Prosiding Persatuan Pemakanan
November 2012, ms 478-487
Hans-Rudolf Berthoud (a1)
DOI: https://doi.org/10.1017/S0029665112000602
Diterbitkan dalam talian: 17 Julai 2012
Abstrak
Objektif tinjauan semulajadi yang tidak sistematik ini adalah untuk menyerlahkan beberapa sistem saraf dan laluan yang dipengaruhi oleh pelbagai aspek pengambilan makanan persekitaran moden dan meneroka potensi interaksi antara sistem teras seperti hipotalamus dan sistem otak terutamanya menerima isyarat dalaman ketersediaan bahan bakar dan kawasan forebrain seperti korteks, amygdala dan sistem dopamine meso-kortikolimbi, terutamanya memproses isyarat luaran. Gaya hidup moden dengan perubahan drastik dalam cara kita makan dan bergerak meletakkan tekanan pada sistem homoeostatik yang bertanggungjawab terhadap peraturan berat badan, yang menyebabkan peningkatan berat badan dan obesiti. Kekuatan isyarat makanan yang mensasarkan emosi yang terdedah dan fungsi otak kognitif, terutama kanak-kanak dan remaja, semakin dimanfaatkan oleh alat neuromarketing moden. Peningkatan pengambilan makanan yang padat tenaga tinggi lemak dan gula bukan sahaja menambah lebih banyak tenaga, tetapi juga boleh merosakkan fungsi saraf sistem otak yang terlibat dalam pendengaran nutrien serta dalam pemprosesan hedonik, motivasi dan kognitif. Disimpulkan bahawa hanya kajian prospektif jangka panjang dalam subjek manusia dan model haiwan dengan kapasiti untuk menunjukkan terlalu banyak makan dan pembangunan obesiti adalah perlu untuk mengenal pasti faktor-faktor persekitaran kritikal serta sistem saraf yang mendasari yang terlibat. Wawasan dari kajian ini dan dari penyelidikan neuromarketing moden harus semakin digunakan untuk mempromosikan penggunaan makanan sihat.
Memandangkan jumlah makanan yang banyak dimakan, adalah luar biasa bahawa bagi kebanyakan kita, berat badan tetap stabil sepanjang masa dewasa. Kestabilan berat ini disifatkan sebagai sistem pengawasan homoeostatik dalam hipotalamus yang merasakan keadaan pemakanan dan metabolik badan dan mengawal pengambilan dan pengeluaran tenaga. Namun, peningkatan populasi, termasuk banyak kanak-kanak dan remaja, membesar dan obesiti terhadap pelbagai penyakit yang melemahkan. Konvoi kadar obesiti yang tinggi dalam menghadapi peraturan keseimbangan tenaga homoeostatik telah membawa kepada perdebatan saintifik yang sengit dan sekurang-kurangnya tiga pandangan berbeza telah muncul. Yang pertama ialah agar berat badan (digunakan di sini secara bergantian dengan adiposity) untuk meleset dari norma, mesti ada yang salah dengan pengawal homoeostatik yang terletak di hipotalamus(1). Ciri-ciri lain yang sering dikaitkan dengan pandangan ini adalah 'set point' berat badan yang teguh dipertahankan. Pandangan ini disokong oleh hakikat bahawa jika terdapat sesuatu yang salah dengan pengawal homoeostatik, contohnya leptin dan / atau melanocortin yang mengalami masalah, obesiti tidak dapat dielakkan(2). Walau bagaimanapun, hanya peratusan obesiti yang sangat kecil yang boleh diperuntukkan kepada kecacatan dalam jentera yang diketahui sekarang dari pengatur homoeostatik(3). Majoriti orang gemuk tidak sepatutnya mempunyai gen yang rosak yang kini dikaitkan dengan obesiti.
Pandangan kedua ialah pengawal homoeostatik bertindak terutamanya untuk mempertahankan diri daripada kekurangan bekalan tetapi tidak berlebihan nutrien, ia dianjurkan dengan kelonggaran yang cukup untuk menampung luar jangkaan luar dan luar seperti kehamilan dan variasi bermusim, dan tidak ada berat badan yang teguh dipertahankan 'set point'(4-7). Implikasinya adalah bahawa pencerapan dari berat badan yang ideal tidak perlu menjadi patologi, tetapi boleh menjadi penyesuaian fisiologi kepada keadaan khusus.
Pandangan ketiga adalah untuk memasukkan, selain hypothalamus, kawasan otak lain seperti sistem otak, ganglia basal dan sistem cortico-limbic dalam litar yang lebih besar pengatur homoeostatik(8-12). Pandangan ini disokong oleh pemerhatian kesan jangka panjang ke atas pengambilan makanan dan keseimbangan tenaga dengan memanipulasi kawasan tambahan hipotalamus tersebut. Ia juga akan lebih baik untuk menjelaskan bagaimana obesiti dapat berkembang dalam persekitaran yang berubah dengan cepat yang terutama berinteraksi dengan otak kognitif dan emosi.
Dalam kajian semula yang tidak sistematik berikut, saya akan membincangkan bagaimana litar saraf yang lebih besar ini, yang dipertimbangkan oleh pandangan ketiga yang dinyatakan sebelum ini, boleh terlibat dalam menguruskan pengaruh yang kadang-kadang bersaing antara isyarat intero- dan sensorik dalam kawalan pengambilan makanan, tenaga perbelanjaan dan peraturan berat badan.
Persekitaran moden: godaan untuk makan dan mengelakkan aktiviti fizikal
Cara hidup kita, khususnya bagaimana, kapan dan bagaimana kita makan dan bekerja secara drastik berubah dengan transformasi secara berperingkat dari pertanian berdasarkan masyarakat pengguna sepanjang tahun 50 yang lalu. Makanan sedia untuk segmen besar penduduk, sementara peluang untuk bekerja secara fizikal dan membelanjakan tenaga telah menurun. Dengan peningkatan komunikasi elektronik, otak memainkan peranan yang lebih menonjol dalam perolehan dan penggunaan makanan dan pengurusan aktiviti harian. Terdapat serangan harian dengan isyarat yang berkaitan dengan makanan dan gambar makanan(13, 14). Industri iklan dan makanan lebih banyak bergantung kepada kepakaran dari pakar neurosains dan psikolog, dan neuromarketing adalah kata kunci baru. Neuromarketing pada kanak-kanak sangat menguntungkan, kerana ia menjana pembeli produk-produk jenama pada masa akan datang. Carian PubMed yang tidak diisi menggunakan istilah 'pemasaran makanan' dan 'anak' menghasilkan kertas 756, 600 yang diterbitkan selepas tahun 2000. Memandangkan banyak jam pendedahan harian kepada media dan peranti elektronik oleh kanak-kanak dan remaja(15-17) dan teknik persuasif yang digunakan(18-21), istilah yang 'dicuci otak' tidak akurat. Sudah tentu kaedah yang sama dapat digunakan untuk mendorong kanak-kanak untuk mengambil makanan yang sihat(22, 23), tetapi kemungkinan ini masih belum diterokai. Walaupun teknologi canggih diterapkan oleh industri makanan untuk mencari penanda neurologi untuk makanan yang menyukai dan menginginkan, kebanyakan wawasan ini malangnya tidak dikongsi dengan komuniti penyelidikan.
Pengambilan makanan berkhasiat jika tiada keperluan metabolik
Seperti yang kita semakin terdedah kepada petunjuk membangkitkan kenangan dan imej makanan sepanjang hari, ini berlaku lebih kerap apabila kita kenyang dan metabolik penuh. Tidak jelas bagaimana kelaparan hedonik ini dapat diinduksi dengan ketiadaan isyarat pengurangan metabolik atau semasa fasa postprandial apabila masih banyak tenaga yang dapat diserap dalam usus. Kenapa kita tidak hanya mengabaikan isyarat dan rangsangan? Beberapa penjelasan adalah mungkin.
Model untuk pengambilan makanan yang terinspirasi, berasaskan tikus dalam keadaan kenyang telah dibangunkan oleh Weingarten(24). Selepas berpasangan secara sementara nada atau cahaya (rangsangan yang dikondresikan, CS+) dengan penyampaian cawan makanan yang boleh ditarik balik dalam haiwan yang terhad makanan, tikus belajar dengan cepat untuk pergi ke cawan makanan setiap kali CS+ sedang. Selepas tikus telah dikembalikan iklan libitum memberi makan dan kenyang sepenuhnya, CS+ terus mendapat pendekatan cawan makanan dan makanan kecil(24), dengan rapat meniru pengambilan makanan yang terkondisi melalui isyarat luaran dalam subjek manusia. Dalam siri kajian yang elegan, Petrovich memperlihatkan pentingnya rangkaian saraf termasuk amygdala, korteks prefrontal medial dan hipothalamus lateral untuk fenomena ini berlaku(25-27). Nampaknya input ke hypothalamus dari kedua-dua amygdala dan korteks prefrontal tengah (lihat Rajah 1) adalah perlu untuk menghubungkan rangsangan terkondisi tertentu kepada tindakan selera. Ia akan menjadi menarik untuk menyiasat peranan neuron hipotalamus lateral dan perancangan mereka kepada sistem dopamine mesolimbi, kerana neuron-neuron ini telah terbabit dalam pengambilan makanan yang disebabkan oleh μ-opioid(28), pengambilan garam yang disebabkan oleh kekurangan(29) dan pengembalian semula pengambilan dadah(30). Sebagai hipotalamus sisi adalah tempat kelakuan utama dan autonomik untuk sensor tenaga integrasi hipotalamik mediobasal, input modulasi ini dari amygdala dan korteks prefrontal boleh menjadi asas untuk mengatasi peraturan homoeostatik oleh isyarat luaran. Walau bagaimanapun, ia harus diperhatikan bahawa bukan Weingarten(24) atau kajian Petrovich(25) diuji sama ada pengulangan CS berterusan+ Pendedahan membawa kepada kegemukan dan perkembangan obesiti kronik dan sama ada transeksinya unjuran amygdala-hypothalamic kritikal menghalangnya.
Rajah 1. (warna dalam talian) Sistem saraf utama dan jalur yang terlibat dalam mengawal tingkah laku pengangkatan dan peraturan imbangan tenaga dengan penekanan pada interaksi antara sistem pengawalan tenaga homoeostatik klasik dalam hypothalamus dan batang otak (kotak biru dan anak panah di bahagian bawah) dan otak kognitif / emosi sistem (kotak merah dan anak panah di bahagian atas). Modulasi bawah proses kognitif dan emosi oleh isyarat metabolik dan derivatif mereka dicapai oleh (a) hormon dan metabolit yang beredar yang bertindak bukan sahaja pada hipotalamus dan batang otak tetapi juga pada laluan pemprosesan penderiaan luaran serta komponen sistem kortikolimbi ( (b) aliran maklumat sensasi vagal dan tulang belakang dari dalam badan kepada semua peringkat neuraxis, termasuk korteks (anak panah biru penuh dengan garis pepejal) dan (c) isyarat saraf yang dijana oleh sensor tenaga hipotesis bersepadu dan diedarkan ke kawasan yang terlibat dalam membuat keputusan berasaskan ganjaran (anak panah biru penuh dengan garis pepejal). Bersama-sama, pengaruh modulasi menaik ini menentukan tahap insentif yang diajukan kepada nutrien tertentu. Modulasi atas pengambilan makanan dan perbelanjaan tenaga oleh sistem kognitif dan emosi / ganjaran dicapai dengan (a) input deria langsung (rasa dan bau) ke sensor tenaga hipotalamik dan peruntukan tindak balas (garis kuning gelap), (b) input dari amygdala, korteks dan sistem pemprosesan ganjaran terutamanya hipotalamus sisi, yang bertanggungjawab untuk isyarat luaran yang tertutup untuk mendapatkan pengambilan makanan (garisan merah dan anak panah penuh), (c) input dari korteks, amygdala dan ganglia basal kepada laluan motor extrapyramidal di tengah-tengah (emosi sistem motor, garisan merah yang rosak dan anak panah penuh) dan (d) sistem motor pyramidal untuk kawalan tingkah laku sukarela (garis merah patah di sebelah kanan). N. Accumbens, nukleus accumbens; SMA, kawasan motor tambahan; BLA, amygdala basolateral; CeA, nukleus utama amygdala; VTA, kawasan tegar ventral; PAG, kelabu periaqueductal; GLP-1, glucgon-like-peptide-1; PYY, peptida YY; AT, tisu adipose; SPA, aktiviti fizikal spontan. Diadaptasi dari(12).
Fenomena ketenangan sensori khusus(31) boleh memudahkan pengambilan makanan yang terkondensasi dalam keadaan kenyang. Satu contoh fasilitasi ini adalah daya tarikan pengalaman makanan deria baru, biasanya pencuci mulut, pada akhir hidangan satiating. Sedikit diketahui mengenai mekanisme saraf yang terlibat dalam fenomena ini, tetapi telah ditunjukkan bahawa pengurangan aktiviti elektrik neuron dalam korteks orbitofrontal, sebahagian daripada korteks frontal, monyet kera, dapat mencerminkan ketegangan khusus sensori(32). Adalah difikirkan bahawa beberapa neuron dalam korteks orbitofrontal mengarahkan keluaran mereka ke hipothalamus lateral dan dengan itu menguatkan kerentanan untuk mengawal makanan di antara makanan.
Ia juga mungkin bahawa tindak fasa yang dipanggil cephalic yang disebutkan kepada penglihatan dan bau (atau hanya memikirkan) makanan boleh mencetuskan tingkah laku selera (33, 34). Mungkin peningkatan kecil dalam air liur, asid lambung, insulin dan rembesan ghrelin yang merupakan tindak balas cephalic merangsang pemacu selera dengan bertindak pada saraf deria atau langsung ke otak dan dengan itu meningkatkan kesan saraf rangsangan yang terkondisi. Kami juga mungkin lebih terdedah kepada isyarat makanan yang dibekalkan apabila mengalami tekanan. Penggunaan makanan sebagai satu bentuk pengambilan diri untuk melegakan tekanan telah ditunjukkan(35), walaupun kita tidak mengetahui mekanisme neural yang terlibat. Akhir sekali, sejarah ketidakpastian mengenai bekalan makanan juga dapat meningkatkan kereaktifan pada isyarat makanan dengan tidak adanya kelaparan metabolik langsung.
Ringkasnya, ia telah menunjukkan dengan jelas bahawa rangsangan yang terkondisi boleh mendorong pengambilan makanan dalam tikus yang kenyang dan beberapa litar neural kritikal telah dikenalpasti. Oleh itu, rangsangan dari alam sekitar jelas mempunyai keupayaan untuk sementara mengatasi peraturan homoeostatik. Walau bagaimanapun, tidak ada kajian haiwan atau manusia secara langsung menunjukkan bahawa pendedahan jangka panjang kepada rangsangan yang terkondisi menyebabkan obesiti.
Pengukuhan kelaparan hedonik dengan keperluan metabolik
Apabila isyarat yang dikondisikan seperti iklan makanan hadir semasa pengurangan metabolisme seperti sebelum atau semasa makan, mereka lebih cenderung untuk merangsang penuaan, kerana pengurangan metabolis meningkatkan bantahan insentif mereka(36, 37). Adalah diketahui bahawa kelaparan metabolik menjadikan kita lebih responsif terhadap isyarat yang memberi isyarat makanan dan dadah(38, 39). Laluan dan mekanisme saraf yang terlibat dalam persamaan ini tidak dipahami sepenuhnya, tetapi kemajuan baru-baru ini telah dibuat. Secara spesifik, ia telah menunjukkan bahawa isyarat pengurangan metabolis dalam bentuk tahap tinggi ghrelin yang beredar serta tahap rendah leptin, insulin, hormon usus dan pelbagai metabolit boleh bertindak bukan sahaja di kawasan otak klasik yang terlibat dalam keseimbangan tenaga homoeostasis seperti hipotalamus dan otak tetapi juga di kawasan otak yang terlibat dalam pemprosesan deria, kognisi dan ganjaran (Rajah 1; juga lihat(40) untuk perbincangan yang lebih terperinci).
Tabiat pemakanan moden: peningkatan ketersediaan, kepelbagaian dan saiz bahagian
Walaupun dalam ketiadaan iklan makanan, kita mendapati diri kita semakin banyak terkena peluang untuk dimakan. Berbanding dengan corak makanan tetap pada masa lalu, ketersediaan makanan telah meningkat secara drastik di rumah, di tempat kerja dan di masyarakat yang lebih besar. Sebagai tambahan kepada kek hari jadi dan mesin layan diri di tempat kerja dan sekolah serta semakin banyak tempat makanan segera, peti sejuk di rumah juga disusun dengan siap untuk makan makanan. Di samping itu, plat biasa dan saiz hidangan telah meningkat secara mendadak dan buffet servis sendiri adalah perkara biasa(41). Walaupun terdapat banyak kajian yang menunjukkan bahawa manipulasi ketersediaan, variasi dan saiz bahagian mempunyai kesan jangka pendek terhadap pengambilan makanan dalam subjek manusia(42-45), beberapa kajian telah melihat kesan jangka panjang ke atas pengambilan dan peningkatan berat badan. Dalam satu kajian klinikal yang terkawal ini, jelas menunjukkan bahawa peningkatan saiz bahagian mengakibatkan peningkatan berterusan pengambilan makanan dan peningkatan berat badan dalam tempoh pemerhatian 11(46). Walau bagaimanapun, ia adalah sukar dan mahal untuk mengukur pengambilan makanan dalam subjek manusia dengan tepat dalam kajian jangka panjang. Oleh itu, bukti langsung bahawa ketersediaan, peluang dan pelbagai makanan boleh menyebabkan obesiti manusia tidak sekuat yang biasa diandaikan. Tambahan pula, bukti tidak langsung dari kajian keratan rentas membandingkan perbandingan kurus dan obes(45) adalah terhad oleh hakikat bahawa ia tidak dapat membezakan sebab dan akibat.
Kajian haiwan menyediakan kawalan percubaan yang lebih baik ke atas tempoh masa yang lebih lama. Jelas sekali, mendedahkan haiwan kepada iklan libitum diet tinggi lemak dan pelbagai (kafeteria) boleh menyebabkan hyperphagia dan obesiti(47). Diet berstatus tinggi lemak kini telah tersedia secara komersial selama lebih dari satu dekad dan beribu-ribu kajian telah dijalankan; peranan komposisi diet dan kesesuaian dibincangkan dalam bahagian seterusnya. Sebaliknya, hanya satu kajian yang menilai peranan ketersediaan tikus. Tikus yang mempunyai akses kepada empat spout sukrosa dan satu spout air menelan lebih banyak tenaga dan mendapat lebih banyak berat berbanding tempoh pemerhatian 30 daripada tikus yang mempunyai akses kepada satu spout sukrosa dan empat spout air(48). Penemuan ini sungguh mengejutkan. Walaupun keterlaluan akut dapat dijelaskan dengan mudah oleh rasa ingin tahu awal untuk mengambil sampel dari setiap cerat yang ada, sukar untuk memahami mengapa tidak ada penyesuaian dari masa ke masa dan mengapa mekanisme maklum balas peraturan homoeostatik gagal. Para penulis berjudul makalah 'Obesity by Choice', menunjukkan bahawa adalah kegagalan tikus untuk membuat pilihan yang masuk akal(48). Adalah penting untuk mengesahkan hasil eksperimen ini, kerana ia tidak dapat direplikasi oleh kumpulan saintis lain (A Sclafani, komunikasi peribadi).
Apakah mekanisme saraf yang bertanggungjawab untuk memakan makanan lebih energik apabila ketersediaan, kepelbagaian dan saiz bahagiannya tinggi? Hiperfagia akibat ketergantungan pada subjek berat badan normal mungkin bergantung pada mekanisme saraf yang sama dengan yang terlibat dalam hiperpagas yang disebabkan oleh makanan seperti yang dibahas sebelumnya. Perbezaannya ialah dengan rangsangan yang disebabkan oleh isyarat, rangsangan lebih cepat. Iaitu, jika isyarat yang menandakan ketersediaan makanan bertepatan dengan isyarat penurunan metabolisme sejurus sebelum makan, kekhuatiran mereka akan diperkuatkan yang mengakibatkan permulaan makan awal. Di bawah keadaan metabolik yang penuh, litar termasuk amygdala, korteks prefrontal dan hipotalamus sisi, ditunjukkan sebagai bertanggungjawab untuk pengambilan makanan yang dikondisikan dalam tikus yang kenyang(25, 27, 49) mungkin terlibat.
Makanan moden: dari rasa sedap ke ketagihan
Kesesuaian adalah salah satu pemacu utama pengambilan makanan dan ia boleh membawa kepada pembangunan obesiti pada individu yang mudah terjejas. Walau bagaimanapun, hubungan antara palatability dan perkembangan obesiti masih tidak jelas. Dikenali sebagai 'Paradox Perancis', penggunaan masakan Perancis / Mediterranean yang sangat enak menghasilkan kurang risiko untuk obesiti, menunjukkan bahawa ada faktor lain selain kesesuaian yang membawa kepada penggunaan lebih banyak kronik. Makanan yang padat tenaga yang tinggi dalam gula dan lemak, dan rendahnya vitamin dan mineral (juga dikenali sebagai tenaga kosong), mungkin merupakan faktor yang lebih penting. Makanan seperti ini mungkin ketagihan.
Perwakilan neural keseronokan makan
Adalah jelas bahawa nilai ganjaran makanan tidak hanya diwakili oleh rasa dan rasa semasa fasa konservatif. Berbagai rangsangan deria dan keadaan emosi atau perasaan dengan profil temporal yang sangat berbeza menyumbang kepada pengalaman ganjaran. Khususnya, semasa fasa pasca-konservatif, nutrien berinteraksi dengan sensor dalam saluran gastrousus, organ periferal lain dan otak itu sendiri. Baru-baru ini telah ditunjukkan bahawa apabila semua pemprosesan rasa dihapuskan oleh manipulasi genetik, tikus masih belajar untuk memilih gula ke atas air, mencadangkan penjanaan ganjaran makanan dengan proses penggunaan glukosa(50).
Memandangkan penglibatan pelbagai keseronokan dan ganjaran dalam tingkah laku pencernaan, adalah jelas bahawa pelbagai sistem saraf terlibat (untuk analisis yang lebih terperinci, lihat(51)). Secara ringkasnya, bentuk suka dan tidak suka yang paling primitif nampaknya wujud pada komponen-komponen jalur pecut peratur di batang batang(52-55). Walau bagaimanapun, untuk kesan deria sensasi makanan yang enak dan perasaan subjektif keseronokan dalam subjek manusia, rasa disepadukan dengan modaliti sensori lain seperti bau dan mulut. Integrasi dilakukan di kawasan forebrain termasuk amygdala, serta kawasan kortikal deria pesanan primer dan tinggi termasuk korteks insula dan orbitofrontal, di mana perwakilan deria makanan tertentu terbentuk(56-62). Laluan saraf yang tepat di mana persepsi atau perwakilan deria itu membawa kepada generasi kenikmatan subjektif tidak jelas. Kajian neuroimaging dalam subjek manusia mencadangkan keseronokan, seperti yang diukur oleh penilaian subjektif, dikira di dalam bahagian-bahagian korteks orbitofrontal dan mungkin insular(55, 63).
Sistem saraf mewakili motivasi untuk dimakan
Matlamat utama iklan makanan adalah untuk menarik individu untuk membeli produk makanan tertentu dan mendapatkan ketagihan di atasnya. Matlamat ini boleh dikaitkan dengan apa yang berlaku dalam ketagihan terhadap dadah dan alkohol, dan tidak menghairankan bahawa mekanisme saraf yang serupa telah terlibat. Walaupun 'suka' item makanan berjenama seolah-olah perlu, 'mahu' dan membeli itu lebih penting untuk pemasaran yang berjaya. Mengikut perbezaan suka / suka dalam ganjaran makanan, ada kemungkinan 'ingin' sesuatu yang tidak disukai(64). Berridge ditakrifkan sebagai 'Kesungguhan insentif, atau motivasi untuk ganjaran yang biasanya dicetuskan oleh isyarat berkaitan ganjaran'(36). Sistem dopamine mesolimbi dengan unjuran dari kawasan tegegalal ventral ke nukleus accumbens, korteks prefrontal, amygdala dan hippocampus nampaknya menjadi substrat saraf utama untuk menginginkan (Rajah 1). Aktiviti fisika neuron dopamine yang dipancarkan dari kawasan tegegal ventral ke nukleus akusatif di stratum ventral terlibat dalam proses membuat keputusan semasa fasa persediaan (selera) perilaku pengingesan(65, 66). Di samping itu, apabila makanan yang enak seperti sukrosa sebenarnya digunakan, peningkatan dan pergantungan yang berterusan dan manis dalam tahap dopamin berlaku di dalam nukleus accumbens(67-69). Dopamine isyarat dalam nukleus accumbens itu nampaknya memainkan peranan dalam kedua-dua faset selera dan konsentrasi pertarungan ingestif. Nukleus accumbens shell adalah sebahagian daripada gelung saraf termasuk hipothalamus lateral dan kawasan tegmental ventral, dengan neuron orexin memainkan peranan penting(28, 70-74). Gelung ini nampaknya penting untuk memancarkan isyarat keadaan metabolik dari hipothalamus sisi dan dengan itu mengaitkan ciri-ciri insentif kepada objek matlamat, seperti yang dibincangkan sebelumnya.
Makan dan 'kehendak bebas'
Dalam subjek manusia, ada juga yang mahu pada tahap yang lebih sedar, yang diterangkan oleh Berridge sebagai 'keinginan kognitif untuk matlamat perisytiharan dalam pengertian biasa perkataan yang ingin'(36). Sebagai tambahan kepada sistem dopamine mesolimbi, beberapa kawasan kortikal, seperti korteks prefrontal dorsolateral dan komponen lain dalam sistem membuat keputusan mungkin terlibat(75). Akhirnya, keputusan sedar boleh dibuat untuk memakan makanan atau untuk tidak makan. Walaupun ini kelihatan seperti 'kehendak bebas' setiap individu, keputusan yang sedar mungkin mempunyai komponen bawah sadar. Ini ditunjukkan dalam kajian neuroimaging dalam subjek manusia yang direka untuk menyahkod keputusan keputusan sebelum dan selepas mereka mencapai kesedaran(76). Terutama, ketika keputusan subjek mencapai kesadaran sedar, itu sudah dipengaruhi hingga 10 detik oleh aktiviti otak tidak sadar (tidak sedar) di frontopolar lateral dan medial serta korteks cingulate anterior dan precuneus(76). Kegiatan prefrontal diperlukan untuk memilih secara berfaedah dalam tugas perjudian ditunjukkan dalam kajian pada pesakit dengan lesi prefrontal(77). Subjek-subjek normal mula memilih secara berfaedah sebelum mereka menyedari strategi mana yang paling berkesan, dan mereka memperlihatkan tindak balas konduktif kulit yang antisipatory sebelum mereka tahu secara jelas bahawa ia adalah pilihan yang berisiko. Sebaliknya, pesakit prefrontal terus membuat pilihan yang tidak menentu dan tidak pernah menunjukkan tindak balas autonomik antisipatif(77). Penemuan ini sangat mencadangkan bahawa aktiviti saraf bawah sedar boleh membimbing tingkah laku ingestif sebelum pengetahuan tersembunyi sedar. Laluan saraf untuk kawalan tingkah laku dan autonomi yang melarikan diri dari kesedaran tidak difahami dengan baik. Walau bagaimanapun, laluan dari pelbagai kawasan kortikal prefrontal dan jalur menurun terutamanya kuat dari amygdala ke kawasan di tengah otak (termasuk kelabu periaqueductal), batang otak dan saraf tunjang diketahui sebagai sebahagian daripada sistem motor emosi yang wujud di luar batas-batas kesedaran kawalan(78-80) (Rajah 1). Menariknya, banyak kawasan sistem limbik, termasuk korteks mempunyai input langsung, monosynaptik kepada neuron preganglionik autonomi(81), menyediakan jalan untuk modulasi bawah sedar organ periferi yang terlibat dalam proses metabolik (Rajah 1).
Bertindih laluan saraf untuk pengambilan makanan dan ketagihan dadah
Berdasarkan pemerhatian bahawa ketersediaan reseptor dopamin-2 dalam striatum dorsal juga berkurangan dalam subjek obes dan penagih kokain(82), perbincangan yang hangat mengenai persamaan antara ketagihan makanan dan dadah telah berlaku(83-92).
Seperti pendedahan berulang kepada ubat penyalahgunaan menyebabkan perubahan neuro-adaptif yang membawa kepada peningkatan dalam ambang ganjaran (toleransi yang mengakibatkan ganjaran menurun) yang memacu pengambilan dadah dipercepatkan(93-98), perubahan saraf dan tingkah laku yang serupa boleh diramalkan dari pendedahan berulang kepada makanan ketagihan. Sebagai contoh, pengambilan sukrosa berulang dikenali untuk menguruskan pelepasan dopamin(99) dan ekspresi pengangkut dopamin(100), dan juga untuk menukar ketersediaan reseptor D1 dan D2 dalam nukleus accumbens(99, 101). Perubahan-perubahan ini mungkin bertanggung jawab untuk peningkatan pesat diperkaya sukrosa binging, penyebaran silang kepada aktiviti locomotor yang disebabkan amphetamine, gejala penarikan, seperti peningkatan kebimbangan dan kemurungan(99) dan keberkesanan menguatkan makanan normal(102).
Pendedahan kepada diet kafetaria yang telap di tikus Wistar membawa kepada hiperaktif yang berlarutan di atas 40 d dan hipotalamik hiperalam elektrik tahap ambang diri meningkat selari dengan peningkatan berat badan(103). Ketidakseimbangan yang sama dengan sistem ganjaran yang pernah dilihat dalam tikus ketagihan yang diberikan oleh kokain intravena atau heroin sendiri(93, 94). Ekspresi reseptor Dopamine D2 di striatum dorsal berkurangan, selari dengan semakin teruk ambang ganjaran(103), kepada tahap yang terdapat dalam tikus kecanduan kokain(104). Menariknya, setelah 14 d menjauhkan diri dari diet yang enak, ganjaran ambang tidak normal walaupun tikus menjadi hipofagik dan hilang kira-kira berat badan 10%(103). Ini adalah berbeza dengan normalisasi (kira-kira 48 h) yang agak pesat dalam ambang ganjaran dalam tikus yang tidak menjauhkan diri dari pentadbiran diri cocaine(94), dan mungkin menunjukkan kehadiran perubahan tidak dapat dipulihkan yang disebabkan oleh kandungan lemak tinggi diet (lihat bahagian seterusnya). Memandangkan pemerhatian bahawa penagih kokain dan subjek manusia gemuk mempamerkan ketersediaan reseptor D2 yang rendah di striatum dorsal(105), keplastikan dopamin kerana pengambilan makanan enak yang berkali-kali mungkin sama dengan apa yang berlaku dengan pengambilan ubat penyalahgunaan. Sebaliknya, terdapat bukti yang kurang meyakinkan untuk perkembangan pergantungan pada makanan tinggi lemak(106, 107), walaupun akses sekejap kepada minyak jagung dapat merangsang pembebasan dopamin dalam akusatif nukleus(108).
Makanan moden: dari tenaga yang padat hingga toksik
Terdapat bukti ketinggian dari kajian tikus yang memakan diet tinggi lemak tidak hanya memberi tekanan pada keseimbangan tenaga dengan menyediakan tenaga tambahan, tetapi dapat menyebabkan kerosakan otak. Kawasan otak yang sepatutnya mengawal keseimbangan tenaga, hipotalamus, kelihatan rusak dengan memakan makanan tinggi lemak(109-115). Kaskade kompleks perubahan molekul di mana pemberian lemak tinggi muncul untuk menjejaskan leptin dan isyarat insulin, yang paling penting untuk pengawalan berat badan dan homoeostasis glukosa baru-baru ini telah dikaji oleh Ryan et al.(116).
Pemerhatian dari eksperimen menggunakan pentadbiran asid lemak atau blokade keradangan akibat asid lemak di dalam otak menunjukkan bahawa tempoh makan lemak yang singkat(115, 117) dan juga satu makanan tinggi lemak(118, 119) cukup untuk menyebabkan kecederaan hipotalamus dengan cepat dan gangguan fungsi keseimbangan nutrien dan keseimbangan tenaga normal dari hipotalamus. Senario yang lebih teruk lagi ialah pendedahan janin terhadap diet lemak tinggi pada tikus nampaknya cukup untuk menyebabkan disfungsi hipotalamus(120). Oleh itu, isyarat pro-radang tidak lagi dianggap sebagai akibat daripada keadaan obes, tetapi nampaknya merupakan salah satu langkah penyebab utama dalam obesiti yang disebabkan oleh diet tinggi lemak. Satu-satunya berita yang menggalakkan adalah bahawa asid lemak tidak tepu secara langsung dimasukkan ke dalam otak tikus kelihatan hampir sepenuhnya membalikkan keradangan hipotalamus dan obesiti yang disebabkan oleh makan diet tinggi lemak yang kaya dengan lemak tepu untuk minggu-minggu 8(121). Oleh itu, mungkin lemak tepu yang khusus boleh menyebabkan kesan melemahkan ke otak(122).
Sebagai tambahan kepada kesan-kesan penghapusan langsung pada hipotalamus, diet tinggi lemak juga kelihatan mengganggu peredaran rasa normal dari usus. Diet tinggi lemak boleh merangsang isyarat peradangan melalui peningkatan kebolehtelapan mukosa dan reseptor seperti Tol dalam tikus yang menjadi hiperafagik dan obes, tetapi tidak pada tikus yang tahan(123). Ia kelihatan lebih dan lebih seperti kemungkinan yang jelas bahawa perubahan dalam komposisi mikrobiota usus melalui rangsangan tindak balas imun semula jadi, inflammasom, adalah pada asal usus halus dan akhirnya keradangan sistemik dan otak(124-127); dan lihat ulasan baru-baru ini oleh Harris et al.(128). Memandangkan mikrobiota boleh dipindahkan antara subjek, obesiti yang dihasilkan dan penyakit lemak hati mungkin juga dilihat sebagai penyakit berjangkit(129). Kepekaan vagal afferent chemo- dan sensor mechano yang berkomunikasi ke otak juga dikurangkan dalam tikus gemuk diet tinggi dan tikus(130-135).
Penemuan baru yang dibincangkan sebelum ini menimbulkan banyak soalan baru. Adalah sukar untuk mempercayai bahawa makan satu makanan yang kaya dengan lemak harus bermula dengan satu peristiwa yang akhirnya menyebabkan obesiti, diabetes dan demensia. Kenapa makan lemak makronutrien yang memberi tenaga berharga dan menghalang kebuluran mempunyai akibat maladaptive yang jelas? Ia tidak mungkin memakan hanya satu 'buah terlarang' adalah dosa pemakanan, dan ia masih dapat dilihat sama ada kesan akut yang diperoleh dengan manipulasi farmakologi di otak meniru mekanisme fisiologi sebenar. Selain itu, tidak diketahui sama ada kesan akut seperti itu berlaku dalam subjek manusia. Sekiranya ia berlaku, pengertian nutrien hipotalamik yang sensitif oleh makanan yang kaya dengan lemak mungkin telah menyesuaikan diri pada masa lalu dengan menyediakan mekanisme untuk mengambil kesempatan daripada kelebihan nutrien yang banyak.
Kesan kronik dari pengambilan lemak tinggi lebih sukar untuk diabaikan, walaupun kesannya tidak sesuai dengan kesan akut. Mengapa tikus tidak mengelakkan makanan berlemak tinggi yang nampaknya membuatnya sakit? Apa yang berlaku dengan 'kebijaksanaan tubuh'? Bagaimana haiwan dan manusia berkembang persepsi rasa yang rumit dan mekanisme pembelajaran yang cepat untuk mengelakkan makanan beracun, tetapi mereka mudah tertipu oleh lemak beracun?
Persekitaran moden: kurang peluang untuk membakar tenaga
Kajian ini hampir sepenuhnya memberi tumpuan kepada pengambilan tenaga, tetapi jelas bahawa persekitaran moden juga memberi kesan kepada perbelanjaan tenaga dalam beberapa cara. Walaupun kita mula memahami neurobiologi pengambilan makanan di dunia moden, kita tetap hampir sama sekali bodoh mengenai kawalan neurobiologi aktiviti fizikal dan senaman dan proses integratif yang merangkumi peraturan baki tenaga(136). Salah satu sebab mungkin kita mempunyai pemahaman terhad mengenai komunikasi antara organ hormonal (atau saraf). Walaupun kita tahu banyak mengenai isyarat tisu usus dan otak adipos, kita hampir tidak tahu mengenai komunikasi antara otot dan otak dan organ lain. Hanya baru-baru ini, iris hormon yang ditemui oleh otot ditemui yang muncul untuk membangkitkan kekuning-kuningan tisu adiposa putih(137). Ia akan menjadi menarik untuk melihat apakah hormon ini juga memberi isyarat kepada sistem otak mengawal keseimbangan tenaga.
kesimpulan
Jelas, pengambilan dan pengambilan makanan selera makan dipengaruhi oleh isyarat dari dalam badan dan alam sekitar, dan yang terakhir dieksploitasi oleh industri makanan menerusi bidang neuromarketing yang baru ditubuhkan. Walaupun teknik ini sama kuat untuk merangsang pemakanan makanan yang sihat, tidak banyak usaha yang dibuat ke arah matlamat ini. Isyarat alam sekitar yang mempengaruhi pengambilan makanan berinteraksi hampir secara eksklusif dengan kawasan otak kortikolimbik yang terlibat dalam kognisi, emosi, motivasi dan membuat keputusan. Sistem-sistem ini, walaupun dimodulasi dengan cara yang paling bawah oleh isyarat metabolik, dapat menguatkan kawalan atas-bawah pengambilan makanan dan peraturan keseimbangan makanan yang kuat, seperti ditunjukkan oleh makan dalam ketiadaan lengkap kebutuhan pemakanan. Walau bagaimanapun, kebanyakan demonstrasi kawalan atas bawah bertindak hanya dalam keadaan akut, dan lebih banyak kajian jangka panjang diperlukan untuk menunjukkan kesan yang berkekalan terhadap berat badan. Akhirnya, laluan saraf yang menghubungkan fungsi kortikolimbi dengan struktur hypothalamic dan otak yang terlibat dalam kawalan pengambilan makanan dan keseimbangan tenaga perlu ditakrifkan dengan lebih baik. Khususnya, sumbangan penentu terhadap tindakan tingkah laku dan kawalan autonomik yang sedar dan sedar harus diselidiki lebih lanjut.
Penghargaan
Saya ingin mengucapkan terima kasih kepada Katie Bailey untuk bantuan editorial dan Christopher Morrison, Heike Münzberg dan Brenda Richards untuk komen berharga pada draf awal manuskrip ini. Kerja ini disokong oleh Institut Kesihatan Geran Kesihatan DK047348 dan DK0871082. Penulis mengisytiharkan tiada konflik kepentingan.
Rujukan