コメント：強制的な砂糖消費のために別々の回路が存在することを実証するXNUMXつの画期的な研究-またはYBOPがそれを呼んでいるように、 'a 暴れメカニズム'。 行動中毒はから生じると常に考えられてきました の 「通常の回路」の変更。 これは実際に発生しますが、別個の「ビンジ回路」も存在することは明らかです。
これは進化論的に理にかなっています。 これは、餌が手に入るときに動物に過剰摂取を促す方法です。 これらの回路は視床下部から生じます。視床下部は、性行動、性欲、勃起の主要な制御領域でもあります。 哺乳類が食物だけでなく性別のためにも「ビンビン回路」を持っていることは間違いありません。 生殖は私たちの遺伝子の最優先事項であり、交配の機会は通常、食べる機会よりも少なく、遠くにあります。
一緒に、肥満と2型糖尿病は私たちの国の最大の健康問題の間でランク付けします、そしてそれらは主に多くが砂糖への「依存症」と呼ぶものから生じます。 しかし、この問題を解決することは薬物中毒を解決することよりも複雑です。なぜなら、空腹時に健康食品を食べたいという欲求に影響を与えることなく、不健康な食品を食べる意欲を減らす必要があるからです。
の新しい論文 セルMITの神経科学者らは、マウスにおけるこれら2つの過程を解きほぐし、強制的な糖摂取を調節するこれまで知られていなかった脳回路の抑制が健康的な食事を妨げないことを示しました。
「初めて、私たちは脳が強迫的な砂糖探索をどのようにコード化しているかを明らかにし、それが通常の順応的摂食とは異なるように見えることも示しました」とPicower Institute for Learningの主任研究員、Kay Tye Memoryは以前、中毒や不安の中で脳の回路を研究するための新しい技術を開発しました。 「私たちはこの回路をより深く研究する必要がありますが、私たちの最終的な目標は、まずマウスで、そして最終的には人々の不適応な摂食行動を回避する安全で非侵襲的なアプローチを開発することです。」
薬物中毒は、学校、職場、または家庭での悪影響にもかかわらず、強迫的な薬物探索として定義されています。 中毒性のある薬物は、脳の自然な報酬処理センターである腹側被蓋野（VTA）を「ハイジャック」します。 しかし、食べ物は自然な報酬であり、薬とは異なり、生存に必要であるため、過食が同様の強制によるものなのか、それとも他の何かによるものなのかは不明です。
「この研究は、私の意見では、摂食行動の多くの複雑な側面を理解する上での優れた一歩を表しています」と、この研究に関与していない国立薬物乱用研究所の科学ディレクター、Antonello Bonciは述べています。 「物質使用障害の強迫的な動きを見て、過去に多くの優れた研究が行われてきましたが、強迫的な摂食行動について同じ研究が深くそして包括的に研究されたのは今回が初めてです。 並進的な観点から、この研究で使用された並外れた集学的アプローチは、非常にエキサイティングな発見を生み出しました：それは強迫的な糖摂取が生理学的で健康的な食事とは異なる神経回路によって仲介されることです。
研究のために、Tyeと彼女の大学院生Edward Niehは、VTAと摂食を制御する視床下部外側（LH）の関係に焦点を当てました。 しかし、LHは他の多様な行動も制御し、他の複数の脳の領域に接続しているため、まだ誰も摂食報酬処理回路を隔離していません。 TyeとNiehは最初に、動物実験に進む前に、Gillian Matthewsの助けを借りて、VTAに接続するLHニューロンだけを同定して特徴付け、それらの自然発生的な活動を脳スライスに記録した。 電極は、動物の行動中にこれらの同定されたニューロンの活動を記録した。
マウスは自然にショ糖を愛します—砂糖が豊富なソーダを愛する人間と同様に—ニーエは、キューを聞いて見たときに配達港でショ糖を探すようにマウスを訓練しました。 マウスがキューでショ糖の報酬を予測することを学んだ後、彼はランダムに報酬を約半分の時間差し控えました—ひどい失望。 また、マウスは予期せぬことに、予測的な手がかりなしにショ糖の報酬を受け取りました。これは嬉しい驚きです。 期待と経験のこの違いは、報酬予測エラーと呼ばれます。
神経記録は、動物が実際に報酬を受け取ったかどうかにかかわらず、スクロース報酬を探すことを学んだ後に、VTAに接続する1種類のLHニューロンが活動的になることを示した。 もう1組のLHニューロンは、VTAからのフィードバックを受けて、報酬またはその省略に対する応答をエンコードしました。
次に、NiehはTyeの研究室であるStephenAllsopのMD / PhDの学生と協力して、LH-VTA神経投射が光のパルスでニューロンを活性化または沈黙させることができる感光性タンパク質を運ぶようにマウスを改変しました。 突起を活性化すると、満腹のマウスで強制的なショ糖食と過食の増加につながりました。 この経路を不活性化すると、依存症に似た強迫的なショ糖探索が減少しましたが、空腹のマウスが通常の食事を食べるのを防ぐことはできませんでした。 「この強迫的な糖探索がどのように起こるかを示す記録データがあるので、それはエキサイティングでした」とニーは言います。「そして、神経回路に非常に正確な変更を加えることによって、強迫行動だけを駆動または抑制することができます。」
「中毒研究者は、行動から習慣、強迫への移行が中毒形成への道であると仮定しましたが、これが脳のどこでどのように起こるかは謎でした」と、ホワイトヘッドキャリア開発助教授でもあるタイは言います。 MITの脳および認知科学科。 「これで、この遷移がLH-VTA回路で表されることを示す証拠が得られました。」
Niehは、TyeラボのポスドクであるMatthewsと協力して、LHニューロンが興奮性（グルタメート）信号と抑制性（GABA）信号の混合物をVTAに送信することも示しました。 しかし、予想に反して、マウスの摂食活動を引き起こしたのは興奮性信号ではなく抑制性信号でした。 GABAプロジェクションだけが活性化されると、マウスは奇妙な振る舞いをし、ケージの底をかじり、食べ物の塊を口に持ってきて噛む動きをパントマイズしました。 （彼らは餌を与えられていたので、空腹ではありませんでした。）「グルタミン酸作動性の予測はGABA作動性の予測の役割を調節し、かじるのに適切なものを指示すると思います」とニーは言います。 「意味のある給餌信号を得るには、両方のコンポーネントが連携する必要があります。」
「これはこの分野では非常に重要です。これは私たちが以前には知らなかったものだからです」とBonciは言い、「そして強迫的な食べ過ぎの治療法に革命を起こす可能性を秘めています。」
研究者らはまた、VTAのこれらの予測の受信側にある異種ニューロンを特徴付けました。 ＬＨニューロンの各サブセットは、ＶＴＡにおいてドーパミン産生ニューロンおよびＧＡＢＡ産生ニューロンと接続する。 研究室は現在、摂食行動およびスクロース探索行動が標的ニューロンの種類に基づいてどのように異なるかを調査しています。
この研究はTyeの2013 NIH DirectorのNew Investigator Awardの一環として開始され、他の精神神経疾患にも適用できる肥満治療のための新しいパラダイムを確立するという長期的な目標を掲げています。 追加の資金は、NiehのNSF大学院研究フェローシップ、統合型神経システムフェローシップ、および学習と記憶の神経生物学におけるトレーニングプログラムを含む、複数の公的および私的な資金源からもたらされました。 Picower Instituteの全メンバーであるKara N. Presbrey、Christopher A. Leppla、Romy Wichmann、Rachael Neve、Craig P. Wildesもこの作品に貢献しました。
科学者達はこれまでにないレベルの詳細で過剰な食物摂取の原因となるニューロンを定義しました
2つの独立した研究チームが、視床下部の報酬としての刺激に関与するニューロンの集団を定義しましたが、生存のために摂食を促進するためにはおそらく必要ではありません。 両グループは本日（1月29）に、彼らの調査結果を発表しました。 セル.
「これらは、[視床下部]の複雑さと異質性、および劇的な行動結果を生み出すことができる特定のニューロンのセットを定義し始める大きな論文です」と述べています。 ラルフ・ディレオネエール大学の神経生物学者、研究には関与していなかった。
オプトジェネティクスを使って、神経科学者 ギャレットスタバー ノースカロライナ大学のChapel Hillらは、視床下部外側（LH）内でGABA作動性ニューロンを活性化すると、マウスの摂食頻度が高まる一方で、これらのニューロンの活性を抑制することでマウスが過剰に食べられないようにした。 これらのニューロンは、以前食事や他の報酬関連の行動に関与していたLHの他のニューロン集団とは異なっていました。 これらのニューロンが遺伝的に除去されたとき、マウスは液体カロリー報酬を得るための動機があまりなかった。 科学者達はまた、マイクロ内視鏡をLHに埋め込んで小型の蛍光顕微鏡を動物の頭に取り付けることによって、自由に動くマウスで何百という個々のGABA作動性ニューロンのカルシウムシグナル伝達を同時に視覚化しました。 カルシウムイメージングは、食物報酬の最初の味覚またはマウスが鼻を突ったとき（食物に興味を引く兆候）に活動的なGABA作動性ニューロンの異なる集団を示したが、両方の活動中にはめったに起こらなかった。
カルシウムの生体内イメージングにより、研究者は脳の特定の領域における神経活動をより大規模に読み取ることができます、とDiLeoneは述べています。 技術はによって開発されました スタンフォード大学のMark Schnitzer研究室。 「6年前、これらのテクノロジーはどれも持っていませんでした - 遺伝的アブレーション、オプトジェネティクス、in vivoイメージング」。 ポールフィリップスワシントン大学の神経科学者、 サイエンティスト。 「重要な神経科学の質問に答えるために、Stuberラボがこれらをきれいに組み合わせたのを見るのは素晴らしいことです。」
LHのニューロンは多様であり、食事、飲酒、性別などの報酬に関連した行動に関与していることが知られています。 しかし、この脳領域のニューロンの多様な亜集団を特徴付けることは歴史的に難題でした。 「私たちは30年以上もの間電気刺激の発見をしてきましたが、私たちが刺激しているのはどの神経細胞なのか、そして摂食関連神経細胞はLH由来なのか利用可能になった」と述べた。 ロイワイズ研究に関与していなかった薬物乱用国立研究所の神経科学者。
「分子生物学的に定義されたニューロンの亜集団内の活動パターンを初めて研究することを可能にするので、in vivoイメージングの神経科学分野には興奮があります」とStuberは付け加えました。
MIT神経科学者が率いる2番目の研究 ケイタイ、研究者は、LHとその報酬処理機能で知られている中脳の腹側被蓋野（VTA）を接続する回路内のXNUMXつの異なるニューロン集団を特定しました。 これらのLH-VTA投影のニューロンが糖自体に反応するのか、それとも糖を得る作用に反応するのかは不明である、と研究の共著者は述べた。 エドワード・ニー、Tyeの研究室の大学院生。 「今、私たちはさまざまな手がかりに反応するニューロンの亜集団があることを知っています - [砂糖]と[砂糖]それ自体に検索します。」
オプトジェネティクス手法のバリエーションを使用して、チームは特にVTAにリンクしているLHのニューロンのみをターゲットにしました。 自由に動くマウスを調べて、チームは、報酬が得られるかどうかとは無関係に、LHをVTAにつなぐニューロンが砂糖の報酬を求める行為の間に活性化されることを発見しました。 この回路を抑制することはこれらのマウスにおいて強制的な糖探索のみを減少させ - 通常の摂食行動は減少させなかった - 。 この回路内のGABA作動性ニューロンのみを刺激すると、異常な行動が生じました。食物が存在しないとき、動物はケージの床または空のスペースをかじりました。 そしてこれらのニューロンを刺激することはまた、砂糖の報酬に到達するための罰 - 電気ショック - を克服するという古典的な強迫的行動をもたらし、そして強迫的な過食を引き起こしました。
「強制的なスクロース探索を減らすことはできますが、通常の摂食には影響を与えません」とNiehは言います。 「これは重要です。強迫的な摂食行動を治療するためには、私たちは不健康な食事をやめて通常の食事を損なわないようにしたいのです。」
「摂食障害、そしておそらく薬物乱用やギャンブルには、この種の行動を活性化させる一般的な経路である可能性があるため、明確な適用があります」とフィリップスは述べています。
への電子メールで サイエンティストTyeによると、彼女の研究室は、強迫的な食べ過ぎやその他の中毒性の行動を開始する前に阻止するための介入を開発するために、リアルタイムで検出できる渇望のニューロンシグネチャの定義を改善しています。
JH Jennings et al。、“食欲と嗜好行動のための視床下部ネットワークダイナミクスの可視化” セル、doi.org / 10.1016 / j.cell.2014.12.026、2015。
EH Nieh et al。、「強迫的なスクロース探索を制御する神経回路の解読」 細胞、 doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.003、2015。
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