MEGJEGYZÉSEK: Két mérföldkőnek bizonyuló tanulmány bizonyítja, hogy külön áramkörök léteznek a kényszeres cukorfogyasztáshoz - vagy ahogy az YBOP nevezi " binge mechanizmus”. Mindig azt gondolták, hogy viselkedési függőségek származnak csak a „normál áramkörök” változásai. Bár ez megtörténik, ma már nyilvánvaló, hogy különálló "bingeing áramkörök" is léteznek.
Ennek evolúciós értelme van. Ez egy mód arra, hogy felszólítsuk az állatokat a túlfogyasztásra, ha élelmiszer áll rendelkezésre. Ezek az áramkörök a hipotalamuszból származnak, amely a szexuális viselkedés, a libidó és az erekció fő kontroll régiója is. Nincs kétségem afelől, hogy az emlősök „táplálékkal” rendelkeznek a szex és az élelmiszer mellett. A szaporodás a génjeink legfontosabb prioritása, és a párzási lehetőségek általában kevesebbek és távolabb esnek, mint az étkezési lehetőségek.
Az elhízás és az 2 típusú diabétesz együttesen nemzetünk legnagyobb egészségügyi problémái közé tartozik, és ezek nagyrészt abból adódnak, hogy sokan „függőségnek” hívják a cukrot. A probléma megoldása azonban bonyolultabb, mint a kábítószer-függőség megoldása, mert az egészségtelen ételek fogyasztásának csökkentését igényli anélkül, hogy befolyásolná az egészséges ételeket, amikor éhes.
Egy új papírban Sejtaz MIT idegtudósai egerekben elcsábították ezeket a két folyamatot, és kimutatták, hogy egy korábban ismeretlen agyi áramkör, amely szabályozza a kényszeres cukorfogyasztást, nem zavarja az egészséges táplálkozást.
„Első alkalommal azonosítottuk, hogyan kódolják az agy kompulzív cukorkeresést, és azt is kimutattuk, hogy különbözik a normál, adaptív táplálkozástól” - mondja Kay Tye, a Picower Institute for Learning főszereplője. és a memória, amely korábban kifejlesztett új technikákat az agyi áramkörök tanulmányozására a függőségben és a szorongásban. „Ezt az áramkört mélyebben kell tanulmányoznunk, de végső célunk a biztonságos, nem invazív megközelítések kifejlesztése a rosszul alkalmazkodó étkezési szokások megelőzése érdekében, először egerekben és végül az emberekben.”
A kábítószer-függőséget a kényszeres kábítószer-keresésként definiálják, annak ellenére, hogy az iskolában, a munkahelyen vagy otthon hátrányos következményekkel jár. Az addiktív szerek eltérítik az agy természetes jutalomfeldolgozó központját, a ventrális tegmentális területet (VTA). Az étel azonban természetes jutalom, és a kábítószerrel ellentétben a túléléshez szükséges. Ezért nem volt világos, hogy a túlevés hasonló kényszerből fakad-e, vagy valami másból.
„Ez a tanulmány véleményem szerint kiemelkedő előrelépést jelent a táplálkozási szokások sok bonyolult aspektusának megértésében” - mondja Antonello Bonci, a Nemzeti Kábítószer-visszaélési Intézet tudományos igazgatója, aki nem vett részt a kutatásban. „Míg a múltban sok kiváló tanulmány készült az anyag-felhasználási rendellenességek kényszeres hajtóerejére nézve, ez az első alkalom, hogy egy tanulmány nagyon mélyen és átfogóan ugyanazt a szempontot foglalja magába, mint a kényszeres táplálkozási viselkedés. Transzlációs szempontból az ebben a tanulmányban alkalmazott rendkívüli multidiszciplináris megközelítés nagyon izgalmas eredményt hozott: a kompulzív cukorfogyasztást egy másik neurális áramkör közvetíti, mint a fiziológiai, egészséges táplálkozás.
A tanulmányhoz Tye és végzős hallgatója, Edward Nieh a táplálást szabályozó VTA és az oldalsó hipotalamusz (LH) közötti kapcsolatokra összpontosított. De mivel az LH is másféle viselkedést irányít, és több más agyi régióhoz is csatlakozik, senki még nem izolált egy táplálkozási és jutalmazási folyamatot. Tye és Nieh először csak azon LH neuronokat azonosították és jellemezték, amelyek csatlakoztak a VTA-hoz, és Gillian Matthews segítségével az állatkísérletekre való átállás előtt rögzítették az agyszeletekben előforduló természetes aktivitásaikat. Az elektródok az azonosított neuronok aktivitását az állatok viselkedése során rögzítették.
Az egerek természetesen szeretik a szacharózt - hasonlóan ahhoz az emberhez, aki szereti a cukorban gazdag üdítőket -, ezért Nieh arra oktatta az egereket, hogy hallva és jelet látva keressék meg a szacharózt egy szállítóhelyen. Miután az egerek megtanulták megjósolni a szacharóz-jutalmat jelzés alapján, véletlenszerűen visszatartotta a jutalmat az idő felében - keserű csalódás. Máskor az egerek váratlanul szukróz jutalmat kaptak minden prediktív jel nélkül - édes meglepetés. Ezt a különbséget az elvárás és az élmény között jutalom-előrejelzési hibának nevezzük.
A neurális felvételek azt mutatták, hogy az LH neuronok egyik típusa, amely a VTA-hoz csatlakozik, csak akkor vált aktívvá, ha az állat megtanulta szacharóz jutalmát keresni, függetlenül attól, hogy ténylegesen megkapta-e a jutalmat. Az LH neuronok egy másik csoportja, a VTA-tól kapott visszajelzés fogadásakor kódolta a jutalomra vagy annak elhagyására adott választ.
Ezután Nieh a Tye laboratóriumában dolgozó Stephen Allsop MD / PhD hallgatóval együtt módosította az egereket úgy, hogy az LH-VTA idegi vetületek fényérzékeny fehérjéket hordozzanak, amelyek fényimpulzusokkal képesek aktiválni vagy elnémítani az idegsejteket. Az előrejelzések aktiválása kényszeres szacharózevéshez és fokozott túlevéshez vezetett a teli egereknél. Ennek az útnak az inaktiválása csökkentette a kényszeres szacharózkeresést, amely hasonlít a függőségre, de nem akadályozta meg az éhes egereket abban, hogy rendszeresen étkezzenek. "Ez izgalmas volt, mert rendelkezésünkre állnak a felvételi adatok, hogy megmutassuk, hogyan történik ez a kényszeres cukorkeresés" - mondja Nieh. "És csak a kényszeres magatartást hajthatjuk végre vagy elnyomhatjuk azáltal, hogy nagyon pontos változásokat hajtunk végre az idegi körben."
"Az addikciós kutatók feltételezték, hogy a cselekvésből a szokásokba a kényszerbe való átmenet a függőség kialakulásának útja, de pontosan hol és hogyan történik ez az agyban, rejtély volt" - mondja Tye, aki a Whitehead karrierfejlesztési asszisztense is. Az MIT Agy- és Kognitív Tudományok Tanszéke. "Most bizonyítékaink vannak arra, hogy ez az átmenet az LH-VTA áramkörben képviselteti magát."
A Tye laboratóriumi posztdoktorával, Matthews-szal dolgozó Nieh azt is kimutatta, hogy az LH neuronok gerjesztő (glutamát) és gátló (GABA) jelek keverékét küldik a VTA-nak. De a várakozásokkal ellentétben nem a gerjesztő, hanem a gátló jelek váltották ki az egerek táplálási aktivitását. Amikor csak a GABA-vetületeket aktiválták, az egerek furcsán viselkedtek, rágcsálták a ketrec fenekét, és pantomimálták az ételrögök szájhoz juttatásának és rágásának mozdulatait. (Táplálták őket, így nem voltak éhesek.) "Úgy gondoljuk, hogy a glutamaterg előrejelzések szabályozzák a GABAerg előrejelzések szerepét, irányítják, hogy mit illik rágni" - mondja Nieh. "Mindkét komponensnek együtt kell működnie, hogy értelmes táplálási jeleket kapjon."
„Ez nagyon fontos a mező számára, mert ezt már nem tudtuk meg” - mondja Bonci.
A kutatók a heterogén idegsejteket is jellemezték a VTA-ban a vetítések végén. Az LH neuronok mindegyik részhalmaza a VTA dopamin- és GABA-termelő neuronjaihoz kapcsolódik. A labor most vizsgálja, hogyan különböznek a táplálkozás és a szacharóz kereső viselkedés a cél neuron típusától függően.
Ezt a kutatást a Tye 2013 NIH igazgatójának új nyomozói díjának részeként indították el, amelynek hosszú távú célja egy új paradigma létrehozása az elhízás kezelésére, amelyet más neuropszichiátriai rendellenességekre lehet alkalmazni. További finanszírozás több köz- és magánforrásból származott, beleértve a Nieh NSF Graduate Research Fellowship-et, az integratív idegrendszeri ösztöndíjat és a képzési programot a tanulás és a memória neurobiológiájában. Kara N. Presbrey, Christopher A. Leppla, Romy Wichmann, Rachael Neve és Craig P. Wildes, a Picower Intézet valamennyi tagja is hozzájárult ehhez a munkához.
A tudósok példátlan részletességgel meghatározzák a túlzott élelmiszer-fogyasztásért felelős neuronokat
By Azvolinsky Anna | Január 29, 2015
Két független kutatócsoport határozta meg a hipotalamusz neuronjainak populációit, amelyek felelősek az élelmiszer-jutalmak stimulálásáért, de valószínűleg nem szükségesek ahhoz, hogy a túlélésre ösztönözzék az evést. Mindkét csoport napjainkban (január 29) közzétette eredményeit Sejt.
„Ezek olyan nagy papírok, amelyek elkezdték meghatározni a [hipotalamusz] és a különféle neuronok összetettségét és heterogenitását, amelyek drámai viselkedési eredményeket hozhatnak létre,” mondta. Ralph DiLeone, a Yale Egyetem neurobiológusa, aki nem vett részt a munkában.
Optogenetika, idegtudós Garret Stuber az észak-karolinai Egyetemen Chapel Hill és munkatársai azt találták, hogy a GABAerg neuronok aktiválása az oldalsó hypothalamus (LH) során az egereknek gyakrabban táplálkoztak, miközben gátolják az idegsejtek aktivitását, hogy az egereket ne fogyasszák fel. Ezek a neuronok különböztek a korábban az evés és az egyéb jutalmú viselkedéshez kapcsolódó LH neuronális populációitól. Amikor ezek a neuronok genetikailag ablálták, az egerek kevésbé motiváltak, hogy folyékony kalóriatartalmat kapjanak. A tudósok egyidejűleg több száz GABAerg idegsejt kalciumjelzését mutatták egyszerre szabadon mozgó egerekben, mikrobioszkópok beültetésével az LH-ba, és miniatürizált fluoreszcens mikroszkópot csatlakoztattak az állatok fejéhez. A kalcium képalkotás különféle GABAerg neuronok populációit mutatta be, amelyek az élelmiszer jutalmának első ízében voltak jelen, vagy amikor az egerek orrukat - az étel iránti érdeklődés jele -, de mindkét tevékenység során ritkán.
Az in vivo kalcium-képalkotás lehetővé teszi a kutatók számára, hogy a neuronális aktivitást nagyobb skálán olvassák el - az agy bizonyos régióiban - mondta DiLeone. A technikát fejlesztette ki Mark Schnitzer laboratórium a Stanford Egyetemen. „Hat évvel ezelőtt sem volt ilyen technológiánk - genetikai abláció, optogenetika, in vivo képalkotás,” Paul Phillips- mondta a Washington Egyetem idegtudósa A tudós. - Elképesztő látni, hogy a Stuber-laboratórium összeállítja ezeket, így válaszolva a fontos idegtudományi kérdésekre.
Az LH neuronjai változatosak, és ismert, hogy részt vesznek a jutalomhoz kapcsolódó magatartásban, mint például az evés, az ivás és a szex. De az idegsejtek különböző szubpopulációinak jellemzése ebben az agyi régióban történetileg kihívást jelentett. „Az elektromos stimulációs eredményeket már több, mint 30 évig tartottuk, de nem tudtuk, hogy melyik neuronokat stimuláltuk, és hogy a táplálkozással kapcsolatos neuronok az LH-ból vagy azokból, amelyek csak az optogenetikai technikákig haladnak át. elérhetővé vált ”- mondta Roy Wise, egy idegtudós a Kábítószer-ellenes Nemzeti Intézetben, aki nem vett részt a munkában.
„Az idegtudományi területen izgalom van az in vivo képalkotásban, mert ez lehetővé teszi számunkra, hogy először tanulmányozzuk a neuronok molekulárisan meghatározott alpopulációinak aktivitási mintáit” - tette hozzá Stuber.
A második vizsgálatban, melyet az MIT neurológus vezette Kay Tyekutatók két különálló neuronpopulációt azonosítottak az LH-t és a középagy ventrális tegmentális területét (VTA) összekötő áramkörben, amely a jutalomfeldolgozó funkciójáról ismert. Hogy ezek az LH-VTA-előrejelzések idegsejtjei reagálnak-e magára a cukorra, vagy a cukor megszerzésére, azt nem tudni, mondta a tanulmány társszerzője Edward Nieh, egyetemi hallgató Tye laboratóriumában. „Most már tudjuk, hogy vannak olyan idegsejtek alpopulációi, amelyek különböző jelekre reagálnak - a [cukor] és magának a [cukornak].”
Az optogenetika technikájának változata alapján a csapat kifejezetten csak az LH neuronjait célozta meg, amelyek a VTA-hoz kapcsolódnak. A szabadon mozgó egereket vizsgálva a csapat megállapította, hogy az LH-t és a VTA-t összekötő neuronok aktiválódtak a cukor-jutalom keresése során, függetlenül attól, hogy a jutalmat kapták-e. Ennek az áramkörnek a gátlása csak ezekben az egerekben csökkentette a kompulzív cukrot kereső - nem normális táplálkozási viselkedést -. Csak a GABAerg idegsejtek stimulálása ebben az áramkörben szokatlan viselkedést eredményezett: az állatok az emeleten rágtak, vagy üres helyet a ketreceikben, amikor nem voltak ételt. Ezeknek a neuronoknak a stimulálása a klasszikus kényszeres viselkedést is eredményezte a büntetés - elektromos sokkok - leküzdése érdekében, hogy elérjék a cukor jutalmát, és fokozott kényszerülést okozott.
„Csökkenthetjük a kényszer szacharóz-keresést, de nem befolyásolhatjuk a normál táplálékot” - mondta Nieh. „Ez azért fontos, mert a kényszeres étkezési viselkedés kezelésére csak az étkezés egészségtelen részeit akarjuk megállítani, és normális táplálkozást tartani.”
„Egyértelmű alkalmazása van a táplálkozási rendellenességekre és esetleg a kábítószerrel való visszaélésre és a szerencsejátékra, mert ez lehet egy közös út, amely aktiválja az ilyen típusú viselkedéseket” - mondta Phillips.
E-mailben A tudósTye elmondta, hogy a laboratóriumja most azon dolgozik, hogy jobban meghatározza a vágyakozáshoz szükséges neuronális aláírást.
JH Jennings és munkatársai: „A hipotalamikus hálózat dinamikájának vizualizálása az étvágy és a gyengeséges viselkedésre”, Sejt, doi.org/10.1016/j.cell.2014.12.026, 2015.
EH Nieh et al. Sejt, doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.003, 2015.
;
