KOMENTAR: Dua studi penting yang menunjukkan bahwa sirkuit terpisah ada untuk konsumsi gula kompulsif - atau seperti yang disebut YBOP, 'a mekanisme pesta'. Selalu dianggap bahwa kecanduan perilaku muncul dari hanya perubahan "sirkuit normal". Sementara ini memang terjadi, sekarang terbukti bahwa 'sirkuit bingeing' terpisah juga ada.
Ini masuk akal secara evolusioner. Ini adalah cara untuk mendorong hewan untuk makan berlebihan saat makanan tersedia. Sirkuit ini muncul dari hipotalamus, yang juga merupakan wilayah kontrol utama untuk perilaku seksual, libido, dan ereksi. Saya yakin mamalia memiliki 'sirkuit pesta' untuk seks dan juga makanan. Reproduksi adalah prioritas utama gen kita dan peluang kawin biasanya lebih sedikit dan lebih jauh daripada peluang makan.
Bersama-sama, obesitas dan diabetes tipe 2 berada di antara masalah kesehatan terbesar bangsa kita, dan sebagian besar disebabkan oleh apa yang oleh banyak orang disebut sebagai "kecanduan" gula. Tetapi mengatasi masalah ini lebih rumit daripada memecahkan kecanduan narkoba, karena itu membutuhkan pengurangan dorongan untuk makan makanan yang tidak sehat tanpa mempengaruhi keinginan untuk makan makanan sehat saat lapar.
Di kertas baru di Sel, ahli saraf di MIT telah menguraikan dua proses ini pada tikus dan menunjukkan bahwa menghambat sirkuit otak yang sebelumnya tidak diketahui yang mengatur konsumsi gula kompulsif tidak mengganggu makan sehat.
"Untuk pertama kalinya, kami telah mengidentifikasi bagaimana otak mengkode pencarian gula kompulsif dan kami juga telah menunjukkan bahwa otak itu tampak berbeda dari makan yang normal dan adaptif," kata penulis senior Kay Tye, peneliti utama di Picower Institute for Learning. dan Memori yang sebelumnya mengembangkan teknik baru untuk mempelajari sirkuit otak dalam kecanduan dan kecemasan. "Kita perlu mempelajari sirkuit ini secara lebih mendalam, tetapi tujuan utama kita adalah mengembangkan pendekatan yang aman dan non-invasif untuk mencegah perilaku makan maladaptif, pertama pada tikus dan akhirnya pada manusia."
Kecanduan narkoba didefinisikan sebagai pencarian narkoba yang kompulsif meskipun ada konsekuensi yang merugikan di sekolah, tempat kerja, atau rumah. Obat-obatan adiktif "membajak" otak pusat pemrosesan penghargaan alami, area tegmental ventral (VTA). Tapi makanan adalah hadiah alami dan, tidak seperti obat, diperlukan untuk bertahan hidup, jadi belum jelas apakah makan berlebihan disebabkan oleh paksaan yang sama, atau dari hal lain.
“Menurut saya, penelitian ini merupakan langkah maju yang luar biasa dalam memahami banyak aspek rumit perilaku makan,” kata Antonello Bonci, direktur ilmiah di Institut Nasional Penyalahgunaan Narkoba, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. “Walaupun ada banyak penelitian yang sangat baik di masa lalu, dengan melihat dorongan kompulsif dari gangguan penggunaan zat, ini adalah pertama kalinya sebuah penelitian berjalan sangat mendalam dan komprehensif ke dalam aspek yang sama untuk perilaku makan kompulsif. Dari perspektif translasi, pendekatan multidisiplin luar biasa yang digunakan dalam penelitian ini menghasilkan temuan yang sangat menarik: bahwa konsumsi gula kompulsif dimediasi oleh sirkuit saraf yang berbeda dari makan fisiologis, makan sehat. "
Untuk penelitian ini, Tye dan mahasiswa pascasarjana Edward Nieh berfokus pada hubungan antara VTA dan lateral hypothalamus (LH), yang mengontrol pemberian makan. Tetapi karena LH juga mengontrol beragam perilaku lain dan menghubungkan ke beberapa wilayah otak lainnya, belum ada yang mengisolasi sirkuit pemberian makan dan pemrosesan hadiah. Tye dan Nieh pertama-tama mengidentifikasi dan mengkarakterisasi hanya neuron LH yang terhubung ke VTA dan mencatat aktivitas alami mereka dalam irisan otak, dengan bantuan Gillian Matthews, sebelum pindah ke eksperimen hewan. Elektroda mencatat aktivitas neuron yang teridentifikasi ini selama perilaku hewan.
Tikus secara alami menyukai sukrosa - mirip dengan manusia yang menyukai soda kaya gula - jadi Nieh melatih tikus untuk mencari sukrosa di tempat pengiriman setelah mendengar dan melihat isyarat. Setelah tikus belajar memprediksi hadiah sukrosa dengan isyarat, dia secara acak menahan hadiah itu sekitar separuh waktu - kekecewaan yang pahit. Di lain waktu, tikus secara tak terduga menerima hadiah sukrosa tanpa petunjuk prediksi - kejutan yang manis. Perbedaan antara ekspektasi dan pengalaman ini disebut kesalahan prediksi reward.
Rekaman saraf menunjukkan bahwa satu jenis neuron LH yang terhubung ke VTA hanya menjadi aktif setelah hewan tersebut belajar mencari hadiah sukrosa, apakah itu benar-benar menerima hadiah atau tidak. Set neuron LH lainnya, setelah menerima umpan balik dari VTA, menyandikan respons terhadap hadiah atau kelalaiannya.
Selanjutnya, Nieh bekerja dengan seorang mahasiswa MD / PhD di lab Tye, Stephen Allsop, untuk memodifikasi tikus sehingga proyeksi saraf LH-VTA membawa protein sensitif cahaya yang dapat mengaktifkan atau membungkam neuron dengan pulsa cahaya, metode yang disebut optogenetika. Mengaktifkan proyeksi menyebabkan makan sukrosa kompulsif dan peningkatan makan berlebihan pada tikus yang kenyang. Menonaktifkan jalur ini mengurangi pencarian sukrosa kompulsif yang menyerupai kecanduan, tetapi tidak mencegah tikus yang lapar untuk makan makanan biasa. "Itu menarik karena kami memiliki data rekaman untuk menunjukkan bagaimana pencarian gula kompulsif ini terjadi," kata Nieh, "dan kita dapat mendorong atau menekan hanya perilaku kompulsif dengan membuat perubahan yang sangat tepat di sirkuit saraf."
"Peneliti kecanduan telah berhipotesis bahwa peralihan dari tindakan ke kebiasaan ke paksaan adalah jalan menuju pembentukan kecanduan, tetapi persis di mana dan bagaimana hal ini terjadi di otak telah menjadi misteri," kata Tye, yang juga merupakan Asisten Profesor Pengembangan Karir Whitehead di Departemen Ilmu Otak dan Kognitif MIT. “Sekarang kami memiliki bukti yang menunjukkan bahwa transisi ini terwakili dalam sirkuit LH-VTA.”
Nieh, bekerja dengan Matthews, seorang postdoc di lab Tye, juga menunjukkan bahwa neuron LH mengirimkan campuran sinyal rangsang (glutamat) dan penghambat (GABA) ke VTA. Namun berlawanan dengan ekspektasi, justru sinyal penghambatan, bukan rangsang yang memicu aktivitas makan pada mencit. Ketika proyeksi GABA saja diaktifkan, tikus berperilaku aneh, menggerogoti dasar kandang dan melakukan gerakan pantomim dengan membawa nugget makanan ke mulut dan mengunyahnya. (Mereka telah diberi makan, jadi mereka tidak lapar.) "Kami pikir proyeksi glutamatergic mengatur peran proyeksi GABAergic, mengarahkan apa yang pantas untuk digerogoti," kata Nieh. "Kedua komponen harus bekerja sama untuk mendapatkan sinyal pemberian makan yang berarti."
"Ini sangat penting bagi lapangan, karena ini adalah sesuatu yang tidak kita ketahui sebelumnya," kata Bonci, "dan memiliki potensi untuk merevolusi cara kita mendekati pengobatan untuk makan berlebihan kompulsif."
Para peneliti juga mengkarakterisasi neuron heterogen pada ujung penerima proyeksi ini dalam VTA. Setiap subset dari neuron LH terhubung dengan neuron penghasil dopamin dan GABA di VTA. Laboratorium sekarang menyelidiki bagaimana perilaku makan dan mencari sukrosa berbeda berdasarkan pada tipe neuron target.
Penelitian ini dimulai sebagai bagian dari Penghargaan Peneliti Baru Direktur 2013 NIH Tye, dengan tujuan jangka panjang untuk membangun paradigma baru untuk mengobati obesitas yang dapat diterapkan pada gangguan neuropsikiatri lainnya. Pendanaan tambahan datang dari berbagai sumber publik dan swasta, termasuk NSF Graduate Research Fellowship Nieh, Integrative Neuronal Systems Fellowship, dan Program Pelatihan dalam Neurobiology of Learning and Memory. Kara N. Presbrey, Christopher A. Leppla, Romy Wichmann, Rachael Neve, dan Craig P. Wildes, semua anggota Picower Institute, juga berkontribusi dalam pekerjaan ini.
Para ilmuwan telah mendefinisikan neuron yang bertanggung jawab atas konsumsi makanan berlebih pada tingkat detail yang belum pernah terjadi sebelumnya
By Anna Azvolinsky | Januari 29, 2015
Dua tim peneliti independen telah menentukan populasi neuron di hipotalamus yang bertanggung jawab untuk stimulasi makanan-sebagai-hadiah, tetapi kemungkinan tidak diperlukan untuk memacu makan untuk bertahan hidup. Kedua kelompok mempublikasikan temuan mereka hari ini (Januari 29) di Sel.
"Ini adalah makalah besar yang mulai mendefinisikan kompleksitas dan heterogenitas [hipotalamus] dan set neuron spesifik yang dapat menghasilkan hasil perilaku dramatis," kata Ralph DiLeone, seorang ahli neurobiologi di Universitas Yale yang tidak terlibat dalam pekerjaan.
Menggunakan optogenetika, ahli saraf Garret Stuber di University of North Carolina, Chapel Hill, dan rekan-rekannya menemukan bahwa mengaktifkan neuron GABAergik di dalam hipotalamus lateral (LH) menyebabkan tikus untuk makan lebih sering, sementara menghambat aktivitas neuron ini memotivasi tikus untuk tidak makan berlebihan. Neuron-neuron ini berbeda dari populasi neuronal lain di LH yang sebelumnya terlibat dalam makan dan perilaku terkait hadiah lainnya. Ketika neuron-neuron ini dihilangkan secara genetis, tikus-tikus itu kurang termotivasi untuk mendapatkan hadiah kalori cair. Para ilmuwan juga memvisualisasikan pensinyalan kalsium dari ratusan neuron GABAergik individu sekaligus pada tikus yang bergerak bebas dengan menanamkan microendoscopes ke LH dan menempelkan mikroskop fluoresensi mini ke kepala hewan. Pencitraan kalsium menunjukkan populasi yang berbeda dari neuron GABAergik aktif pada rasa pertama dari hadiah makanan atau ketika tikus menyodok hidung mereka - tanda minat pada makanan - tetapi jarang selama kedua kegiatan.
Pencitraan kalsium in vivo memungkinkan para peneliti untuk membaca aktivitas neuron dalam skala yang lebih besar — di wilayah otak tertentu, kata DiLeone. Teknik ini dikembangkan oleh Laboratorium Mark Schnitzer di Universitas Stanford. "Enam tahun lalu, kami tidak memiliki teknologi ini — ablasi genetik, optogenetika, pencitraan in vivo," Paul Phillips, seorang ahli saraf di University of Washington, mengatakan Scientist. "Sungguh menakjubkan melihat laboratorium Stuber menyatukan ini dengan sangat bersih untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ilmu saraf yang penting."
Neuron LH beragam, dan diketahui terlibat dalam perilaku terkait hadiah seperti makan, minum, dan seks. Tetapi mengkarakterisasi beragam subpopulasi neuron di wilayah otak ini secara historis merupakan tantangan. “Kami telah memiliki temuan stimulasi listrik selama lebih dari 30 tahun sekarang, tetapi kami tidak tahu [neuron mana] yang kami stimulasi dan apakah neuron terkait makan berasal dari LH atau yang baru saja melewati hingga teknik optogenetika menjadi tersedia, ”kata Roy Wise, seorang ilmuwan saraf di National Institute on Drug Abuse yang tidak terlibat dalam pekerjaan.
“Ada kegembiraan di bidang neuroscience untuk pencitraan in vivo karena memungkinkan kami, untuk pertama kalinya, untuk mempelajari pola aktivitas dalam subpopulasi neuron yang ditentukan secara molekuler,” tambah Stuber.
Dalam studi kedua, dipimpin oleh ilmuwan saraf MIT Kay Tye, peneliti mengidentifikasi dua populasi neuronal yang berbeda di sirkuit yang menghubungkan LH dan ventral tegmental area (VTA) otak tengah, yang dikenal karena fungsi pemrosesan penghargaannya. Apakah neuron dalam proyeksi LH-VTA ini merespons gula itu sendiri, atau tindakan mendapatkan gula, tidak diketahui, kata rekan penulis studi tersebut. Edward Nieh, seorang mahasiswa pascasarjana di laboratorium Tye. "Sekarang kita tahu bahwa ada subpopulasi neuron yang menanggapi berbagai isyarat — mengambil [gula] dan [gula] itu sendiri."
Menggunakan variasi pada teknik optogenetika, tim khusus hanya menargetkan neuron di LH yang terhubung ke VTA. Memeriksa tikus yang bergerak bebas, tim menemukan bahwa neuron yang menghubungkan LH ke VTA diaktifkan selama tindakan mencari hadiah gula, terlepas dari apakah hadiah itu diperoleh. Menghambat sirkuit ini hanya mengurangi pencarian gula kompulsif — bukan perilaku makan normal — pada tikus ini. Merangsang hanya neuron GABAergik dalam sirkuit ini menghasilkan perilaku yang tidak biasa: hewan menggerogoti lantai atau ruang kosong di kandang mereka ketika tidak ada makanan yang hadir. Dan menstimulasi neuron-neuron ini juga menghasilkan perilaku kompulsif klasik untuk mengatasi hukuman — kejutan listrik — untuk mendapatkan hadiah gula, dan meningkatkan makan berlebihan kompulsif.
"Kita dapat mengurangi pencarian sukrosa kompulsif tetapi tidak memengaruhi pemberian makanan normal mereka," kata Nieh. "Ini penting karena untuk mengobati perilaku makan kompulsif, kami hanya ingin menghentikan bagian makan yang tidak sehat dan menjaga makan normal tetap utuh."
"Ada aplikasi yang jelas untuk gangguan makan dan mungkin penyalahgunaan narkoba dan perjudian karena itu mungkin jalur umum yang mengaktifkan perilaku semacam ini," kata Phillips.
Dalam surel ke Scientist, Tye mengatakan labnya sekarang bekerja untuk lebih menentukan tanda tangan neuronal untuk keinginan yang dapat dideteksi secara real-time untuk mengembangkan intervensi untuk menghentikan makan berlebihan yang kompulsif dan perilaku adiktif lainnya sebelum mereka mulai.
JH Jennings et al., "Memvisualisasikan dinamika jaringan hipotalamus untuk perilaku nafsu makan dan kelahiran," Sel, doi.org/10.1016/j.cell.2014.12.026, 2015.
EH Nieh et al., "Decoding sirkuit saraf yang mengontrol mencari sukrosa kompulsif," Sel, doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.003, 2015.
;