KOMENTĀRI: Divi nozīmīgi pētījumi, kas parāda, ka pastāv atsevišķas ķēdes piespiedu cukura patēriņam - vai kā to sauc YBOP, "a mehānisms". Vienmēr tika uzskatīts, ka no uzvedības atkarības rodas tikai “parasto ķēžu” izmaiņas. Lai gan tas notiek, tagad ir skaidrs, ka pastāv arī atsevišķas “iedzeršanas ķēdes”.
Tam ir evolūcijas jēga. Tas ir veids, kā mudināt dzīvnieku pārmērīgi patērēt pārtiku, ja ir pieejama pārtika. Šīs ķēdes rodas no hipotalāma, kas ir arī galvenais seksuālās uzvedības, libido un erekcijas kontroles reģions. Es nešaubos, ka zīdītājiem ir “iedzeršanas ķēdes” seksam, kā arī pārtikai. Reprodukcija ir mūsu gēnu galvenā prioritāte, un pārošanās iespējas parasti ir mazākas un attālākas nekā ēšanas iespējas.
Kopā aptaukošanās un 2 tipa diabēts ir viens no mūsu valsts lielākajiem veselības traucējumiem, un tie lielā mērā izriet no tā, ko daudzi sauc par “atkarību” no cukura. Taču šīs problēmas risināšana ir sarežģītāka nekā narkotiku atkarības risināšana, jo tā prasa samazināt neveselīgu pārtiku, neietekmējot vēlēšanos ēst veselīgu pārtiku.
Jaunā grāmatā ŠūnaMIT neirozinātnieki ir izjaucuši šos divus procesus pelēm un parādījuši, ka iepriekš nezināmas smadzeņu ķēdes, kas regulē kompulsīvo cukura patēriņu, inhibēšana neietekmē veselīgu uzturu.
"Pirmo reizi mēs esam noskaidrojuši, kā smadzenes kodē kompulsīvo cukura meklēšanu, un mēs esam arī parādījuši, ka tas atšķiras no normālas, adaptīvas ēšanas," saka vecākais autors Kay Tye, princips pētnieks Picower institūtā mācībām. un Atmiņa, kas iepriekš izstrādāja jaunas metodes smadzeņu shēmu izpētei atkarībā un nemiers. “Mums ir nepieciešams padziļināti izpētīt šo ķēdi, bet mūsu galvenais mērķis ir izstrādāt drošas, neinvazīvas pieejas, lai novērstu nepareizas ēšanas paradumus, vispirms pelēm un galu galā cilvēkiem.”
Narkotiku atkarība tiek definēta kā piespiedu narkotiku meklēšana, neskatoties uz nelabvēlīgām sekām skolā, darbā vai mājās. Atkarību izraisošās narkotikas “nolaupa” smadzeņu dabisko atalgojuma apstrādes centru, ventrālo tegmentālo zonu (VTA). Bet pārtika ir dabiska atlīdzība, un, atšķirībā no narkotikām, tā ir nepieciešama izdzīvošanai, tāpēc nav bijis skaidrs, vai pārēšanās rodas līdzīgas piespiešanas dēļ, vai no kaut kā cita.
“Šis pētījums, manuprāt, ir izcils solis uz priekšu, izprotot daudzos sarežģītos barošanas uzvedības aspektus,” saka Nacionālais narkotiku lietošanas institūta zinātniskais direktors Antonello Bonci, kurš pētījumā nebija iesaistīts. “Lai gan pagātnē ir bijuši daudzi lieliski pētījumi, kuros aplūkota vielas lietošanas traucējumu kompulsīvā braukšana, šī ir pirmā reize, kad pētījums ir ļoti dziļi un visaptveroši iekļauts tajos pašos aspektos kā kompulsīvai barošanai. No translācijas viedokļa šajā pētījumā izmantotā ārkārtas daudznozaru pieeja radīja ļoti aizraujošu secinājumu, ka kompulsīvo cukura patēriņu ietekmē atšķirīga nervu ķēde nekā fizioloģiska, veselīga ēšana. ”
Pētījuma veikšanai Tye un viņas absolvents Edvards Nieh koncentrējās uz savienojumiem starp VTA un sānu hipotalāmu (LH), kas kontrolē barošanu. Bet tāpēc, ka LH arī kontrolē dažādas citas uzvedības un savienojas ar vairākiem citiem smadzeņu reģioniem, neviens vēl nebija izolējis barošanas un atlīdzības apstrādes shēmu. Vispirms Tye un Nieh identificēja un raksturoja tikai LH neironus, kas savienojas ar VTA, un reģistrēja savas dabīgās aktivitātes smadzeņu šķēlītēs, izmantojot Gillian Matthews, pirms pārgāja uz eksperimentiem ar dzīvniekiem. Elektrodi reģistrē šo identificēto neironu aktivitāti dzīvnieku uzvedības laikā.
Peles dabiski mīl saharozi - līdzīgi kā cilvēki, kas mīl cukuru saturošus sodas - tāpēc Nīhs apmācīja peles meklēt saharozi piegādes ostā, dzirdot un redzot mājienu. Pēc tam, kad peles iemācījās prognozēt saharozes atlīdzību pēc norādes, viņš nejauši atcēla atlīdzību apmēram pusi laika - rūgta vilšanās. Citreiz peles negaidīti saņēma saharozes balvu bez jebkādas prognozēšanas - salds pārsteigums. Šo atšķirību starp gaidām un pieredzi sauc par atalgojuma-pareģošanas kļūdu.
Neironu ieraksti parādīja, ka viens no LH neironiem, kas savienojas ar VTA, kļuva aktīvs tikai pēc tam, kad dzīvnieks bija iemācījies meklēt saharozes atlīdzību neatkarīgi no tā, vai tas tiešām saņēma atlīdzību. Vēl viens LH neironu kopums, saņemot atgriezenisko saiti no VTA, kodēja atbildi uz atlīdzību vai tās izlaidumu.
Pēc tam Nīhs strādāja ar MD / PhD studentu Tī laboratorijā Stīvenu Allsopu, lai modificētu peles tā, lai LH-VTA neironu projekcijās būtu gaismas jutīgi proteīni, kas var aktivizēt vai apklusināt neironus ar gaismas impulsiem, metodi, ko sauc par optogenētiku. Prognožu aktivizēšana izraisīja piespiedu saharozes ēšanu un palielinātu pārēšanās pelēm, kas bija pilnas. Šī ceļa deaktivizēšana samazināja piespiedu saharozes meklēšanu, kas līdzinās atkarībai, bet neliedza izsalkušajām pelēm ēst regulāru gaļu. "Tas bija aizraujoši, jo mums ir ierakstu dati, lai parādītu, kā notiek šī piespiedu cukura meklēšana," saka Nīhs, "un mēs varam vadīt vai nomākt tikai piespiedu uzvedību, veicot ļoti precīzas izmaiņas nervu ķēdē."
"Atkarības pētnieki ir izvirzījuši hipotēzi, ka pāreja no darbības uz ieradumiem uz piespiešanu ir ceļš uz atkarības veidošanos, bet tieši tas, kur un kā tas notiek smadzenēs, ir bijis noslēpums," saka Tajs, kurš ir arī Vaithedas karjeras attīstības asistents MIT Smadzeņu un kognitīvo zinātņu katedra. "Tagad mums ir pierādījumi, kas liecina, ka šī pāreja ir pārstāvēta LH-VTA ķēdē."
Nīhs, strādājot ar Metjū, Tye laboratorijas postdokoku, arī parādīja, ka LH neironi uz VTA sūta ierosmes (glutamāta) un inhibējošo (GABA) signālu sajaukumu. Bet pretēji gaidītajam peles barošanas darbību izraisīja inhibējošie, nevis ierosinošie signāli. Kad tika aktivizētas tikai GABA projekcijas, peles izturējās dīvaini, graužot būra dibenu un pantomimējot kustības, kā celt pārtikas tīrradni mutē un košļāt. (Viņi bija pabaroti, tāpēc nebija izsalkuši.) "Mēs domājam, ka glutamaterģiskās projekcijas regulē GABAergisko projekciju lomu, vadot to, kas ir piemērots graušanai," saka Nīhs. "Abiem komponentiem ir jāsadarbojas, lai iegūtu jēgpilnus padeves signālus."
„Tas ir ļoti svarīgi laukam, jo tas ir kaut kas, ko mēs agrāk nezinājām,” sacīja Bonci, “un ir potenciāls, lai revolucionizētu veidu, kā mēs vēršamies pie ārstēšanas ar kompulsīvu pārēšanās.”
Pētnieki arī raksturoja heterogēnos neironus šo projekciju saņemšanas beigās VTA. Katrs LH neironu apakšgrupa savienojas ar dopamīna un GABA veidojošajiem neironiem VTA. Laboratorija tagad pēta, kā uzvedības un saharozes meklējumi atšķiras atkarībā no mērķa neironu tipa.
Šis pētījums tika uzsākts kā daļa no Tye 2013 NIH direktora jaunā pētnieka balvas, ar ilgtermiņa mērķi izveidot jaunu paradigmu aptaukošanās ārstēšanai, ko varētu piemērot citiem neiropsihiskiem traucējumiem. Papildu finansējumu ieguva no vairākiem publiskiem un privātiem avotiem, tostarp Nieh NSF absolventu pētniecības stipendiju, integrējošo neironu sistēmu stipendiju un mācību programmu mācīšanās un atmiņas neirobioloģijā. Šajā darbā piedalījās arī Kara N. Presbrey, Christopher A. Leppla, Romy Wichmann, Rachael Neve un Craig P. Wildes.
Zinātnieki ir noteikuši neironus, kas ir atbildīgi par pārmērīgu pārtikas patēriņu, nepieredzēti detalizēti
By Anna Azvolinsky | Janvāris 29, 2015
Divām neatkarīgām pētniecības grupām hipotalāmā ir definētas neironu populācijas, kas ir atbildīgas par stimulēšanu ar pārtiku, bet, visticamāk, nav nepieciešamas, lai stimulētu ēšanas izdzīvošanu. Abas grupas šodien publicēja savus secinājumus (janvāris 29) Šūna.
„Tie ir lieli dokumenti, kas sāk definēt [hipotalāma] un specifisko neironu kopumu sarežģītību un neviendabīgumu, kas var radīt dramatiskus uzvedības rezultātus,” teica Ralph DiLeone- neirobiologs Yale universitātē, kurš nebija iesaistīts darbā.
Izmantojot optogenētiku, neirozinātnieks Garret Stuber Ziemeļkarolīnas Universitātē Chapel Hill un viņa kolēģi konstatēja, ka GABAergo neironu aktivizēšana sānu hipotalāmu (LH) ietvaros noveda pie peles biežāk, vienlaikus inhibējot šo neironu darbību, motivēja peles neēst. Šie neironi bija atšķirīgi no citām neironu populācijām LH, kas iepriekš bija iesaistītas ēšanas un citu ar atalgojumu saistītu uzvedību. Kad šie neironi tika ģenētiski atdalīti, peles bija mazāk motivētas iegūt šķidru kaloriju atlīdzību. Zinātnieki vizualizēja arī simtiem atsevišķu GABAergo neironu kalcija signālu brīvā kustībā esošajās pelēs, implantējot mikroendoskopus LH un pievienojot miniaturizētu fluorescences mikroskopu pie dzīvnieku galviņām. Kalcija attēlveidošana parādīja atšķirīgas GABAergo neironu populācijas, kas bija aktīvas pēc pārtikas apbalvojuma pirmās garšas, vai pelēm, kad tās pauda degunu, kas liecina par interesi par pārtiku, bet reti abās aktivitātēs.
In vivo kalcija attēlveidošana ļauj pētniekiem lasīt neironu aktivitāti plašākā mērogā - noteiktos smadzeņu reģionos, teica DiLeone. Šo tehniku izstrādāja Marks Šnicera laboratorija Stanfordas universitātē. „Pirms sešiem gadiem mums nebija nevienas no šīm tehnoloģijām - ģenētiskā ablācija, optogenētika, in vivo attēlveidošana,” Paul Phillips, Vašingtonas Universitātes neirozinātnieks Zinātnieks. "Tas ir pārsteidzošs, ja Stubera laboratorija tos apvieno tik tīri, lai atbildētu uz svarīgiem neiroloģijas jautājumiem."
LH neironi ir dažādi, un ir zināms, ka tie ir iesaistīti ar atalgojumu saistītā uzvedībā, piemēram, ēšana, dzeršana un sekss. Taču šo smadzeņu reģionu neironu dažādo apakšgrupu raksturojums vēsturiski ir bijis izaicinājums. "Mums ir bijuši elektriskās stimulācijas rezultāti vairāk nekā 30 gadiem, bet mēs nezinājām, kurus neironus mēs stimulējām un vai ar barošanu saistīti neironi ir no LH vai tiem, kas tikko iet cauri līdz optogenētikas paņēmieniem kļuva pieejams, ”teica Roy Wise- Narkomānijas zinātnieks Nacionālajā narkotiku lietošanas institūtā, kurš nebija iesaistīts darbā.
“Neirozinātnes jomā ir uztraukums in vivo attēlveidošanai, jo tas pirmo reizi ļauj izpētīt darbības modeļus molekulāri definētajās neironu apakšgrupās,” piebilda Stubers.
Otrajā pētījumā, ko vadīja MIT neirozinātnieks Kay Tye, pētnieki identificēja divas atšķirīgas neironu populācijas ķēdē, kas savieno LH un vidus smadzeņu ventrālo tegmentālo zonu (VTA), kas ir pazīstama ar atlīdzības apstrādes funkciju. Tas, vai neironi šajās LH-VTA projekcijās reaģē uz pašu cukuru vai uz cukura iegūšanu, nebija zināms, sacīja pētījuma līdzautore Edward Nieh, absolvents Tyes laboratorijā. "Tagad mēs zinām, ka ir neironu apakšpopulācijas, kas reaģē uz dažādām norādēm - atgūstot [cukuru] un pašu cukuru."
Izmantojot variāciju uz optogenētikas tehniku, komanda īpaši vērsa uzmanību tikai uz neironiem LH, kas ir saistīti ar VTA. Pārbaudot brīvi kustīgās peles, komanda konstatēja, ka neironi, kas savieno LH ar VTA, tika aktivizēti, veicot cukura atlīdzību, neatkarīgi no tā, vai atlīdzība tika iegūta. Šo ķēžu inhibēšana mazināja tikai kompulsīvo cukura meklēšanu, nevis normālu barošanas uzvedību šajās pelēs. Tikai GABAergo neironu stimulēšana šajā ķēdē radīja neparastu uzvedību: dzīvnieki griezās pie grīdas vai tukšā vietā būros, kad nebija pārtikas. Un stimulējot šos neironus, tika panākta arī klasiska kompulsīva uzvedība, lai pārvarētu sodu - elektrisko šoku -, lai nokļūtu cukura atalgojumā un palielinātu kompulsīvo pārēšanās.
„Mēs varam samazināt kompulsīvo saharozes meklēšanu, bet neietekmēt to normālu barošanu,” teica Nieh. „Tas ir svarīgi, jo, ārstējot kompulsīvo ēšanas paradumu, mēs tikai vēlamies apturēt neveselīgas ēšanas daļas un uzturēt normālu ēšanas neskartu.”
„Ir skaidrs pielietojums barošanas traucējumiem un, iespējams, narkotiku lietošanai un azartspēlēm, jo tas var būt kopīgs ceļš, kas aktivizē šāda veida uzvedību,” sacīja Phillips.
E-pastā uz Zinātnieks, Tye teica, ka viņas laboratorija tagad strādā, lai labāk noteiktu neironu parakstu, kas varētu būt reālā laikā, lai izstrādātu intervences, lai apturētu kompulsīvo pārēšanās un citu atkarību izraisošu uzvedību, pirms tās sāk.
JH Jennings et al., “Hipotalāmu tīkla dinamikas vizualizēšana apetīti un sonsummatory uzvedībai”, Šūna, doi.org/10.1016/j.cell.2014.12.026, 2015.
EH Nieh et al., “Dekodējot neirālās ķēdes, kas kontrolē kompulsīvo saharozi,” Šūna, doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.003, 2015.
;