COMENTÁRIOS: Dois estudos marcantes demonstrando que existem circuitos separados para o consumo compulsivo de açúcar - ou como YBOP o chama, 'um mecanismo de compulsão'. Sempre se pensou que os vícios comportamentais surgem de só alterações de “circuitos normais”. Embora isso ocorra, agora é evidente que também existem 'circuitos de compulsão alimentar' separados.
Isso faz sentido evolucionário. É uma forma de estimular um animal a consumir em excesso quando há comida disponível. Esses circuitos surgem do hipotálamo, que também é a principal região de controle do comportamento sexual, libido e ereções. Não tenho dúvidas de que os mamíferos possuem 'circuitos de farra' tanto para sexo quanto para comida. A reprodução é a principal prioridade de nossos genes e as oportunidades de acasalamento geralmente são menores e mais distantes do que as oportunidades de comer.
Decodificação do vício em açúcar
Juntos, obesidade e diabetes tipo 2 estão entre os maiores problemas de saúde de nossa nação, e resultam em grande parte do que muitos chamam de “dependência” do açúcar. Mas resolver esse problema é mais complicado do que resolver o vício em drogas, porque é preciso reduzir o impulso de ingerir alimentos não saudáveis sem afetar o desejo de ingerir alimentos saudáveis quando estiver com fome.
Em um novo artigo em CélulaOs neurocientistas do MIT descobriram esses dois processos em camundongos e mostraram que a inibição de um circuito cerebral previamente desconhecido que regula o consumo compulsivo de açúcar não interfere na alimentação saudável.
"Pela primeira vez, identificamos como o cérebro codifica a compulsão por açúcar e também mostramos que ela parece ser diferente da alimentação adaptável normal", diz Kay Tye, pesquisadora principal do Instituto Picower de Aprendizagem. e Memória, que anteriormente desenvolveu novas técnicas para estudar os circuitos cerebrais no vício e na ansiedade. "Precisamos estudar este circuito com mais profundidade, mas nosso objetivo final é desenvolver abordagens seguras e não invasivas para evitar comportamentos alimentares desadaptativos, primeiro em ratos e, eventualmente, em pessoas."
A toxicodependência é definida como a procura compulsiva de drogas, apesar das consequências adversas na escola, no trabalho ou em casa. Drogas viciantes “sequestram” o cérebro, o centro natural de processamento de recompensas, a área tegmental ventral (VTA). Mas a comida é uma recompensa natural e, ao contrário de uma droga, é necessária para a sobrevivência, por isso não está claro se comer demais resulta de uma compulsão semelhante ou de outra coisa.
"Este estudo representa, na minha opinião, um excelente passo em frente na compreensão dos muitos aspectos intricados dos comportamentos alimentares", diz Antonello Bonci, diretor científico do Instituto Nacional sobre Abuso de Drogas, que não esteve envolvido na pesquisa. “Embora tenha havido muitos estudos excelentes no passado, olhando para o impulso compulsivo dos transtornos por uso de substâncias, esta é a primeira vez que um estudo vai profundamente e de forma abrangente sobre os mesmos aspectos para o comportamento alimentar compulsivo. De uma perspectiva translacional, a extraordinária abordagem multidisciplinar usada neste estudo produziu uma descoberta muito excitante: que o consumo compulsivo de açúcar é mediado por um circuito neural diferente do que a alimentação fisiológica e saudável ”.
Para o estudo, Tye e seu aluno Edward Nieh se concentraram nas conexões entre o VTA e o hipotálamo lateral (LH), que controla a alimentação. Mas como o LH também controla diversos outros comportamentos e se conecta a várias outras regiões do cérebro, ninguém ainda havia isolado um circuito de alimentação e processamento de recompensas. Tye e Nieh primeiro identificaram e caracterizaram apenas os neurônios LH que se conectam ao VTA e registraram suas atividades naturais em fatias do cérebro, com a ajuda de Gillian Matthews, antes de passarem para experimentos com animais. Os eletrodos registraram a atividade desses neurônios identificados durante os comportamentos dos animais.
Os camundongos amam naturalmente a sacarose - semelhante aos humanos que amam refrigerantes ricos em açúcar - então Nieh treinou camundongos para buscar sacarose em um porto de entrega ao ouvir e ver uma deixa. Depois que os ratos aprenderam a prever uma recompensa de sacarose na hora, ele reteve a recompensa aleatoriamente na metade das vezes - uma decepção amarga. Outras vezes, os ratos recebiam inesperadamente uma recompensa de sacarose sem nenhuma pista preditiva - uma doce surpresa. Essa diferença entre a expectativa e a experiência é chamada de erro de previsão de recompensa.
As gravações neurais mostraram que um tipo de neurônio de LH conectado à VTA só se tornou ativo depois que o animal aprendeu a buscar uma recompensa de sacarose, se realmente recebeu a recompensa. Outro conjunto de neurônios LH, ao receber feedback da VTA, codificava a resposta à recompensa ou à sua omissão.
Em seguida, Nieh trabalhou com um aluno de MD / PhD no laboratório de Tye, Stephen Allsop, para modificar os ratos de modo que as projeções neurais do LH-VTA carregassem proteínas sensíveis à luz que podem ativar ou silenciar neurônios com pulsos de luz, um método chamado optogenética. Ativar as projeções levou à ingestão compulsiva de sacarose e aumentou a ingestão excessiva de alimentos em ratos que estavam cheios. A desativação dessa via reduziu a busca compulsiva de sacarose, que se assemelha ao vício, mas não impediu que ratos famintos comessem ração normal. “Isso foi empolgante porque temos os dados de registro para mostrar como essa busca compulsiva de açúcar acontece”, diz Nieh, “e podemos direcionar ou suprimir apenas o comportamento compulsivo fazendo mudanças muito precisas no circuito neural”.
“Pesquisadores de vícios levantaram a hipótese de que a transição de ações a hábitos para compulsão é o caminho para a formação de vícios, mas exatamente onde e como isso acontece no cérebro tem sido um mistério”, diz Tye, que também é professor assistente de desenvolvimento de carreira de Whitehead em Departamento de Cérebro e Ciências Cognitivas do MIT. “Agora temos evidências de que essa transição está representada no circuito LH-VTA.”
Nieh, trabalhando com Matthews, um pós-doutorado no laboratório Tye, também mostrou que os neurônios do LH enviam uma mistura de sinais excitatórios (glutamato) e inibitórios (GABA) para o VTA. Mas, ao contrário do que se esperava, foram os sinais inibitórios, não os excitatórios, que desencadearam a atividade alimentar nos ratos. Quando apenas as projeções de GABA foram ativadas, os ratos se comportaram de maneira bizarra, roendo o fundo da gaiola e simulando os movimentos de levar uma pepita de comida à boca e mastigá-la. (Eles foram alimentados, então não estavam com fome.) “Achamos que as projeções glutamatérgicas regulam o papel das projeções gabaérgicas, direcionando o que é apropriado para roer”, diz Nieh. “Ambos os componentes devem trabalhar juntos para obter sinais de alimentação significativos.”
"Isso é muito importante para o campo, porque isso é algo que não sabíamos antes", diz Bonci, "e tem o potencial de revolucionar a forma como abordamos o tratamento para compulsão excessiva".
Os pesquisadores também caracterizaram os neurônios heterogêneos na extremidade receptora dessas projeções na VTA. Cada subconjunto de neurônios LH conecta-se com neurônios produtores de dopamina e GABA na VTA. O laboratório agora está investigando como os comportamentos de procura de alimento e sacarose diferem com base no tipo de neurônio alvo.
Esta pesquisa foi iniciada como parte do New Investigator Award do diretor 2013 NIH de Tye, com o objetivo de longo prazo de estabelecer um novo paradigma para o tratamento da obesidade que poderia ser aplicado a outros distúrbios neuropsiquiátricos. Financiamento adicional veio de várias fontes públicas e privadas, incluindo Nieh's NSF Graduate Research Fellowship, da Integrative Neuronal Systems Fellowship, e do Programa de Treinamento em Neurobiologia da Aprendizagem e da Memória. Kara N. Presbrey, Christopher A. Leppla, Romy Wichmann, Rachael Neve e Craig P. Wildes, todos membros do Instituto Picower, também contribuíram para este trabalho.
Os cientistas definiram os neurônios responsáveis pelo consumo excessivo de alimentos em um nível de detalhe sem precedentes
By Anna Azvolinsky | Janeiro 29, 2015
Duas equipes de pesquisa independentes definiram populações de neurônios no hipotálamo que são responsáveis pela estimulação de alimentos como recompensa, mas provavelmente não são necessárias para incentivar a sobrevivência. Ambos os grupos publicaram suas descobertas hoje (janeiro 29) em Célula.
"Estes são grandes artigos que começam a definir a complexidade e heterogeneidade do [hipotálamo] e os conjuntos específicos de neurônios que podem produzir resultados comportamentais dramáticos", disse Ralph DiLeone, um neurobiólogo da Universidade de Yale que não estava envolvido no trabalho.
Usando optogenética, neurocientista Garret Stuber na Universidade da Carolina do Norte, Chapel Hill e seus colegas descobriram que a ativação dos neurônios GABAérgicos no hipotálamo lateral (LH) levava os camundongos a se alimentarem com mais frequência, enquanto a inibição da atividade desses neurônios motivava os ratos a não comerem em excesso. Esses neurônios eram distintos de outras populações neuronais no LH, anteriormente envolvidas em comportamentos alimentares e outros relacionados à recompensa. Quando esses neurônios foram geneticamente ablacionados, os camundongos ficaram menos motivados para obter uma recompensa calórica líquida. Os cientistas também visualizaram a sinalização de cálcio de centenas de neurônios GABAérgicos individuais de uma só vez em camundongos de movimento livre implantando microendoscópios no LH e anexando um microscópio de fluorescência miniaturizado às cabeças dos animais. A imagem de cálcio mostrou populações distintas de neurônios GABAérgicos ativos no primeiro sabor de uma recompensa alimentar ou quando os ratos cutucaram seus narizes - um sinal de interesse na comida - mas raramente durante as duas atividades.
A imagem de cálcio in vivo permite que os pesquisadores leiam a atividade neuronal em maior escala - em regiões específicas do cérebro, disse DiLeone. A técnica foi desenvolvida por Laboratório de Mark Schnitzer na Universidade de Stanford. "Seis anos atrás, não tínhamos nenhuma dessas tecnologias - ablação genética, optogenética, imagens in vivo" Paul Phillips, um neurocientista da Universidade de Washington, disse The Scientist. "É incrível ver o laboratório Stuber reunindo-os tão claramente para responder a importantes questões neurocientíficas."
Os neurônios do LH são diversos e conhecidos por estarem envolvidos em comportamentos relacionados à recompensa, como comer, beber e fazer sexo. Mas a caracterização das diversas subpopulações de neurônios nessa região do cérebro tem sido historicamente um desafio. “Tivemos as descobertas de estimulação elétrica por mais de 30 anos, mas não sabíamos quais neurônios estávamos estimulando e se os neurônios relacionados à alimentação são do LH ou aqueles que estão apenas passando até as técnicas de optogenética tornou-se disponível ”, disse Roy Wise, um neurocientista do Instituto Nacional sobre Abuso de Drogas que não estava envolvido no trabalho.
"Há uma excitação no campo da neurociência para a imagem in vivo porque nos permite, pela primeira vez, estudar padrões de atividade dentro de subpopulações molecularmente definidas de neurônios", acrescentou Stuber.
No segundo estudo, liderado pelo neurocientista do MIT Kay Tye, os pesquisadores identificaram duas populações neuronais distintas no circuito que conecta o LH e a área tegmental ventral (VTA) do mesencéfalo, que é conhecida por sua função de processamento de recompensa. Não se sabe se os neurônios nessas projeções de LH-VTA respondem ao próprio açúcar ou ao ato de obtê-lo, disse o co-autor do estudo. Edward Nieh, estudante de graduação no laboratório de Tye. "Agora sabemos que há subpopulações de neurônios respondendo a diferentes pistas - recuperando o [açúcar] e o próprio [açúcar]".
Usando uma variação em uma técnica de optogenética, a equipe visou especificamente apenas os neurônios no LH que se ligam ao VTA. Examinando camundongos que se movem livremente, a equipe descobriu que os neurônios que conectam o LH ao VTA foram ativados durante o ato de buscar uma recompensa de açúcar, independente de a recompensa ter sido obtida. A inibição deste circuito diminuiu apenas a procura compulsiva de açúcar - não o comportamento alimentar normal - nestes ratos. Estimular apenas os neurônios GABAérgicos neste circuito produziu comportamentos incomuns: os animais roeram o chão ou o espaço vazio em suas gaiolas quando não havia comida. E estimular esses neurônios também resultou em um comportamento compulsivo clássico de superar uma punição - choques elétricos - para chegar à recompensa de açúcar e aumentar demais os compulsivos.
"Nós podemos reduzir a procura compulsiva de sacarose, mas não afetar sua alimentação normal", disse Nieh. "Isso é importante porque, para tratar o comportamento alimentar compulsivo, só queremos parar as partes prejudiciais da alimentação e manter a alimentação normal intacta".
"Há uma aplicação clara nos transtornos alimentares e talvez no abuso e no jogo de drogas, porque pode ser um caminho comum que ativa esses tipos de comportamento", disse Phillips.
Em um e-mail para The ScientistTye disse que seu laboratório está trabalhando agora para definir melhor uma assinatura neuronal para o desejo que pode ser detectada em tempo real para desenvolver intervenções para parar compulsivamente demais e outros comportamentos de dependência antes que eles comecem.
JH Jennings et al., “Visualizando a dinâmica da rede hipotalâmica para comportamentos apetitivos e sonorosmatórios” Célula, doi.org/10.1016/j.cell.2014.12.026, 2015.
EH Nieh et al., “Decodificando circuitos neurais que controlam a busca compulsiva de sacarose” Célula, doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.003, 2015.
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