation du cortex visuel et prémoteur, de l'hippocampe et de l'hypothalamus dans des conditions eucaloriques, ont entraîné une activation beaucoup plus faible après une suralimentation par 2 (30). Dans une étude récente explorant les conséquences neurologiques fonctionnelles des régimes chez les humains obèses, il a été constaté qu'après une perte de poids 10, induite par un régime,%, les modifications neuronales induites par des signaux visuels vis-à-vis des aliments étaient significativement renforcées dans plusieurs régions du cerveau faisant face à des troubles sensoriels d'ordre supérieur. perception et traitement de la mémoire de travail, y compris une zone du gyrus temporal moyen impliquée dans le traitement visuel d'ordre supérieur (142). Les deux différences induites par la perte de poids ont été inversées après le traitement par la leptine, ce qui suggère qu'une faible concentration de leptine sensibilise les zones du cerveau en réponse aux signaux alimentaires. L’activation neuronale dans le noyau accumbens provoquée par des stimuli visuels alimentaires est très élevée chez les adolescents génétiquement déficients en leptine et retourne rapidement à la normale après administration de la leptine (57). Dans l'état déficient en leptine, l'activation de nucleus accumbens était positivement corrélée aux évaluations d'appréciation des aliments montrés dans les images, que ce soit à jeun ou à l'état nourri. Même les aliments considérés comme fades dans des conditions normales (avec la leptine à l'état rassasié) étaient très appréciés en l'absence de signalisation par la leptine. Après le traitement à la leptine chez ces patients déficients en leptine et chez les sujets normaux, l'activation de nucleus accumbens n'était corrélée qu'avec les évaluations de goût à l'état de jeûne (57).
En outre, l'activité de la neurone dans les zones du cerveau impliquées dans le traitement cognitif des représentations d'aliments, telles que l'amygdale et le complexe de l'hippocampe, est modulée par la leptine (78, 79, 105) et de la ghréline (27, 50, 92, 109, 147, 189). Il est donc tout à fait clair que les processus d’évaluation hédonique subconsciente et d’expérience subjective d’agrément chez les humains et les animaux sont modulés par l’état interne.
En résumé, les signaux d'état métabolique affectent presque tous les processus neuronaux impliqués dans l'approvisionnement, la consommation et l'apprentissage de la nourriture. Il est donc peu probable que les mécanismes attribuant la saillance incitative aux stimuli d'appétit proviennent exclusivement des zones de détection des nutriments dans l'hypothalamus médiobasal. Ce processus de maintien de la vie est plutôt organisé de manière redondante et distribuée.
Récompense alimentaire et obésité
Comme décrit schématiquement dans Fig. 2, il existe plusieurs interactions potentielles entre récompense alimentaire et obésité. La discussion ici portera sur trois mécanismes fondamentaux: 1) les différences génétiques et autres préexistantes dans les fonctions de récompense pouvant causer l'obésité; 2) l'ingestion d'aliments au goût agréable en tant que processus de dépendance croissant conduisant à l'obésité; et 3) accélération de l'obésité par le biais de modifications des fonctions de récompense induites par les effets secondaires de l'obésité. Ces mécanismes ne sont pas mutuellement exclusifs et il est fort probable qu'une combinaison des trois soit opérationnelle chez la plupart des individus. Il est également important de réaliser que l'hyperphagie n'est pas toujours nécessaire au développement de l'obésité, car la composition en macronutriments des aliments peut favoriser de manière indépendante le dépôt de graisse.
Les différences génétiques et autres préexistantes dans les fonctions de récompense causent-elles l'obésité?
Un principe fondamental ici est que l’accès illimité à une nourriture au goût agréable conduit à une suralimentation hédonique et éventuellement à l’obésité, appelée hypothèse de la gloutonnerie pour la simplicité. Cette hypothèse est corroborée par de nombreuses études chez l'animal démontrant une consommation accrue d'aliments appétissants et le développement de l'obésité, l'obésité d'origine alimentaire.143, 151, 152, 154, 167, 178, 180, 193, 195). De nombreuses études chez l'homme ont également montré des effets aigus de la manipulation de l'appétence, de la variabilité et de la disponibilité de la nourriture (191, 192), même si peu d’études contrôlées montrent des effets à long terme sur le bilan énergétique (120, 134).
Dans sa forme la plus pure, l'hypothèse de la gourmandise n'exige pas que les fonctions de récompense soient anormales; il suffit que les conditions environnementales soient anormales (accès accru aux aliments appétissants et exposition aux signaux). Bien que la pression environnementale pousse sans aucun doute la population en général à une augmentation de la consommation de nourriture et du poids corporel, cette explication simple ne tient pas compte du fait que tous les sujets exposés au même environnement toxique ne prennent pas du poids. Cela suggère que les différences préexistantes rendent certains individus plus vulnérables à la disponibilité accrue d'aliments et de signaux alimentaires palatables, et la question cruciale est de savoir quelles pourraient être ces différences. Nous soutenons ici que les différences dans les fonctions de récompense sont responsables, mais il est également possible que les différences dans la manière dont le système homéostatique gère la suralimentation hédonique soient importantes. Dans ce scénario, une personne montrerait tous les signes d'une surconsommation hédonique aiguë, mais le régulateur homéostatique (ou d'autres mécanismes à l'origine d'un bilan énergétique négatif) pourrait neutraliser cet effet à long terme.
Les différences préexistantes pourraient être déterminées par des altérations génétiques et épigénétiques, et par les premières expériences de la vie grâce à la programmation du développement. Parmi les gènes majeurs 20 (preuves évidentes d’au moins deux études indépendantes) liés au développement de l’obésité (129), aucun n’est directement impliqué dans les mécanismes connus des fonctions de récompense. Cependant, comme l'effet combiné de ces gènes ne représente que moins de 5% de l'obésité humaine, il est très probable que de nombreux gènes importants n'aient pas encore été découverts, dont certains pourraient fonctionner dans le système de récompense.
Il existe une quantité considérable de littérature démontrant des différences dans les fonctions de récompense entre les animaux maigres et obèses et les humains (40, 162, 173, 174). De telles différences pourraient exister avant le développement de l'obésité ou pourraient être secondaires à l'état d'obésité, mais peu d'études ont tenté de dissocier ces deux mécanismes. Il est également important de noter que les différences préexistantes dans les fonctions de récompense ne conduisent pas automatiquement à l'obésité plus tard dans la vie.
La comparaison de sujets maigres et obèses portant différents allèles des gènes du récepteur de la dopamine D2 ou des récepteurs du récepteur opioïde μ révèle des différences dans les réponses comportementales et neurales à des aliments au goût agréable (39, 40, 60, 172). Dans les lignées de rats atteints d’obésité et résistants à l’obésité, sélectionnées de manière sélective, plusieurs différences dans la signalisation de la dopamine mésolimbique ont été rapportées (41, 65), mais la plupart de ces études ont utilisé des animaux adultes, déjà obèses. Dans une seule étude préliminaire, une différence a été observée à un âge précoce (65), il n’est donc pas clair si les différences dans les fonctions de récompense sont préexistantes et génétiquement déterminées ou acquises par exposition à des stimuli alimentaires palatables et / ou secondaires à l’obésité. Etant donné que les rats prédisposés à l'obésité développent un certain degré d'obésité même avec un régime alimentaire normal, il est également difficile de déterminer dans quelle mesure la différence génétique dépend de la disponibilité d'un régime agréable au goût comparé à un aliment, exprimée de manière phénotypique (gènes de susceptibilité). La signalisation de la dopamine mésolimbique est également sévèrement inhibée chez les patients déficients en leptine. ob / ob souris et sauvés par un remplacement systémique de la leptine (63). Cependant, chez l’homme génétiquement déficient en leptine, l’activité neuronale dans le noyau accumbens provoquée par la visualisation d’aliments savoureux était exagérée en l’absence de leptine et supprimée après administration de leptine (57). En outre, la neuro-imagerie TEP a montré une disponibilité réduite des récepteurs D2 de la dopamine, principalement dans le striatum dorsal et latéral, mais non ventral (187). Sur la base de cette dernière observation, l'hypothèse de carence de récompense a été posée, suggérant qu'une augmentation de l'apport alimentaire est une tentative de générer plus de récompense en compensation de la réduction de la signalisation de la dopamine mésolimbique (19, 128, 187). Il est clair que des preuves non confondues entre les sujets et les méthodes sont nécessaires pour bien comprendre le rôle de la signalisation de la dopamine mésolimbique dans l'hyperphagie des aliments au goût agréable et le développement de l'obésité.
Outre les mécanismes génétiques classiques, épigénétiques et non généniques (23, 34, 36, 37, 62, 67, 126, 155, 176, 184) pourraient également être potentiellement responsables de différences dans les circuits de récompense neuronale et dans les comportements de récompense à un jeune âge, prédisposant à l'hyperphagie et à l'obésité plus tard dans la vie. Ces effets sont mieux démontrés chez des souris consanguines C57 / BL6J génétiquement identiques ou des jumeaux identiques. Dans une de ces études, environ la moitié seulement des souris mâles C57 / BL6J sont devenues obèses avec un régime appétissant riche en graisse (55), mais les fonctions de récompense n’ont pas été évaluées.
En résumé, les différences dans la signalisation de la dopamine mésolimbique sont les plus fortement impliquées dans les comportements d'anticipation et de consommation alimentaires modifiés et l'obésité. Cependant, il est encore difficile de savoir dans quelle mesure des différences préexistantes et / ou des effets secondaires déterminent ces altérations du comportement et provoquent l'obésité. Seules des études longitudinales dans des populations génétiquement définies fourniront des réponses plus concluantes.
L'exposition répétée à des aliments provoquant une dépendance modifie-t-elle les mécanismes de récompense et conduit à un développement accéléré de l'obésité?
Des discussions animées ont eu lieu sur les similitudes entre la toxicomanie alimentaire et la toxicomanie (32, 38, 49, 56, 69, 94, 104, 123, 133, 187, 188). Alors que le domaine de la toxicomanie a une longue tradition (par exemple, Refs. 96, 132), le concept de dépendance alimentaire n’est toujours pas accepté et ses mécanismes comportementaux et neurologiques restent obscurs. Il est bien connu que l’exposition répétée à des drogues d’abus provoque des modifications neuroadaptives entraînant une élévation du seuil de récompense (diminution de la récompense) qui entraîne une prise de médicament accélérée (4, 87, 96, 97, 110, 145). La question ici est de savoir si une exposition répétée à une nourriture savoureuse peut entraîner des changements neuroadaptifs similaires dans le système récompense / comportement et une dépendance comportementale (envie d'aliments sucrés et de symptômes de sevrage) et si elle est indépendante de l'obésité qui résulte généralement d'une exposition prolongée à des aliments savoureux. . Les informations limitées disponibles suggèrent qu'un accès répété au saccharose peut réguler à la hausse la libération de dopamine (5) et le transporteur de dopamine (9) et modifier la disponibilité des récepteurs D1 et D2 de la dopamine (5, 8) dans le noyau accumbens. Ces changements peuvent être responsables de l'escalade observée de frénésie de saccharose, d'une sensibilisation croisée à l'activité locomotrice induite par l'amphétamine, de symptômes de sevrage, tels qu'une anxiété accrue et une dépression (5), ainsi qu'une efficacité renforcée moindre des aliments normaux (33). Pour les aliments au goût sucré et non sucré (généralement des aliments riches en matières grasses), il existe des preuves moins convaincantes du développement de la dépendance (21, 31), bien qu'un accès intermittent à l'huile de maïs puisse stimuler la libération de dopamine dans le noyau accumbens (106).
Chez les rats Wistar, l'exposition à un régime alimentaire agréable à la cafétéria a entraîné une hyperphagie prolongée les jours 40 et le seuil d'auto-stimulation électrique hypothalamique latérale a augmenté parallèlement au gain de poids corporel (89). Une insensibilité similaire du système de récompense a déjà été observée chez des rats toxicomanes, de la cocaïne par voie intraveineuse auto-administrée ou de l'héroïne (4, 110). En outre, l’expression des récepteurs D2 de la dopamine dans le striatum dorsal a été significativement réduite parallèlement à l’aggravation du seuil de récompense (89), aux concentrations observées chez des rats toxicomanes à la cocaïne (35). Fait intéressant, après 14 jours d'abstinence du régime acceptable au goût, le seuil de récompense ne s'est pas normalisé même si les rats étaient hypophages et perdaient 10% en poids corporel (89). Ceci contraste avec la normalisation relativement rapide ((48 h) des seuils de récompense chez les rats s’abstenant de s’auto-administrer de la cocaïne (110) et peuvent indiquer la présence de modifications irréversibles causées par la teneur élevée en graisses de l'alimentation (voir section suivante). Étant donné que les cocaïnomanes et les sujets humains obèses présentent une faible disponibilité de D2R dans le striatum dorsal (190), ces résultats suggèrent que la plasticité de la dopamine due à la consommation répétée d'aliments au goût agréable est quelque peu similaire à celle due à la consommation répétée de drogues.
Comme avec la drogue (71, 96, 156) et de l'alcool (18, 185), l’abstinence de saccharose peut provoquer des états de manque et de sevrage (5), conduisant finalement à un comportement de rechute (72, 73). On pense que l’abstinence incube d’autres modifications neurales et moléculaires (28, 185), facilitant la récupération provoquée par des signaux de programmes comportementaux automatisés. Par conséquent, le comportement en matière de rechute a fait l'objet d'investigations approfondies, car il est essentiel pour interrompre le cycle de dépendance et prévenir une dépendance croissante.156). On sait peu de choses sur l’incidence de cette incubation sur le fait d’aimer ou non le goût des aliments agréables au goût et sur son interaction avec l’obésité. Le diagramme schématique Fig. 3 est une tentative pour décrire les principales voies et processus.
En résumé, les premières observations chez les rongeurs suggèrent que certains aliments au goût agréable, tels que le saccharose, créent un potentiel de dépendance chez certains modèles animaux expérimentaux, puisqu'ils récapitulent au moins certains critères clés établis pour les drogues et l'alcool. Cependant, de nombreuses recherches supplémentaires sont nécessaires pour obtenir une image plus claire du potentiel d'abus de certains aliments et des voies neuronales impliquées.
L'obésité est-elle en train de changer les mécanismes de récompense et d'accélérer le processus?
L’obésité est associée à des systèmes de signalisation dérégulés, tels que la résistance à la leptine et à l’insuline, ainsi qu’à une signalisation accrue par le biais de cytokines proinflammatoires et de voies activées par le stress oxydatif et le réticulum endoplasmatique (3). Il devient évident que l'environnement interne toxique induit par l'obésité n'épargne pas le cerveau (24, 46, 48, 52, 59, 95, 121, 127, 177, 182, 198). On pense que la résistance à l'insuline cérébrale induite par l'obésité a un effet direct sur le développement de la maladie d'Alzheimer maintenant également appelée diabète de type 3 (46, 47) ainsi que d'autres maladies neurodégénératives (161).
Un certain nombre d’études récentes ont attiré l’attention sur l’hypothalamus, où les régimes riches en graisses perturbent la relation délicate entre les cellules gliales et les neurones en augmentant le réticulum endoplasmique et le stress oxydatif, conduisant à des voies réponse-stress ayant des effets généralement cytotoxiques (48, 121, 177, 198). Les effets ultimes de ces changements sont une résistance centrale à l'insuline et à la leptine et une régulation hypothalamique du bilan énergétique altérée, ce qui favorise davantage le développement de l'obésité et, à son tour, la neurodégénérescence. Cependant, ces effets toxiques ne se limitent pas à l'hypothalamus, mais peuvent également affecter les zones du cerveau impliquées dans le traitement de la récompense. La souris obèse déficiente en leptine est beaucoup plus sensible à la neurodégénérescence induite chimiquement, telle que la dégénérescence nerveuse terminale de la dopamine induite par la métamphétamine, comme indiqué par la réduction des niveaux de dopamine striatale (170). L’obésité et l’hypertriglycéridémie entraînent des troubles cognitifs chez les souris, notamment une diminution de la pression exercée sur le levier pour obtenir une récompense en nourriture (59) et des études épidémiologiques montrent une association entre l’indice de masse corporelle et le risque de maladie de Parkinson et de déclin cognitif (85). Les rats prédisposés à l'obésité autorisés à devenir obèses en mangeant régulièrement, ou nourris avec un régime riche en graisses afin de ne pas prendre de poids corporel excessif, ont présenté une réponse opérante significativement réduite (point de cassure du rapport progressif) pour le saccharose, préférence de lieu conditionné induite par l'amphétamine, et le renouvellement de la dopamine dans le noyau accumbens (41). Ces résultats suggèrent que l’obésité en soi et un régime alimentaire riche en graisses peuvent altérer la signalisation de la dopamine mésolimbique et récompenser les comportements. Les voies et mécanismes possibles par lesquels les manipulations alimentaires et l'obésité pourraient affecter les circuits de récompense neuronaux sont présentés dans Fig. 4.
En résumé, il semble clair que l’environnement toxique interne induit par l’obésité ne s’arrête pas au niveau du cerveau et qu’il ne s’arrête pas au niveau du circuit de récompense. Tout comme les zones du cerveau impliquées dans la régulation du bilan énergétique homéostatique, tel que l'hypothalamus, et dans le contrôle cognitif, tel que l'hippocampe et le néocortex, les circuits de récompense dans les zones cortico-limbiques et autres sont susceptibles d'être affectés par les modifications induites par l'obésité des signaux périphériques la signalisation cérébrale et locale par des voies de stress inflammatoires, oxydatives et mitochondriales.
Conclusions et perspectives
L'obésité est clairement une maladie multifactorielle ayant un certain nombre de causes potentielles, mais l'implication des changements environnementaux récents, notamment la surabondance de nourriture savoureuse et le peu de possibilité de dégager une énergie supplémentaire, semble indéniable. Compte tenu de ces conditions extérieures et du fort biais inhérent du système de réglementation homéostatique à se défendre contre l'épuisement énergétique plus fortement que l'excédent d'énergie, le gain de poids est facile, mais pas aussi facile à perdre. Cette revue examine les preuves des différences individuelles dans les mécanismes de récompense du cerveau comme étant responsables du fait de devenir obèses ou de rester minces dans l'environnement moderne. Bien qu'il existe de nombreuses preuves indirectes et corrélatives de l'implication du système de récompense dans la cause de l'obésité chez les animaux et les humains, il n'existe pas de pistolet pour fumer pour une voie ou une molécule neurale spécifique. Cela est probablement dû au fait que le système de récompense est complexe et qu'il est difficile de le manipuler avec des médicaments ou des suppressions génétiques. La preuve la plus convaincante existe d'un rôle de la voie de la dopamine mésolimbique dans l'aspect «manquant» du comportement ingéré, mais il n'est pas encore clair si la sur ou sous-activité de la signalisation de la dopamine est à l'origine de l'hyperphagie. De plus, il n’est pas encore clair si les projections de dopamine mésolimbique sur des cibles sélectives dans les noyaux gris centraux, le cortex ou l’hypothalamus sont spécifiquement impliquées. Cependant, la décision finale d'ingérer un aliment, qu'il s'agisse d'un raisonnement conscient ou d'un traitement émotionnel subconscient, est peut-être le processus neuronal le plus important. Outre la gratification instantanée, il prend en compte la réalisation d'un bonheur plus profond résultant d'une vie saine, harmonieuse et réussie. Par exemple, certaines personnes tirent du plaisir et du bonheur de l'activité physique et de ses effets à long terme. Cependant, nous ne comprenons pas comment le cerveau calcule cette récompense à long terme et comment elle est intégrée aux plaisirs les plus instantanés.
SUBVENTIONS
Ce travail a été financé par les subventions DK-47348 et DK-071082 de l'Institut national du diabète, des maladies digestives et rénales.
INFORMATION
Aucun conflit d’intérêts, financier ou autre, n’est déclaré par le ou les auteurs.
REMERCIEMENTS
Nous remercions Laurel Patterson et Katie Bailey pour leur aide dans la révision et Christopher Morrison et Heike Muenzberg pour de nombreuses discussions.
Références