Neurobiologie de la prise alimentaire en milieu obésogène (2012)

Actes de la Société de nutrition

Volume 71, Problème 4

Novembre 2012, pp. 478-487

Hans-Rudolf Berthoud ^(A1)

DOI: https://doi.org/10.1017/S0029665112000602

Publié en ligne: 17 July 2012

Abstract

L'objectif de cette revue non systématique de la littérature est de mettre en évidence certains des systèmes et voies neuronaux qui sont affectés par les divers aspects favorisant l'ingestion de l'environnement alimentaire moderne et d'explorer les modes possibles d'interaction entre les systèmes centraux tels que l'hypothalamus et le tronc cérébral. principalement réceptif aux signaux internes indiquant la disponibilité du carburant et les zones du cerveau antérieur telles que le cortex, l'amygdale et le système dopaminergique méso-corticolimbique, traitant principalement les signaux externes. Le mode de vie moderne, avec ses changements radicaux dans notre façon de manger et de bouger, exerce une pression sur le système homéostatique responsable de la régulation du poids, ce qui a entraîné une augmentation du surpoids et de l'obésité. Les outils modernes de neuromarketing exploitent de plus en plus la puissance des signaux alimentaires ciblant les émotions et les fonctions cognitives sensibles du cerveau, en particulier chez les enfants et les adolescents. L'augmentation de la consommation d'aliments riches en énergie et riches en matières grasses et en sucre non seulement ajoute plus d'énergie, mais peut également altérer les fonctions neuronales des systèmes cérébraux impliqués dans la détection des nutriments ainsi que dans le traitement hédonique, motivationnel et cognitif. Nous concluons que seules des études prospectives à long terme portant sur des sujets humains et des modèles animaux, capables de démontrer une consommation prolongée et une obésité durable, sont nécessaires pour identifier les facteurs environnementaux critiques ainsi que les systèmes neuronaux sous-jacents impliqués. Les informations tirées de ces études et de la recherche moderne en neuromarketing devraient être de plus en plus utilisées pour promouvoir la consommation d'aliments sains.

Étant donné l’énorme quantité de nourriture ingérée, il est remarquable que, pour la plupart d’entre nous, le poids corporel reste stable tout au long de la vie adulte. Cette stabilité pondérale est attribuée à un système de régulation homéostatique de l'hypothalamus qui détecte l'état nutritionnel et métabolique du corps et contrôle l'apport et les dépenses énergétiques. Pourtant, une partie croissante de la population, y compris de nombreux enfants et adolescents, développe l’obésité et est prédisposée à de nombreuses autres maladies débilitantes. L’énigme des taux élevés d’obésité face à la régulation du bilan énergétique homéostatique a donné lieu à un débat scientifique intense et au moins trois points de vue différents ont émergé. La première est que pour que le poids (utilisé ici de manière interchangeable avec adiposité) s'écarte de la norme, il doit y avoir un problème avec le régulateur homéostatique situé dans l'hypothalamus.⁽¹⁾. Une autre caractéristique souvent associée à cette vue est un «point de réglage» du poids corporel défendu de manière rigide. Ce point de vue est corroboré par le fait que si le régulateur homéostatique a un problème, par exemple une altération de la leptine et / ou de la mélanocortine, l'obésité est inévitable.⁽²⁾. Cependant, seul un très faible pourcentage d'obésité peut être attribué aux défauts de la machine actuellement connue du régulateur homéostatique.⁽³⁾. La grande majorité des personnes obèses ne semble pas avoir de gènes défectueux actuellement associés à l'obésité.

Un deuxième point de vue est que le régulateur homéostatique agit principalement pour lutter contre le manque, mais pas le surplus, d'éléments nutritifs, qu'il est organisé avec une flexibilité considérable pour faire face à différentes éventualités internes et externes telles que la grossesse et les variations saisonnières, et qu'il n'y a pas de poids corporel défendu de manière rigide. «point de consigne»⁽⁴^-⁷⁾. L'implication serait que les digressions du poids corporel idéal ne doivent pas toujours être pathologiques, mais peuvent être des adaptations physiologiques à des circonstances spéciales.

Un troisième point de vue consiste à inclure, outre l'hypothalamus, d'autres zones cérébrales telles que le tronc cérébral, les noyaux gris centraux et les systèmes cortico-limbiques dans le circuit principal du régulateur homéostatique.⁽⁸^-¹²⁾. Ce point de vue est corroboré par les observations d'effets durables sur la consommation alimentaire et l'équilibre énergétique en manipulant de telles zones extra-hypothalamiques. Il serait également beaucoup mieux d'expliquer comment l'obésité peut se développer dans un environnement en mutation rapide qui interagit principalement avec le cerveau cognitif et émotionnel.

Dans la revue non systématique suivante, je discuterai de la manière dont ce plus grand circuit neuronal, considéré par le troisième point de vue exposé précédemment, pourrait être impliqué dans la gestion des influences parfois concurrentes des signaux inter-sensoriels et extra-sensoriels dans le contrôle de la prise alimentaire, de l'énergie et de l'énergie. régulation des dépenses et du poids corporel.

L'environnement moderne: tentations de manger et éviter l'activité physique

Notre façon de vivre, en particulier ce que nous mangeons et notre travail, quand et comment nous mangeons et travaillons a radicalement changé avec la transformation progressive d’une agriculture basée sur une société de consommation au cours des dernières années 50. Les aliments sont facilement accessibles à un large segment de la population, tandis que les possibilités de travailler physiquement et de dépenser de l'énergie ont diminué. Avec l'ascension de la communication électronique, le cerveau joue un rôle beaucoup plus important dans l'approvisionnement et la consommation d'aliments et dans la gestion des activités quotidiennes. Il y a une attaque quotidienne avec des signaux associés à la nourriture et des images de nourriture⁽¹³^, ¹⁴⁾. L'industrie de la publicité et de l'agroalimentaire s'appuie de plus en plus sur les compétences de neuroscientifiques et de psychologues, et le neuromarketing est le nouveau mot à la mode. Le neuromarketing chez les enfants est particulièrement rentable car il génère de futurs acheteurs fidèles de produits de marque. Une recherche PubMed non filtrée utilisant les termes «marketing alimentaire» et «enfants» a donné des papiers 756, dont 600 publiés après l’année 2000. Considérant les nombreuses heures d'exposition quotidienne aux médias et aux appareils électroniques par les enfants et les adolescents⁽¹⁵^-¹⁷⁾ et les techniques de persuasion utilisées⁽¹⁸^-²¹⁾, le terme "lavage de cerveau" n’est pas inexact. Bien sûr, les mêmes méthodes puissantes pourraient être utilisées pour amener les enfants à consommer des aliments sains⁽²²^, ²³⁾, mais cette possibilité reste peu explorée. Bien que l’industrie alimentaire utilise des technologies de pointe pour trouver des repères neurologiques susceptibles de plaire aux consommateurs, cette information n’est malheureusement pas communiquée à la communauté des chercheurs.

Consommation d'aliments conditionnés en l'absence de besoin métabolique

Comme nous sommes de plus en plus exposés à des signaux évoquant des souvenirs et des images d'aliments tout au long de la journée, cela se produit de plus en plus fréquemment lorsque nous sommes rassasiés et que notre métabolisme est à son comble. On ne sait pas comment cette faim hédonique peut être induite en l’absence de signaux d’épuisement métabolique ou pendant la phase postprandiale, quand il ya encore beaucoup d’énergie absorbable dans l’intestin. Pourquoi ne négligeons-nous pas simplement ces signaux et stimuli? Plusieurs explications sont possibles.

Weingarten a mis au point un modèle de prise de nourriture conditionnée et induite par les signaux chez des rats rassasiés⁽²⁴⁾. Après avoir associé temporairement un ton ou une lumière (stimulus conditionné, CS⁺) avec la présentation d'un gobelet rétractable chez des animaux à accès restreint, les rats ont vite appris à se rendre dans le gobelet chaque fois que le CS⁺ était sur. Après le retour des rats à ad libitum se nourrissant et étaient complètement rassasiés, le CS⁺ continué à susciter l'approche tasse de nourriture et un petit repas⁽²⁴⁾, imitant étroitement la consommation d'aliments conditionnés par des signaux externes chez des sujets humains. Dans une série d’études élégantes, Petrovich a démontré l’importance d’un réseau de neurones comprenant l’amygdale, le cortex préfrontal médial et l’hypothalamus latéral pour que ce phénomène se produise.⁽²⁵^-²⁷⁾. Il semble que les intrants hypothalamus de l’amygdale et du cortex préfrontal médial (voir Fig. 1) sont nécessaires pour lier des stimuli conditionnés spécifiques à une action appétitive. Il sera intéressant d'étudier le rôle des neurones d'hypexhalamines latérales d'orexine et leurs projections dans le système dopaminergique mésolimbique, ces neurones étant impliqués dans la prise de nourriture induite par les opioïdes μ⁽²⁸⁾, apport en sel induit par épuisement⁽²⁹⁾ et réintégration de la recherche de drogue⁽³⁰⁾. L’hypothalamus latéral étant un lieu de sortie important du comportement et du système autonome du capteur d’énergie intégrative hypothalamique médiobasal, cet apport modulateur de l’amygdale et du cortex préfrontal peut fournir une base pour régulariser la régulation homéostatique par des signaux externes. Cependant, il convient de noter que ni le Weingarten⁽²⁴⁾ ni les études de Petrovich⁽²⁵⁾ testé si la répétition prolongée de CS⁺ l'exposition entraînait des excès alimentaires excessifs et le développement de l'obésité et empêchait la transection des projections critiques amygdale-hypothalamiques.

Fig. 1. (couleur en ligne) Principaux systèmes et voies neuronaux impliqués dans le contrôle du comportement ingéré et la régulation du bilan énergétique en mettant l'accent sur les interactions entre le système de régulation d'énergie homéostatique classique dans l'hypothalamus et le tronc cérébral (boîtes bleues et flèches dans la moitié inférieure) et le cerveau cognitif / émotionnel systèmes (cases rouges et flèches dans la moitié supérieure). La modulation ascendante des processus cognitifs et émotionnels par les signaux métaboliques et leurs dérivés est obtenue par: a) des hormones et des métabolites circulants agissant non seulement sur l’hypothalamus et le tronc cérébral, mais également sur les voies de traitement sensoriel externes ainsi que sur les composants du système corticolimbique ( flèches bleues ouvertes avec des lignes pointillées), (b) un flux d’informations sensorielles vagales et rachidiennes provenant de l’intérieur du corps vers tous les niveaux du neuraxis, y compris le cortex (flèches bleues pleines), et (c) les signaux neuronaux générés par la capteur d'énergie hypothalamique intégrative et distribué aux zones impliquées dans la prise de décision basée sur la récompense (flèches bleues pleines). Ensemble, ces influences modulantes ascendantes déterminent le niveau de saillance incitative dirigée vers des nutriments spécifiques. La modulation descendante de l'apport alimentaire et de la dépense énergétique par les systèmes cognitifs et émotionnels / de récompense est obtenue par: (a) une entrée sensorielle externe directe (goût et odeur) du capteur d'énergie hypothalamique et un allocateur de réponse (lignes jaune foncé), (b) une entrée des systèmes de traitement de l'amygdale, du cortex et de la récompense à principalement l'hypothalamus latéral, responsable des signaux externes conditionnés pour induire une ingestion de nourriture (lignes rouges pleines et flèches), (c) des entrées provenant du cortex, de l'amygdale et des ganglions de la base au cerveau moyen système moteur, lignes rouges brisées et flèches pleines) et (d) système moteur pyramidal pour le contrôle comportemental volontaire (lignes rouges brisées à droite). N. Accumbens, nucleus accumbens; SMA, zone motrice supplémentaire; BLA, amygdale basolatérale; CeA, noyau central de l'amygdale; VTA, zone tegmentale ventrale; PAG, gris périqueductal; GLP-1, peptide ressemblant au glucgon-1; PYY, peptide YY; AT, tissu adipeux; SPA, activité physique spontanée. Adapté de⁽¹²⁾.

Le phénomène de satiété sensorielle⁽³¹⁾ peut faciliter la prise d'aliments conditionnés à l'état rassasié. Un exemple de cette facilitation est l’attrait d’une nouvelle expérience sensorielle, généralement un dessert, à la fin d’un repas rassasié. On sait peu de choses sur les mécanismes neuronaux impliqués dans ce phénomène, mais il a été démontré qu'une réduction de l'activité électrique des neurones dans le cortex orbitofrontal, une partie du cortex frontal, de singes macaques, peut refléter la satiété sensorielle⁽³²⁾. Il est concevable que certains des neurones du cortex orbitofrontal dirigent leur sortie vers l'hypothalamus latéral et amplifient ainsi la vulnérabilité aux signaux alimentaires conditionnés entre les repas.

Il est également possible que les réactions dites de phase céphalique à la vue et à l'odorat (ou simplement au fait de penser à la nourriture) puissent déclencher un comportement appétitif ⁽³³^, ³⁴⁾. Peut-être que les faibles augmentations de la salive, de l'acide gastrique, de l'insuline et de la sécrétion de ghréline qui constituent la réponse céphalique stimulent l'appétit en agissant sur les nerfs sensoriels ou directement sur le cerveau et renforcent ainsi les effets neuronaux des stimuli conditionnés. Nous pouvons également être plus vulnérables aux signaux alimentaires conditionnés lorsque nous sommes stressés. La consommation alimentaire sous forme d'automédication pour soulager le stress a été démontrée⁽³⁵⁾, bien que nous ne connaissions pas les mécanismes neuronaux impliqués. Enfin, des antécédents d’incertitude concernant l’approvisionnement en aliments pourraient également accroître la réactivité face aux signaux alimentaires en l’absence de faim métabolique directe.

En résumé, il a été clairement démontré que les stimuli conditionnés peuvent induire une ingestion de nourriture chez le rat rassasié et certains des circuits neuronaux critiques ont été identifiés. Ainsi, les stimuli de l'environnement ont clairement la capacité de submerger temporairement la régulation homéostatique. Cependant, aucune étude animale ou humaine n'a démontré directement qu'une exposition à long terme à des stimuli conditionnés conduit à l'obésité.

Amplification de la faim hédonique par besoin métabolique

Lorsque des signaux conditionnés, tels que des annonces d'aliments, sont présents en période d'épuisement métabolique, par exemple peu de temps avant ou pendant un repas, ils ont plus de chances de stimuler l'ingestion, car l'épuisement métabolique amplifie leur importance incitative.⁽³⁶^, ³⁷⁾. Il est bien connu que la faim métabolique nous rend plus sensibles aux signaux signalant la récompense des aliments et des médicaments.⁽³⁸^, ³⁹⁾. Les voies neuronales et les mécanismes impliqués dans cette attribution de la saillance ne sont pas complètement compris, mais des progrès ont été réalisés récemment. En particulier, il a été démontré que les signaux de déplétion métabolique sous forme de taux élevés de ghréline en circulation, ainsi que de faibles taux de leptine, d’insuline, d’hormones intestinales et de divers métabolites peuvent agir non seulement sur les zones du cerveau classiques impliquées dans l’homéostasie à bilan énergétique, telles que l'hypothalamus et le tronc cérébral, mais également sur les zones cérébrales impliquées dans le traitement sensoriel, la cognition et la récompense (Fig. 1; regarde aussi⁽⁴⁰⁾ pour une discussion plus détaillée).

Habitudes alimentaires modernes: disponibilité accrue, variété et taille des portions

Même en l'absence de publicité alimentaire, nous nous trouvons de plus en plus exposés aux possibilités de manger. Par rapport aux modes de repas relativement fixes du passé, la disponibilité de la nourriture a considérablement augmenté à la maison, sur le lieu de travail et dans l’ensemble de la communauté. Outre les gâteaux d'anniversaire et les distributeurs automatiques au travail et à l'école et le nombre croissant d'établissements de restauration rapide, le réfrigérateur à la maison est toujours rempli de produits prêts à être consommés. En outre, la taille typique des assiettes et des portions a considérablement augmenté et les buffets en libre-service sont courants.⁽⁴¹⁾. Bien que de nombreuses études montrent que les manipulations de disponibilité, de variété et de taille de portion ont des effets à court terme sur la consommation de nourriture chez l'homme⁽⁴²^-⁴⁵⁾, peu d’études ont examiné les conséquences à long terme sur la consommation et la prise de poids. Dans l'une de ces études cliniques contrôlées, il a été clairement démontré que l'augmentation de la taille de la portion entraînait une augmentation durable de l'apport alimentaire et du gain de poids sur une période d'observation de 11 d⁽⁴⁶⁾. Cependant, il est par nature difficile et coûteux de mesurer avec précision la consommation de nourriture chez l'homme dans des études à long terme. Ainsi, la preuve directe que la disponibilité, les opportunités et la variété d'aliments peuvent causer l'obésité chez l'homme n'est pas aussi forte qu'on le suppose généralement. En outre, des preuves indirectes provenant d'études transversales comparant des sujets maigres et obèses⁽⁴⁵⁾ est limité par le fait qu'il ne peut pas distinguer la cause et l'effet.

Les études chez l'animal fournissent un bien meilleur contrôle expérimental sur des périodes plus longues. Clairement, exposer les animaux à ad libitum les régimes riches en matières grasses et en variétés (cafétéria) peuvent provoquer une hyperphagie et l'obésité⁽⁴⁷⁾. Les régimes standardisés à haute teneur en matière grasse sont disponibles dans le commerce depuis plus de dix ans et des milliers d’études ont été menées; le rôle de la composition de l'alimentation et de la palatabilité est discuté dans la section suivante. À l’opposé, il n’existe qu’une étude sur le rôle de la disponibilité chez les rongeurs. Les rats ayant accès à quatre becs de saccharose et à un bec d'eau boivent plus d'énergie et prennent plus de poids au cours d'une période d'observation 30 d que les rats ayant accès à un bec de saccharose et à quatre becs d'eau⁽⁴⁸⁾. Ces résultats sont vraiment surprenants. Bien que la suringestion aiguë puisse être facilement expliquée par la curiosité initiale d'échantillonner à partir de chaque bec disponible, il est difficile de comprendre pourquoi il n'y a pas d'adaptation au fil du temps et pourquoi les mécanismes de rétroaction régulatrice homéostatique ont échoué. Les auteurs ont intitulé l'article `` Obesity by Choice '', suggérant que c'est l'échec du rat à faire le choix judicieux⁽⁴⁸⁾. Il est essentiel de vérifier les résultats de cette expérience, car elle ne pourrait pas être reproduite par un autre groupe de scientifiques (A Sclafani, communication personnelle).

Quels sont les mécanismes neuronaux responsables de la consommation d'aliments plus énergétiques lorsque la disponibilité, la variété et la taille des portions sont élevées? L'hyperphagie induite par la disponibilité chez les sujets de poids normal dépendra probablement de mécanismes neuronaux similaires à ceux impliqués dans l'hyperphagie induite par les signaux alimentaires, comme indiqué précédemment. La différence est que, avec la suralimentation induite par le signal, les stimuli sont plus immédiats. En d’autres termes, si les signaux indiquant la disponibilité des aliments coïncident avec les signaux d’épuisement métabolique peu de temps avant un repas, leur importance sera amplifiée, ce qui entraînera un début du repas plus tôt. Dans des conditions métaboliquement remplies, les circuits, y compris l'amygdale, le cortex préfrontal et l'hypothalamus latéral, se sont avérés responsables de la prise d'aliments conditionnés chez le rat rassasié⁽²⁵^, ²⁷^, ⁴⁹⁾ est susceptible d'être impliqué.

Aliments modernes: du goût à la dépendance

La palatabilité est clairement l’un des principaux facteurs de consommation de nourriture et elle peut conduire au développement de l’obésité chez les individus prédisposés. Cependant, le lien entre l'appétibilité et le développement de l'obésité n'est toujours pas clair. Connue sous le nom de «paradoxe français», la consommation d'une cuisine franco-méditerranéenne très goûteuse produit moins de risques d'obésité, ce qui suggère qu'il existe d'autres facteurs que l'appétibilité qui conduisent à une surconsommation chronique. Les aliments riches en énergie, riches en sucre et en gras, et pauvres en vitamines et en minéraux (également appelés énergies vides), peuvent constituer un facteur plus important. Des aliments tels que celui-ci peuvent créer une dépendance.

Représentations neurales du plaisir de manger

Il est clair que la valeur de récompense d'un aliment n'est pas seulement représentée par son goût et son goût pendant la phase de consommation. Une variété de stimuli sensoriels et d'états émotionnels ou de sentiments avec des profils temporels très différents contribuent à l'expérience de la récompense. Spécifiquement, pendant la phase post-consommation, les nutriments interagissent avec les capteurs du tractus gastro-intestinal, des autres organes périphériques et du cerveau lui-même. Il a récemment été démontré que, 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 au moyen de processus d’utilisation du glucose.⁽⁵⁰⁾.

Compte tenu de l’implication multiforme du plaisir et de la récompense dans le comportement ingéré, il est clair que plusieurs systèmes neuronaux sont impliqués (pour une analyse plus détaillée, voir⁽⁵¹⁾). En bref, la forme la plus primitive de goût et de dégoût semble être inhérente aux composants des voies gustatives périphériques du tronc cérébral.⁽⁵²^-⁵⁵⁾. Toutefois, pour que l’impact sensoriel d’une nourriture savoureuse et la sensation subjective de plaisir chez l’être humain soient pleinement sensoriels, le goût est intégré à d’autres modalités sensorielles telles que l’odorat et la sensation en bouche. L'intégration a lieu dans les régions du cerveau antérieur, y compris l'amygdale, ainsi que dans les aires corticales sensorielles primaires et supérieures, y compris les cortex insulaire et orbitofrontal, où se forment les représentations sensorielles de certains aliments.⁽⁵⁶^-⁶²⁾. Les voies neuronales exactes par lesquelles de telles perceptions ou représentations sensorielles conduisent à la génération de plaisir subjectif ne sont pas claires. Des études de neuroimagerie chez des sujets humains suggèrent que le plaisir, mesuré par des évaluations subjectives, est calculé dans des parties du cortex orbitofrontal et peut-être insulaire.⁽⁵⁵^, ⁶³⁾.

Systèmes neuronaux représentant la motivation à manger

Le but ultime de la publicité sur les produits alimentaires est d'inciter une personne à acheter un produit alimentaire spécifique et à en devenir accro. Cet objectif peut être lié à ce qui se passe dans la toxicomanie aux drogues et à l'alcool, et il n'est pas surprenant que des mécanismes neuronaux similaires aient été impliqués. Bien qu'il semble nécessaire de "aimer" un produit alimentaire de marque, il est plus important de le vouloir et de l'acheter pour réussir son marketing. Selon la distinction aimant / voulant dans la récompense alimentaire, il est possible de "vouloir" quelque chose qui ne soit pas aimé⁽⁶⁴⁾. Berridge a défini le désir comme étant «la saillance incitative ou la motivation à obtenir une récompense généralement déclenchée par des signaux liés à la récompense».⁽³⁶⁾. Le système dopaminergique mésolimbique avec saillies de la région tegmentale ventrale vers le noyau accumbens, le cortex préfrontal, l’amygdale et l’hippocampe semble être un substrat neural essentiel pour le désir (Fig. 1). L'activité phasique des neurones dopaminergiques faisant saillie de la région tegmentale ventrale au noyau accumbens dans le striatum ventral est impliquée dans le processus de prise de décision au cours de la phase préparatoire (d'appétence) du comportement ingestif⁽⁶⁵^, ⁶⁶⁾. De plus, lorsque des aliments au goût du goût, tels que le saccharose, sont réellement consommés, il se produit dans le noyau accumbens une augmentation soutenue et dépendante du goût sucré.⁽⁶⁷^-⁶⁹⁾. La signalisation de la dopamine dans le noyau accumbens semble donc jouer un rôle à la fois dans les phases d'appétit et de consommation d'un accès ingéré. La coque du noyau accumbens fait ainsi partie d’une boucle neurale comprenant l’hypothalamus latéral et la région tegmentale ventrale, les neurones à orexine jouant un rôle clé.⁽²⁸^, ⁷⁰^-⁷⁴⁾. Cette boucle semble être importante pour la transmission des signaux d'état métabolique de l'hypothalamus latéral et donc pour attribuer la saillance incitative aux objets de but, comme indiqué précédemment.

Manger et 'libre volonté'

Chez les sujets humains, il existe également un manque à un niveau plus conscient, décrit par Berridge comme un "désir cognitif d'un but déclaratif au sens ordinaire du mot vouloir".⁽³⁶⁾. Outre le système dopaminergique mésolimbique, plusieurs zones corticales, telles que le cortex préfrontal dorsolatéral et d'autres composants d'un système décisionnel, sont probablement impliquées.⁽⁷⁵⁾. En fin de compte, une décision consciente peut être prise de manger un aliment ou de s’abstenir de le manger. Bien que cela semble être du ressort du «libre arbitre» de chaque individu, même les décisions apparemment conscientes peuvent avoir une composante subconsciente. Cela a été démontré dans une étude de neuroimagerie chez des sujets humains, conçue pour décoder les résultats des décisions avant et après leur prise de conscience.⁽⁷⁶⁾. Notamment, lorsque la décision du sujet a atteint la conscience, il avait déjà été influencé pendant 10 s par une activité cérébrale inconsciente (inconsciente) dans le cortex frontopolaire latéral et médial ainsi que dans le cortex cingulaire antérieur et le précunéus.⁽⁷⁶⁾. Cette activité préfrontale est nécessaire pour choisir avantageusement dans une tâche de jeu a été montrée dans une étude chez des patients présentant des lésions préfrontales⁽⁷⁷⁾. Les sujets normaux ont commencé à choisir avantageusement avant de se rendre compte de la stratégie qui fonctionnait le mieux et ils ont présenté des réponses anticipées de conductance cutanée avant de savoir explicitement qu'il s'agissait d'un choix risqué. En revanche, les patients préfrontaux ont continué à faire des choix désavantageux et n'ont jamais montré de réponse autonome anticipative⁽⁷⁷⁾. Ces résultats suggèrent fortement que l'activité neuronale subconsciente peut guider le comportement ingéré avant la connaissance explicite consciente. Les voies neuronales du contrôle comportemental et autonome qui échappent à la conscience ne sont pas bien comprises. Néanmoins, on sait que les voies de différentes aires corticales préfrontales et les voies descendantes particulièrement fortes de l'amygdale aux zones du cerveau moyen (y compris le gris périaqueductal), du tronc cérébral et de la moelle épinière font partie du système moteur émotionnel qui existe en dehors des limites de la conscience. contrôle⁽⁷⁸^-⁸⁰⁾ (Fig. 1). Fait intéressant, de nombreuses régions du système limbique, y compris le cortex, ont des entrées monosynaptiques directes dans les neurones préganglionnaires autonomes.⁽⁸¹⁾, fournissant une avenue pour la modulation subconsciente des organes périphériques impliqués dans les processus métaboliques (Fig. 1).

Chevauchement des voies neuronales de consommation de nourriture et de toxicomanie

D'après l'observation, la disponibilité du récepteur de la dopamine-2 dans le striatum dorsal est réduite de façon similaire chez les sujets obèses et les toxicomanes à la cocaïne⁽⁸²⁾, une discussion houleuse sur les similitudes entre la dépendance alimentaire et la toxicomanie s'est ensuivie⁽⁸³^-⁹²⁾.

L’exposition répétée à des drogues faisant l’abus de drogues induisant des modifications neuro-adaptatives entraînant une élévation des seuils de récompense (tolérance entraînant une diminution de la récompense) entraînant une consommation de drogue accélérée⁽⁹³^-⁹⁸⁾, des changements neuronaux et comportementaux similaires peuvent être prédits par une exposition répétée à des aliments provoquant une dépendance. Par exemple, un accès répété au saccharose est connu pour réguler à la hausse la libération de dopamine⁽⁹⁹⁾ et expression du transporteur de la dopamine⁽¹⁰⁰⁾, ainsi que pour modifier la disponibilité des récepteurs de la dopamine D1 et D2 dans le noyau accumbens⁽⁹⁹^, ¹⁰¹⁾. Ces changements peuvent être responsables de l'escalade observée du picotement au saccharose, de la sensibilisation croisée à l'activité locomotrice induite par l'amphétamine et des symptômes de sevrage, tels qu'une anxiété et une dépression accrues.⁽⁹⁹⁾ et l'efficacité réduite de renforcement des aliments normaux⁽¹⁰²⁾.

L'exposition à un régime alimentaire agréable pour la cafétéria chez les rats Wistar a provoqué une hyperphagie prolongée causée par 40 d et un seuil d'autostimulation électrique hypothalamique latéral augmenté parallèlement à la prise de poids⁽¹⁰³⁾. Une insensibilité similaire du système de récompense a déjà été observée chez des rats toxicomanes qui s'auto-administraient de la cocaïne ou de l'héroïne par voie intraveineuse.⁽⁹³^, ⁹⁴⁾. L'expression du récepteur D2 de la dopamine dans le striatum dorsal a été significativement réduite, parallèlement à une aggravation du seuil de récompense⁽¹⁰³⁾, aux niveaux retrouvés chez les rats dépendants à la cocaïne⁽¹⁰⁴⁾. Fait intéressant, après 14 d d'abstinence du régime acceptable au goût, le seuil de récompense ne s'est pas normalisé même si les rats étaient hypophages et avaient perdu environ 10% du poids corporel⁽¹⁰³⁾. Ceci contraste avec la normalisation relativement rapide (environ 48 h) des seuils de récompense chez les rats qui se sont abstenus de s'auto-administrer de la cocaïne.⁽⁹⁴⁾, et peut indiquer la présence de changements irréversibles causés par la teneur élevée en graisses de l’alimentation (voir section suivante). Compte tenu de l'observation selon laquelle les toxicomanes à la cocaïne et les sujets humains obèses présentent une faible disponibilité des récepteurs D2 dans le striatum dorsal⁽¹⁰⁵⁾, la plasticité de la dopamine due à la consommation répétée d’aliments agréables au goût peut être semblable à celle qui se produit lors de la consommation répétée de drogues. Par ailleurs, il existe des preuves moins convaincantes du développement d’une dépendance à l’égard des aliments riches en graisse.⁽¹⁰⁶^, ¹⁰⁷⁾, bien que l'accès intermittent à l'huile de maïs puisse stimuler la libération de dopamine dans le noyau accumbens⁽¹⁰⁸⁾.

Aliments modernes: d'énergie dense à toxique

Les études sur les rongeurs montrent de plus en plus que le fait de suivre un régime riche en graisses ne met pas seulement une pression sur l'équilibre énergétique en fournissant un supplément d'énergie, mais qu'il peut également endommager le cerveau. L'hypothalamus, qui est censé réguler étroitement l'équilibre énergétique, semble être corrompu en mangeant des aliments riches en graisses.⁽¹⁰⁹^-¹¹⁵⁾. Ryan a récemment passé en revue les cascades complexes de changements moléculaires par lesquels une alimentation riche en graisses semble gêner la signalisation de la leptine et de l'insuline, éléments essentiels pour la régulation du poids corporel et l'homéostasie du glucose. et al.⁽¹¹⁶⁾.

Les observations tirées d’expériences utilisant l’administration d’acides gras ou le blocage de l’inflammation du cerveau induite par les acides gras suggèrent qu’une courte période d’alimentation en graisse⁽¹¹⁵^, ¹¹⁷⁾ et même un seul repas riche en matières grasses⁽¹¹⁸^, ¹¹⁹⁾ suffisent pour infliger rapidement des lésions hypothalamiques et une altération des fonctions normales de détection des nutriments et d'équilibre énergétique de l'hypothalamus. Un scénario encore pire est que l'exposition fœtale au régime riche en graisses de la mère de la souris est apparemment suffisante pour provoquer un dysfonctionnement hypothalamique.⁽¹²⁰⁾. Ainsi, la signalisation pro-inflammatoire n'est plus considérée comme une conséquence de l'état d'obésité, mais semble être l'une des premières étapes responsables de l'obésité induite par un régime alimentaire riche en graisses. La seule nouvelle encourageante est que les acides gras insaturés directement infusés dans le cerveau des souris semblent presque complètement inverser l'inflammation hypothalamique et l'obésité induites par une alimentation riche en graisses riches en graisses saturées pendant les semaines 8.⁽¹²¹⁾. Il est donc possible que des graisses spécifiquement saturées puissent provoquer ces effets débilitants pour le cerveau.⁽¹²²⁾.

En plus des effets délétères directs sur l'hypothalamus, les régimes riches en graisses semblent également perturber la signalisation normale de la satiété par les intestins. Les régimes riches en graisses peuvent stimuler la signalisation inflammatoire via une augmentation de la perméabilité muqueuse et des récepteurs de type Toll chez les rats hyperphagiques et obèses, mais pas chez les rats résistants⁽¹²³⁾. Cela ressemble de plus en plus à une possibilité distincte que des changements dans la composition du microbiote intestinal via la stimulation de la réponse immunitaire innée, l'inflammasome, soient à l'origine de l'inflammation intestinale et finalement systémique et cérébrale.⁽¹²⁴^-¹²⁷⁾; et voir une critique récente de Harris et al.⁽¹²⁸⁾. Comme le microbiote peut être transféré entre les sujets, l'obésité et la maladie du foie gras qui en résultent peuvent même être considérées comme une maladie transmissible.⁽¹²⁹⁾. La sensibilité des chimio-capteurs afférents vagaux communiquant avec le cerveau est également réduite chez les rats et les souris obèses à régime riche en graisses⁽¹³⁰^-¹³⁵⁾.

Ces nouvelles découvertes discutées plus tôt soulèvent beaucoup de nouvelles questions. Il est difficile de croire que manger un seul repas riche en graisse devrait déclencher une cascade d’événements conduisant éventuellement à l’obésité, au diabète et à la démence. Pourquoi la consommation de la graisse de macronutriments qui fournit une énergie précieuse et empêche-t-elle la famine aurait-elle de telles conséquences évidentes et inadaptées? Il est peu probable que le fait de manger un seul «fruit défendu» soit un péché nutritionnel et il reste à savoir si les effets aigus obtenus lors de manipulations pharmacologiques dans le cerveau imitent des mécanismes physiologiques réels. De plus, on ignore si de tels effets aigus se produisent chez l'homme. Si elles se produisent, l’engourdissement aigu dû à la détection de nutriments hypothalamiques par des repas riches en graisse aurait peut-être déjà été adapté en fournissant un mécanisme permettant de tirer parti des rares moments d’abondance nutritionnelle.

Les effets chroniques d'une alimentation riche en graisses sont plus difficiles à ignorer, bien qu'ils semblent tout aussi inadaptés que les effets aigus. Pourquoi la souris n'évite-t-elle pas les aliments riches en graisses qui la rendent apparemment malade? Qu'est-il arrivé à la «sagesse du corps»? Comment les animaux et l'homme ont-ils développé une perception du goût élaborée et des mécanismes d'apprentissage rapide pour éviter les aliments toxiques, mais ils sont facilement trompés par les graisses toxiques?

Environnement moderne: moins de possibilité de brûler de l'énergie

Cet examen s’est presque entièrement concentré sur l’apport énergétique, mais il est clair que l’environnement moderne influe également sur la dépense énergétique de plusieurs manières. Bien que nous commencions à comprendre la neurobiologie de la consommation alimentaire dans le monde moderne, nous restons presque complètement ignorants des contrôles neurobiologiques de l'activité physique et de l'exercice et des processus intégratifs qui composent la régulation du bilan énergétique.⁽¹³⁶⁾. Une des raisons pourrait être que nous avons une compréhension limitée de la communication inter-organes hormonale (ou neurale). Bien que nous en sachions beaucoup sur la signalisation entre le système digestif et le cerveau et le tissu adipeux, nous ne savons pratiquement rien sur la communication entre le muscle en exercice, le cerveau et les autres organes. Très récemment, l’irisine, une hormone d'origine musculaire, a été découverte, ce qui semble induire le brunissement du tissu adipeux blanc.⁽¹³⁷⁾. Il sera intéressant de voir si cette hormone signale également aux systèmes cérébraux la régulation du bilan énergétique.

Conclusions

Il est clair que les signaux provenant de l’intérieur du corps et de l’environnement ont une incidence sur les pulsions d’appétit et la consommation de nourriture, ces derniers étant exploités par l’industrie alimentaire par le biais du nouveau domaine du neuromarketing. Bien que ces techniques soient tout aussi puissantes pour stimuler la consommation d'aliments sains, aucun effort n'a été consenti pour atteindre cet objectif. Les signaux environnementaux affectant la consommation alimentaire interagissent presque exclusivement avec les zones cérébrales corticolimbiques impliquées dans la cognition, les émotions, la motivation et la prise de décision. Ces systèmes, bien que modulés de manière ascendante par des signaux métaboliques, peuvent exercer un contrôle descendant fort et accablant de la prise alimentaire et de la régulation du bilan énergétique, comme le démontre le fait de manger en l'absence totale de besoin nutritionnel. Cependant, la plupart de ces démonstrations de contrôle descendant n'agissent que de manière aiguë, et des études à plus long terme sont nécessaires pour démontrer un impact durable sur le poids corporel. Enfin, les voies neuronales reliant les fonctions cortico-limbiques aux structures hypothalamiques et du tronc cérébral impliquées dans le contrôle de l'apport alimentaire et de l'équilibre énergétique doivent être mieux définies. Plus précisément, les contributions respectives des déterminants conscients et subconscients de l’action comportementale et du contrôle autonome doivent être étudiées plus en profondeur.

Remerciements

Je voudrais remercier Katie Bailey pour son aide à la rédaction et Christopher Morrison, Heike Münzberg et Brenda Richards pour leurs précieux commentaires sur une version antérieure de ce manuscrit. Ce travail a été financé par les subventions DK047348 et DK0871082 des Instituts nationaux de la santé. L'auteur ne déclare aucun conflit d'intérêts.

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