Separarea circuitelor neuronale controlează poftele față de alimentația sănătoasă, cercetătorii găsesc (2015)

MESAJ: Două studii de referință care demonstrează că există circuite separate pentru consumul compulsiv de zahăr - sau așa cum îl numește YBOP, „a binge mecanism'. Întotdeauna s-a crezut că din dependențele comportamentale apar afară modificări ale „circuitelor normale”. În timp ce acest lucru se întâmplă, este acum evident că există și „circuite bingeing” separate.

Acest lucru are sens evolutiv. Este un mod de a îndemna un animal să consume în exces atunci când sunt disponibile alimente. Aceste circuite apar din hipotalamus, care este, de asemenea, regiunea de control majoră pentru comportamentul sexual, libidoul și erecțiile. Nu mă îndoiesc că mamiferele posedă „circuite excesive” atât pentru sex, cât și pentru mâncare. Reproducerea este prioritatea maximă a genelor noastre și oportunitățile de împerechere, de obicei mai puține și mai îndepărtate decât oportunitățile de a mânca.


Decodificarea dependenței de zahăr

Împreună, obezitatea și diabetul de tip 2 se numără printre cele mai mari probleme de sănătate ale națiunii noastre și rezultă în mare măsură din ceea ce mulți numesc "dependență" la zahăr. Dar rezolvarea acestei probleme este mai complicată decât rezolvarea dependenței de droguri, deoarece necesită reducerea efortului de a mânca alimente nesănătoase, fără a afecta dorința de a mânca alimente sănătoase atunci când este foame.

Într - o lucrare nouă în Celulăneurologii de la MIT au dezangajat aceste două procese la șoareci și au arătat că inhibarea unui circuit creier necunoscut anterior care reglementează consumul de zahăr compulsiv nu interferează cu alimentația sănătoasă.

"Pentru prima data, am identificat modul in care creierul codifica cautarea de zahar compulsiva si am aratat ca acesta pare sa fie diferit de mancarea normala si adaptiva", spune autorul principal Kay Tye, cercetator principal la Institutul Picower pentru invatare și memorie care au dezvoltat anterior tehnici noi pentru studierea circuitelor creierului în dependență și anxietate. "Trebuie să studiem acest circuit în mai multe profunzime, dar obiectivul nostru final este de a dezvolta abordări sigure, neinvazive pentru a preveni comportamentele alimentare maladaptive, mai întâi la șoareci și, eventual, la oameni".

Dependența de droguri este definită ca o căutare compulsivă de droguri, în ciuda consecințelor nefaste la școală, serviciu sau acasă. Drogurile dependente „deturnează” creierul este centrul natural de procesare a recompenselor, zona tegmentală ventrală (VTA). Dar mâncarea este o recompensă naturală și, spre deosebire de un medicament, este necesară pentru supraviețuire, deci nu a fost clar dacă supraalimentarea rezultă dintr-o constrângere similară sau din altceva.

"Acest studiu reprezintă, în opinia mea, un pas important în înțelegerea numeroaselor aspecte complicate ale comportamentelor alimentare", spune Antonello Bonci, director științific la Institutul Național pentru Abuzul de Droguri, care nu a fost implicat în cercetare. In timp ce au existat multe studii excelente in trecut, uitandu-se la comportamentul compulsiv de tulburari de consum de substante, aceasta este prima data cand un studiu merge foarte profund si cuprinzator in aceleasi aspecte pentru comportament compulsive de hrana. Din perspectiva translației, abordarea extraordinară multidisciplinară utilizată în acest studiu a produs o descoperire foarte interesantă: consumul de zahăr compulsiv este mediat de un circuit neuronal diferit față de consumul fiziologic și sănătos ".

Pentru studiu, Tye și studentul ei absolvent, Edward Nieh, s-au concentrat asupra conexiunilor dintre VTA și hipotalamus lateral (LH), care controlează hrănirea. Dar, deoarece LH controlează și alte comportamente diverse și se conectează la alte regiuni ale creierului, nimeni nu a izolat încă un circuit de procesare a hranei și de recompensă. Tye și Nieh au identificat pentru prima dată și au caracterizat doar neuronii LH care se conectează la VTA și au înregistrat activitățile lor naturale în feliile creierului, cu ajutorul lui Gillian Matthews, înainte de a se deplasa la experimente pe animale. Electrozii au înregistrat activitatea acestor neuroni identificați în timpul comportamentelor animalelor.

Șoarecii iubesc în mod natural zaharoza - similar cu oamenii care iubesc sodele bogate în zahăr - așa că Nieh a antrenat șoarecii să caute zaharoză la un port de livrare după ce au auzit și au văzut un indiciu. După ce șoarecii au învățat să prezică o recompensă de zaharoză după indicii, a reținut în mod aleatoriu recompensa aproximativ jumătate din timp - o dezamăgire amară. Alteori, șoarecii au primit în mod neașteptat o recompensă la zaharoză fără niciun indiciu predictiv - o dulce surpriză. Această diferență între așteptare și experiență se numește eroare de recompensă-predicție.

Înregistrările neuronale au arătat că un tip de neuroni LH care leagă VTA a devenit activ numai după ce animalul a învățat să caute o recompensă de zaharoză, indiferent dacă a primit sau nu de fapt recompensa. Un alt set de neuroni LH, după primirea feedback-ului de la VTA, a codificat răspunsul la recompensă sau la omisiunea sa.

Apoi, Nieh a lucrat cu un doctorand / doctorand în laboratorul lui Tye, Stephen Allsop, pentru a modifica șoarecii astfel încât proiecțiile neuronale LH-VTA să poarte proteine ​​sensibile la lumină care pot activa sau reduce la tăcere neuronii cu impulsuri de lumină, o metodă numită optogenetică. Activarea proiecțiilor a dus la consumul compulsiv de zaharoză și a crescut supraalimentarea la șoarecii care erau plini. Inactivarea acestei căi a redus căutarea compulsivă a zaharozei care seamănă cu dependența, dar nu a împiedicat șoarecii cărora le era foame să mănânce chow regulat. „A fost interesant, deoarece avem datele de înregistrare pentru a arăta cum se întâmplă această căutare compulsivă de zahăr”, spune Nieh, „și putem conduce sau suprima doar comportamentul compulsiv făcând modificări foarte precise în circuitul neuronal”.

„Cercetătorii în dependență au emis ipoteza că tranziția de la acțiuni la obiceiuri la constrângere este calea către formarea dependenței, dar exact unde și cum se întâmplă acest lucru în creier a fost un mister”, spune Tye, care este, de asemenea, Whitehead Career Development Assistant Professor in Departamentul de Științe ale Creierului și Cognitive al MIT. „Acum avem dovezi care arată că această tranziție este reprezentată în circuitul LH-VTA.”

Nieh, colaborând cu Matthews, un postdoc în laboratorul Tye, a arătat, de asemenea, că neuronii LH trimit un amestec de semnale de excitare (glutamat) și inhibitor (GABA) către VTA. Dar, contrar așteptărilor, semnalele inhibitoare, nu cele de excitare, au declanșat activitatea de hrănire la șoareci. Când proiecțiile GABA au fost activate singure, șoarecii s-au comportat bizar, roșind fundul cuștii și pantomimizând mișcările de a aduce o pepită alimentară în gură și de a o mesteca. (Fuseseră hrăniți, deci nu le era foame.) „Credem că proiecțiile glutamatergice reglementează rolul proiecțiilor GABAergic, direcționând ceea ce este potrivit să ronțim”, spune Nieh. „Ambele componente trebuie să lucreze împreună pentru a obține semnale de alimentare semnificative.”

Acest lucru este foarte important pentru domeniu, pentru ca aceasta este ceva ce nu am stiut inainte, Bonci spune, si are potentialul de a revolutiona modul in care ne apropiem de tratament pentru supraalimentare compulsiva.

Cercetatorii au caracterizat, de asemenea, neuroni eterogeni la sfarsitul primirea acestor proiectii in VTA. Fiecare subset al neuronilor LH se conectează cu neuronii producătoare de dopamină și GABA în VTA. Laboratorul investighează acum modul în care comportamentele de hrănire și de căutare a zahărului diferă în funcție de tipul neuronului țintă.

Această cercetare a fost inițiată ca parte a premiului New Investigator al directorului 2013 NIH al lui Tye, obiectivul pe termen lung al stabilirii unei noi paradigme pentru tratarea obezității care ar putea fi aplicată altor tulburări neuropsihiatrice. Finanțarea suplimentară a venit din mai multe surse publice și private, printre care Federația Cercetătorilor NSF Graduate Research, Fellowship-ul pentru Integrarea Neuronală și Programul de Formare în Neurobiologie de Învățare și Memorie. Kara N. Presbrey, Christopher A. Leppla, Romy Wichmann, Rachael Neve și Craig P. Wildes, toți membrii Institutului Picower, au contribuit, de asemenea, la această lucrare.


 

Oamenii de stiinta au definit neuronii responsabili de consumul excesiv de alimente la un nivel de detaliu fara precedent

By | Ianuarie 29, 2015

Două echipe independente de cercetare au definit populații de neuroni în hipotalamus care sunt responsabile pentru stimularea alimentelor ca recompensă, dar probabil nu sunt necesare pentru a stimula mâncarea pentru supraviețuire. Ambele grupuri și-au publicat concluziile astăzi (ianuarie 29) în România Celulă.

"Acestea sunt lucrări mari care încep să definească complexitatea și eterogenitatea [hipotalamusului] și a seturilor specifice de neuroni care pot produce rezultate comportamentale dramatice", a spus Ralph DiLeone, un neurobiolog la Universitatea Yale care nu a fost implicat în muncă.

Folosind optogenetica, neurolog Garret Stuber la Universitatea din Carolina de Nord, Chapel Hill, si colegii sai au descoperit ca activarea neuronilor GABAergic in hipotalamus lateral (LH) a condus soarecii sa se hraneasca mai frecvent, in timp ce inhibarea activitatii acestor neuroni motivat soarecii sa nu manance in exces. Acești neuroni au fost distinși de alte populații neuronale din LH implicate anterior în consumul de alimente și alte comportamente legate de recompense. Atunci cand acesti neuroni au fost ablate genetic, soarecii au fost mai putin motivati ​​pentru a obtine o recompensa caloriilor lichide. Oamenii de stiinta au vizualizat, de asemenea, semnalizarea calciului a sute de neuroni GABAergici individuali la soareci in miscare libera prin implantarea microendoscoapelor in LH si prin atasarea unui microscop de fluorescent miniaturizat la capetele animalelor. Imagistica de calciu a arătat populații distincte de neuroni GABAergici activi la primul gust al unei recompense alimentare sau atunci când șoarecii și-au aruncat nasul - un semn de interes pentru mâncare - dar rareori în timpul ambelor activități.

In vivo imagistica de calciu permite cercetatorilor sa citeasca activitatea neuronala pe o scara mai larga - in anumite regiuni ale creierului, a spus DiLeone. Tehnica a fost dezvoltată de către Laboratorul lui Mark Schnitzer de la Universitatea Stanford. "Acum șase ani, nu am avut niciuna din aceste tehnologii - ablația genetică, optogenetica, imagistica in vivo" Paul Phillips, un neurolog de la Universitatea din Washington, pentru Omul de știință. "Este uimitor să vedem că laboratorul Stuber le-a pus atât de curând să răspundă la întrebări importante despre neuroștiințe".

Neuronii LH sunt diferiți și sunt cunoscuți ca implicați în comportamente legate de recompense, cum ar fi consumul de alimente, băutul și sexul. Dar caracterizarea diverselor subpopulații ale neuronilor din această regiune a creierului a fost istoric o provocare. "Am avut constatările de stimulare electrică pentru mai mult de 30 de ani acum, dar nu am știut [ce neuroni] stimulam și dacă neuronii legate de hrănire provin din LH sau cei care doar trec prin tehnici de optogenetică a devenit disponibil ", a spus Roy Wise, un neurolog de la Institutul National pentru Abuzul de droguri, care nu a fost implicat in munca.

"Există entuziasm în domeniul neuroștiințelor pentru imagistica in vivo deoarece ne permite, pentru prima dată, să studiem modele de activitate în subpopulațiile definite de molecule neuronale", a adăugat Stuber.

În al doilea studiu, condus de neurologistul MIT Kay TyeCercetătorii au identificat două populații neuronale distincte în circuitul care leagă LH și zona tegmentală ventrală a creierului mediu (VTA), care este cunoscută pentru funcția sa de procesare a recompensei. Nu se știe dacă neuronii din aceste proiecții LH-VTA răspund la zahăr în sine sau la actul de a obține zahăr, a spus coautorul studiului Edward Nieh, un student absolvent în laboratorul lui Tyes. Acum, stim ca exista subpopulatii de neuroni care raspund la indiciile diferite - recuperarea [zahar] si la [zahar] in sine.

Folosind o variație pe o tehnică optogenetics, echipa vizează în mod specific numai neuronii din LH care se leagă de VTA. Examinand soareci in miscare libera, echipa a constatat ca neuronii care leaga LH la VTA au fost activate in timpul actului de a cauta o recompensa de zahar, indiferent daca recompensa a fost obtinuta. Inhibarea acestui circuit a diminuat numai comportamentul comportamental al zahărului care caută un comportament normal de hrănire - la acești șoareci. Stimularea numai a neuronilor GABAergici din acest circuit a produs comportamente neobișnuite: animalele au fost înghițite la podea sau spațiu gol în cuștile lor atunci când nu se găsea alimente. Și stimularea acestor neuroni a dus, de asemenea, la un comportament clasic compulsiv de a depăși un șoc electric-pedeapsă - pentru a ajunge la recompensa de zahăr și la o mâncare excesivă suprapusă.

"Putem reduce cererea de zaharoză compulsivă, dar nu afectează hrănirea normală", a spus Nieh. Acest lucru este important pentru ca, pentru tratarea comportamentului compulsiv al alimentatiei, dorim doar sa oprim partile nesanatoase ale mancarii si sa mentinem mancarea normala intacta.

"Există o aplicație clară în ceea ce privește tulburările de hrănire și probabil abuzul de droguri și jocurile de noroc deoarece poate fi o cale comună care activează aceste tipuri de comportamente", a spus Phillips.

Într-un e-mail către Omul de știință, Tye a spus că laboratorul său lucrează acum pentru a defini mai bine o semnătură neuronală pentru pofta care ar putea fi detectată în timp real pentru a dezvolta intervenții pentru a opri suprapunerea compulsivă și alte comportamente de dependență înainte de a începe.

JH Jennings et al., "Vizualizarea dinamicii rețelei hipotalamice pentru comportamente apetisante și sonsumatorii" Celulă, doi.org/10.1016/j.cell.2014.12.026, 2015. 

EH Nieh și colab., "Decodarea circuitelor neuronale care reglează căutarea compușilor de zaharoză" Cell, doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.003, 2015.