Des chercheurs ont découvert que des circuits neuronaux distincts contrôlent les fringales et la saine alimentation (2015)

COMMENTAIRES: Deux études historiques démontrant qu'il existe des circuits séparés pour la consommation compulsive de sucre - ou comme l'appelle YBOP, mécanisme de frénésie». On a toujours pensé que les dépendances comportementales découlaient de uniquement altérations des «circuits normaux». Bien que cela se produise, il est maintenant évident que des «circuits de frénésie» séparés existent également.

Cela a un sens évolutif. C'est un moyen d'inciter un animal à surconsommer lorsque la nourriture est disponible. Ces circuits proviennent de l'hypothalamus, qui est également la principale région de contrôle du comportement sexuel, de la libido et des érections. Je ne doute pas que les mammifères possèdent des «circuits de frénésie» pour le sexe et la nourriture. La reproduction est la priorité absolue de nos gènes et les opportunités d'accouplement sont généralement moins nombreuses et plus éloignées que les opportunités de manger.


Décodage de la dépendance au sucre

Ensemble, l'obésité et le diabète de type 2 figurent parmi les principaux problèmes de santé de notre pays et résultent en grande partie de ce que beaucoup appellent une «dépendance» au sucre. Mais résoudre ce problème est plus compliqué que résoudre la toxicomanie, car il faut réduire l’incitation à manger des aliments malsains sans affecter le désir de manger des aliments sains quand on a faim.

Dans un nouveau papier Cellule, des neuroscientifiques du MIT ont démêlé ces deux processus chez la souris et ont montré qu’inhiber un circuit cérébral jusque-là inconnu qui régule la consommation compulsive de sucre ne nuit pas à une alimentation saine.

«Pour la première fois, nous avons identifié comment le cerveau encodait la recherche de sucre compulsif et nous avons également montré qu'il semblait être différent de l'alimentation normale et adaptative», explique la principale auteur Kay Tye, chercheuse principale au Picower Institute for Learning. et Memory, qui avait précédemment mis au point de nouvelles techniques pour étudier les circuits cérébraux liés à la dépendance et à l’anxiété. "Nous devons étudier ce circuit plus en profondeur, mais notre objectif ultime est de développer des approches sûres et non invasives pour éviter les comportements alimentaires mésadaptés, d'abord chez la souris, puis chez l'homme."

La toxicomanie est définie comme la recherche compulsive de drogues malgré les conséquences néfastes à l'école, au travail ou à la maison. Les drogues addictives «détournent» le cerveau, le centre naturel de traitement des récompenses, la zone tegmentale ventrale (VTA). Mais la nourriture est une récompense naturelle et, contrairement à un médicament, est nécessaire à la survie, de sorte que l'on ne sait pas si la suralimentation résulte d'une compulsion similaire ou de quelque chose d'autre.

«Cette étude représente, à mon avis, une avancée remarquable dans la compréhension des nombreux aspects complexes des comportements alimentaires», déclare Antonello Bonci, directeur scientifique de l'Institut national de lutte contre l'abus des drogues, qui n'a pas participé à la recherche. «Bien qu'il y ait eu de nombreuses et excellentes études dans le passé portant sur le comportement compulsif des troubles liés à l'utilisation de substances, c'est la première fois qu'une étude analyse de manière approfondie et exhaustive les mêmes aspects du comportement alimentaire compulsif. Du point de vue de la traduction, l’extraordinaire approche multidisciplinaire utilisée dans cette étude a abouti à une découverte très intéressante: la consommation compulsive de sucre dépend d’un circuit neural différent de celui d’une alimentation saine, physiologique ».

Pour l'étude, Tye et son étudiant diplômé Edward Nieh se sont concentrés sur les liens entre la VTA et l'hypothalamus latéral (LH), qui contrôle l'alimentation. Mais comme le LH contrôle également divers autres comportements et se connecte à de multiples autres régions du cerveau, personne n’avait encore isolé un circuit d’alimentation et de traitement des récompenses. Tye et Nieh ont d'abord identifié et caractérisé uniquement les neurones LH qui se connectent à la VTA et ont enregistré leurs activités naturelles dans des tranches de cerveau, avec l'aide de Gillian Matthews, avant de passer à des expériences sur des animaux. Les électrodes ont enregistré l'activité de ces neurones identifiés lors du comportement des animaux.

Les souris aiment naturellement le saccharose - comme les humains qui aiment les sodas riches en sucre - alors Nieh a formé les souris à rechercher du saccharose dans un port de livraison en entendant et en voyant un signal. Après que les souris aient appris à prédire une récompense de saccharose sur demande, il a retenu la récompense au hasard environ la moitié du temps - une amère déception. D'autres fois, les souris ont reçu de manière inattendue une récompense de saccharose sans aucun indice prédictif - une douce surprise. Cette différence entre l'attente et l'expérience s'appelle l'erreur de prédiction de récompense.

Les enregistrements neuronaux ont montré qu'un type de neurones de LH se connectant à la VTA n'est devenu actif qu'après que l'animal a appris à rechercher une récompense de saccharose, qu'il ait effectivement reçu la récompense ou non. Après avoir reçu un retour d'information de la part de la VTA, un autre groupe de neurones LH a codé la réponse à la récompense ou à son omission.

Ensuite, Nieh a travaillé avec un étudiant en médecine / doctorat dans le laboratoire de Tye, Stephen Allsop, pour modifier les souris afin que les projections neurales LH-VTA transportent des protéines sensibles à la lumière qui peuvent activer ou faire taire les neurones avec des impulsions de lumière, une méthode appelée optogénétique. L'activation des projections a conduit à une consommation compulsive de saccharose et à une augmentation de la suralimentation chez les souris pleines. L'inactivation de cette voie a réduit la recherche compulsive de saccharose qui ressemble à la dépendance, mais n'a pas empêché les souris qui avaient faim de manger régulièrement de la nourriture. «C'était passionnant parce que nous avons les données d'enregistrement pour montrer comment cette recherche compulsive de sucre se produit», dit Nieh, «et nous pouvons conduire ou supprimer uniquement le comportement compulsif en apportant des changements très précis dans le circuit neuronal.

«Les chercheurs en toxicomanie ont émis l'hypothèse que la transition des actions aux habitudes en passant par la compulsion est le chemin vers la formation de la dépendance, mais où et comment cela se produit dans le cerveau reste un mystère», déclare Tye, également professeur assistant en développement de carrière à Whitehead. Département des sciences du cerveau et cognitives du MIT. «Nous avons maintenant des preuves montrant que cette transition est représentée dans le circuit LH-VTA.»

Nieh, travaillant avec Matthews, un post-doctorant au laboratoire Tye, a également montré que les neurones LH envoient un mélange de signaux excitateurs (glutamate) et inhibiteurs (GABA) au VTA. Mais contrairement aux attentes, ce sont les signaux inhibiteurs, et non les excitateurs, qui ont déclenché l'activité d'alimentation chez les souris. Lorsque les projections de GABA seules étaient activées, les souris se comportaient bizarrement, rongeant le fond de la cage et pantomimant les mouvements d'amener une pépite de nourriture à la bouche et de la mâcher. (Ils avaient été nourris, donc ils n'avaient pas faim.) "Nous pensons que les projections glutamatergiques régulent le rôle des projections GABAergiques, dirigeant ce qui est approprié pour ronger", dit Nieh. «Les deux composants doivent travailler ensemble pour obtenir des signaux d'alimentation significatifs.»

«Ceci est très important pour le terrain, parce que c'est quelque chose que nous ne savions pas auparavant», dit Bonci, «et qui pourrait potentiellement révolutionner l'approche du traitement de la suralimentation compulsive».

Les chercheurs ont également caractérisé les neurones hétérogènes à la réception de ces projections dans la VTA. Chaque sous-ensemble de neurones LH se connecte aux neurones producteurs de dopamine et de GABA dans la VTA. Le laboratoire étudie actuellement la manière dont les comportements d'alimentation et de recherche de saccharose diffèrent en fonction du type de neurone cible.

Cette recherche a été lancée dans le cadre de la récompense de nouveau chercheur du directeur 2013 NIH de Tye, avec l'objectif à long terme d'établir un nouveau paradigme pour le traitement de l'obésité qui pourrait être appliqué à d'autres troubles neuropsychiatriques. Des fonds supplémentaires ont été fournis par de nombreuses sources publiques et privées, notamment la bourse de recherche supérieure pour la recherche NSF de Nieh, la bourse de recherche pour systèmes neuronaux intégratives et le programme de formation en neurobiologie de l’apprentissage et de la mémoire. Kara N. Presbrey, Christopher A. Leppla, Romy Wichmann, Rachael Neve et Craig P. Wildes, tous membres de l'Institut Picower, ont également contribué à ce travail.


 

Les scientifiques ont défini les neurones responsables de la consommation excessive d'aliments à un niveau de détail sans précédent

By | Janvier 29, 2015

Deux équipes de recherche indépendantes ont défini des populations de neurones dans l'hypothalamus qui sont responsables de la stimulation alimentation-récompense, mais qui ne sont probablement pas nécessaires pour stimuler l'alimentation et la survie. Les deux groupes ont publié leurs conclusions aujourd’hui (janvier 29) dans Cellule.

«Ce sont de gros articles qui commencent à définir la complexité et l'hétérogénéité de [l'hypothalamus] et les ensembles spécifiques de neurones pouvant produire des résultats comportementaux spectaculaires», a déclaré Ralph DiLeone, neurobiologiste à l’Université de Yale qui n’a pas participé aux travaux.

En utilisant l'optogénétique, neuroscientifique Garret Stuber Chapel Hill, de l'Université de Caroline du Nord, et ses collègues ont constaté que l'activation des neurones GABAergiques au sein de l'hypothalamus latéral (LH) poussait les souris à se nourrir plus fréquemment, tout en inhibant l'activité de ces neurones, ce qui les incitait à ne pas manger de façon excessive. Ces neurones étaient distincts des autres populations neuronales de la LH précédemment impliquées dans l'alimentation et d'autres comportements liés aux récompenses. Lorsque ces neurones ont été génétiquement éliminés, les souris étaient moins motivées pour obtenir une récompense en calories liquides. Les scientifiques ont également visualisé la signalisation calcique de centaines de neurones GABAergiques individuels à la fois chez des souris en mouvement libre en implantant des microendoscopes dans la LH et en fixant un microscope à fluorescence miniaturisé à la tête des animaux. L’imagerie du calcium a montré des populations distinctes de neurones GABAergiques actifs dès le premier goût d’une récompense alimentaire ou lorsque les souris se piquent le nez - signe d’intérêt pour la nourriture - mais rarement lors des deux activités.

L'imagerie calcique in vivo permet aux chercheurs de lire l'activité neuronale à plus grande échelle, dans des régions spécifiques du cerveau, a déclaré DiLeone. La technique a été développée par Laboratoire de Mark Schnitzer à l'Université de Stanford. "Il y a six ans, nous n'avions aucune de ces technologies - ablation génétique, optogénétique, imagerie in vivo," Paul Phillips, neuroscientifique à l’Université de Washington, a déclaré The Scientist. «C’est incroyable de voir le laboratoire Stuber les assembler de manière aussi nette pour répondre à des questions importantes en neuroscience.»

Les neurones de la LH sont divers et connus pour être impliqués dans des comportements liés aux récompenses, tels que manger, boire et avoir des relations sexuelles. Mais caractériser les diverses sous-populations de neurones dans cette région du cerveau a toujours été un défi. «Nous avons les résultats de la stimulation électrique depuis plus de 30 ans, mais nous ne savions pas [quels neurones] nous stimulions et si les neurones liés à l'alimentation provenaient de la LH ou de ceux qui ne font que traverser jusqu'aux techniques d'optogénétique. est devenu disponible ", a déclaré Roy Wise, neuroscientifique à l’Institut national de lutte contre l’abus des drogues, n’a pas participé aux travaux.

«L'imagerie in vivo suscite de l'enthousiasme dans le domaine des neurosciences car elle nous permet, pour la première fois, d'étudier les schémas d'activité au sein de sous-populations de neurones définies au niveau moléculaire», a ajouté Stuber.

Dans la deuxième étude, dirigée par un neuroscientifique du MIT Kay Tye, les chercheurs ont identifié deux populations neuronales distinctes dans le circuit reliant la LH et la zone tegmentale ventrale (VTA) du mésencéphale, connue pour sa fonction de traitement des récompenses. On ne sait pas si les neurones de ces projections LH-VTA réagissent au sucre lui-même ou à l'acte d'obtenir le sucre, a déclaré le co-auteur de l'étude. Edward Nieh, étudiant diplômé dans le laboratoire de Tye. "Nous savons maintenant qu'il existe des sous-populations de neurones qui répondent à différents signaux: récupérer le [sucre] et le [sucre] lui-même."

En utilisant une variante d'une technique d'optogénétique, l'équipe n'a ciblé que les neurones de la LH liés à la VTA. En examinant des souris librement mobiles, l’équipe a constaté que les neurones reliant la LH à la VTA étaient activés au cours de la recherche d’une récompense en sucre, que la récompense soit obtenue ou non. L'inhibition de ce circuit a réduit uniquement la recherche compulsive de sucre - pas un comportement alimentaire normal - chez ces souris. Le fait de stimuler uniquement les neurones GABAergiques dans ce circuit a produit des comportements inhabituels: les animaux rongeaient le sol ou un espace vide dans leurs cages en l'absence de nourriture. Et la stimulation de ces neurones a également conduit à un comportement compulsif classique consistant à surmonter une punition - un choc électrique - pour obtenir la récompense en sucre et à une surconsommation compulsive accrue.

"Nous pouvons réduire la recherche compulsive de saccharose, mais ne pas affecter leur alimentation normale", a déclaré Nieh. «C’est important parce que, pour traiter les comportements alimentaires compulsifs, nous voulons seulement arrêter les aspects malsains de l’alimentation et conserver une alimentation normale intacte.»

"Il existe une application claire aux troubles de l'alimentation et peut-être à la toxicomanie et au jeu, car il peut s'agir d'une voie commune qui active ce type de comportement", a déclaré Phillips.

Dans un courrier électronique à The Scientist, Tye a déclaré que son laboratoire s’emploie actuellement à mieux définir une signature neuronale qui pourrait être détectée en temps réel afin de mettre au point des interventions visant à mettre fin aux comportements de dépendance excessifs et à d’autres comportements de dépendance avant qu’ils ne commencent.

JH Jennings et al., «Visualisation de la dynamique de réseau hypothalamique pour les comportements d'appétit et sonummatoire», Cellule, doi.org/10.1016/j.cell.2014.12.026, 2015. 

EH Nieh et al., «Décodage des circuits neuronaux qui contrôlent la recherche compulsive de saccharose» Cellule, doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.003, 2015.