КОММЕНТАРИИ: Два важных исследования, демонстрирующих, что существуют отдельные схемы для компульсивного потребления сахара - или, как это называет YBOP, « механизм вытеснения'. Всегда считалось, что поведенческая зависимость возникает из только переделки «нормальных схем». Хотя это действительно происходит, теперь очевидно, что существуют и отдельные «схемы переедания».
В этом есть эволюционный смысл. Это способ заставить животное переедать, когда есть еда. Эти цепи возникают из гипоталамуса, который также является основной областью контроля сексуального поведения, либидо и эрекции. Я не сомневаюсь, что у млекопитающих есть «схемы переедания» как для секса, так и для еды. Размножение - главный приоритет наших генов, и возможностей для спаривания обычно меньше, чем возможностей поесть.
Декодирование сахарной зависимости
Вместе ожирение и диабет типа 2 относятся к числу самых больших проблем в нашей стране, и в значительной степени это связано с тем, что многие называют «зависимостью» от сахара. Но решить эту проблему сложнее, чем решать проблемы наркомании, потому что это требует сокращения приводов, чтобы есть нездоровые продукты, не затрагивая желания есть здоровую пищу, когда голодны.
В новой статье в Ячейка, нейробиотики в Массачусетском технологическом институте распутывали эти два процесса у мышей и показали, что ингибирование ранее неизвестной цепи мозга, которая регулирует потребление компульсивного сахара, не мешает здоровому питанию.
«Впервые мы определили, как мозг кодирует компульсивный поиск сахара, и мы также показали, что он отличается от нормального, адаптивного питания», - говорит старший автор Кей Кей, главный исследователь Института изучения Пикава и памяти, которые ранее разрабатывали новые методы изучения схем мозга в зависимости и тревожности. «Нам нужно изучить эту схему более подробно, но наша конечная цель - разработать безопасные, неинвазивные подходы к предотвращению неадаптивного поведения в еде, сначала у мышей и в конечном итоге у людей».
Наркомания определяется как компульсивный поиск наркотиков, несмотря на неблагоприятные последствия в школе, на работе или дома. Лекарства, вызывающие привыкание, «захватывают» естественный центр обработки вознаграждений - вентральную тегментальную область (VTA) мозга. Но еда - это естественная награда и, в отличие от лекарств, необходима для выживания, поэтому неясно, является ли переедание результатом аналогичного принуждения или чего-то еще.
«Это исследование, на мой взгляд, представляет собой выдающийся шаг вперед в понимании многих сложных аспектов поведения кормления», - говорит Антонелло Бончи, научный директор Национального института по злоупотреблению наркотиками, который не участвовал в исследовании. «Несмотря на то, что в прошлом было много отличных исследований, рассматривая компульсивную дисфункцию расстройств, связанных с употреблением психоактивных веществ, это первый случай, когда исследование проходит очень глубоко и всесторонне в тех же аспектах для принудительного кормления. С точки зрения трансляции, экстраординарный многодисциплинарный подход, используемый в этом исследовании, вызвал очень захватывающий вывод: что потребление компульсивного сахара опосредуется другой нейронной цепью, чем физиологическая, здоровая еда ».
Для исследования Тай и ее аспирант Эдвард Них сосредоточились на связях между VTA и латеральным гипоталамусом (LH), который контролирует питание. Но поскольку LH также контролирует различные другие виды поведения и соединяется с несколькими другими областями мозга, никто еще не выделил схему подачи и вознаграждения. Tye и Nieh впервые идентифицировали и охарактеризовали только нейроны LH, которые соединяются с VTA и регистрировали их естественные действия в срезах мозга, с помощью Джиллиан Мэтьюз, прежде чем перейти к экспериментам на животных. Электроды регистрировали активность этих идентифицированных нейронов во время поведения животных.
Мыши от природы любят сахарозу - подобно людям, любящим газированные напитки, богатые сахаром, - поэтому Ние обучил мышей искать сахарозу в порте доставки, услышав и увидев сигнал. После того, как мыши научились предсказывать награду сахарозой по сигналу, он случайным образом удерживал награду примерно в половине случаев - горькое разочарование. В других случаях мыши неожиданно получали сахарозу без какого-либо прогнозирующего сигнала - сладкий сюрприз. Эта разница между ожиданием и опытом называется ошибкой предсказания вознаграждения.
Нейронные записи показали, что один тип нейронов LH, соединяющихся с VTA, только активизировался после того, как животное научилось искать награду сахарозы, независимо от того, действительно ли она получила награду. Еще один набор нейронов LH, получив обратную связь от VTA, закодировал ответ на награду или ее отсутствие.
Затем Ние работал со студентом-доктором наук в лаборатории Тая Стивеном Олсопом, чтобы модифицировать мышей так, чтобы нейронные проекции LH-VTA содержали светочувствительные белки, которые могут активировать или заглушать нейроны импульсами света, метод, называемый оптогенетикой. Активация проекций приводила к компульсивному поеданию сахарозы и увеличению переедания у сытых мышей. Инактивация этого пути уменьшала компульсивный поиск сахарозы, напоминающий зависимость, но не мешала голодным мышам есть обычную пищу. «Это было захватывающе, потому что у нас есть данные записи, чтобы показать, как происходит это навязчивое стремление к сахару, - говорит Ние, - и мы можем управлять или подавлять только навязчивое поведение, внося очень точные изменения в нейронную цепь».
«Исследователи наркозависимости выдвинули гипотезу о том, что переход от действий к привычкам и принуждению - это путь к формированию зависимости, но где именно и как это происходит в мозгу, остается загадкой», - говорит Тай, который также является доцентом Уайтхеда по развитию карьеры в Отделение мозга и когнитивных наук Массачусетского технологического института. «Теперь у нас есть доказательства того, что этот переход представлен в цепи LH-VTA».
Ние, работая с Мэтьюзом, постдоком в лаборатории Тая, также показал, что нейроны ЛГ посылают в VTA смесь возбуждающих (глутамат) и тормозных (ГАМК) сигналов. Но вопреки ожиданиям, именно тормозные сигналы, а не возбуждающие, вызвали активность кормления у мышей. Когда активировались только проекции ГАМК, мыши вели себя странно, грызли дно клетки и изображали движения, при которых кусочек пищи подносили ко рту и жуя его. (Их накормили, поэтому они не были голодны.) «Мы думаем, что глутаматергические проекции регулируют роль ГАМКергических проекций, управляя тем, что нужно грызть», - говорит Ние. «Оба компонента должны работать вместе, чтобы получать значимые сигналы кормления».
«Это очень важно для этой области, потому что это то, о чем мы не знали раньше, - говорит Бончи, - и имеет потенциал для революционизации того, как мы подходим к лечению от компульсивного переедания».
Исследователи также охарактеризовали гетерогенные нейроны на приемном конце этих проекций в VTA. Каждое подмножество нейронов LH связывается с нейронами, продуцирующими допамин и ГАМК, в VTA. Лаборатория сейчас изучает, как поведение кормления и сахарозы зависит от типа целевого нейрона.
Это исследование было начато в рамках премии New Investigator от 2013 NIH от Tye, с долгосрочной целью создания новой парадигмы лечения ожирения, которая может быть применена к другим нейропсихиатрическим расстройствам. Дополнительное финансирование поступало из нескольких государственных и частных источников, в том числе Nieh's NSF Graduate Research Fellowship, Integrative Neuronal Systems Fellowship и Программы обучения в области нейробиологии обучения и памяти. Этому способствовали также Кара Н. Пресбри, Кристофер А. Леппла, Роми Уичманн, Рэйчел Неве и Крейг П. Уайльдс, все члены Института Пикаве.
Ученые определили нейроны, ответственные за чрезмерное потребление пищи на беспрецедентном уровне детализации
By Анна Азволинский | Январь 29, 2015
Две независимые исследовательские группы определили популяции нейронов в гипоталамусе, которые отвечают за стимуляцию пищи как вознаграждение, но, вероятно, не обязательно стимулировать употребление пищи для выживания. Обе группы опубликовали свои результаты сегодня (январь 29) в Ячейка.
«Это большие статьи, которые начинают определять сложность и гетерогенность [гипоталамуса] и конкретных наборов нейронов, которые могут приводить к драматическим поведенческим результатам», - сказал Ральф ДиЛеон, нейробиолог из Йельского университета, который не участвовал в работе.
Использование оптогенетики, нейробиолог Гаррет Штубер в Университете Северной Каролины, Чапел-Хилл, и его коллеги обнаружили, что активирование ГАМКергических нейронов в латеральном гипоталамусе (ЛГ) привело к тому, что мышей кормили чаще, в то время как ингибирование активности этих нейронов побуждало мышей не употреблять в избытке. Эти нейроны были отличны от других популяций нейронов в ЛГ, ранее замешанных в еде и других поведенческих видах поведения. Когда эти нейроны были генетически удалены, мыши были менее мотивированы, чтобы получить вознаграждение за жидкую калорию. Ученые также визуализировали сигнализацию кальция сотен отдельных ГАМКергических нейронов сразу у свободно движущихся мышей путем имплантации микроэндоскопов в ЛГ и прикрепления миниатюрного флуоресцентного микроскопа к головам животных. Изображения кальция показали различные популяции ГАМКергических нейронов, активных при первом вкусе награды за питание, или когда мыши высунули нос - знак интереса к пище, но редко в течение обоих видов деятельности.
In vivo визуализация кальция позволяет исследователям читать активность нейронов в большем масштабе - в определенных областях мозга, - сказал ДиЛеон. Методика была разработана Лаборатория Марка Шницера в Стэнфордском университете, «Шесть лет назад у нас не было ни одной из этих технологий - генетической абляции, оптогенетики, визуализации in vivo», Пол Филлипс, невролог из Университета Вашингтона, сказал Ученый, «Удивительно видеть, что лаборатория Штубер объединяет их так, чтобы отвечать на важные вопросы нейронауки».
Нейроны ЛГ разнообразны и, как известно, участвуют в поведении, связанным с наградами, таких как еда, питье и секс. Но характеризация различных субпопуляций нейронов в этом мозговом регионе исторически была проблемой. «У нас были результаты электростимуляции более чем через 30 лет, но мы не знали, какие нейроны мы стимулировали, и связаны ли нейроны, связанные с питанием, от ЛГ или тех, которые только что проходят, до тех пор, пока не станут использоваться методы оптогенетики стал доступен », - сказал Рой Мудрый, нейробиолог в Национальном институте по злоупотреблению наркотиками, который не принимал участия в работе.
«В области нейронауки есть возбуждение в области визуализации in vivo, поскольку оно позволяет нам в первый раз изучать закономерности активности в молекулярно определенных субпопуляциях нейронов», - добавил Штубер.
Во втором исследовании, проведенном неврологом MIT Kay Tye, исследователи определили две различные нейрональные популяции в цепи, соединяющей ЛГ и вентральную тегментальную область среднего мозга (ВТА), которая известна своей функцией обработки вознаграждения. По словам соавтора исследования, неизвестно, реагируют ли нейроны в этих проекциях LH-VTA на сам сахар или на процесс получения сахара. Эдвард Них, аспирант в лаборатории Тай. «Теперь мы знаем, что есть субпопуляции нейронов, реагирующих на различные сигналы - извлечение сахара и сахара».
Используя вариации по методу оптогенетики, команда специально ориентировалась только на нейроны в ЛГ, которые ссылаются на VTA. Изучая свободно движущихся мышей, команда обнаружила, что нейроны, соединяющие ЛГ с ВТА, были активированы во время иска о получении сахара, независимо от того, была ли получена награда. Ингибирование этой цепи уменьшало только компульсивное нарушение сахара, а не нормальное поведение кормления - у этих мышей. Стимулирование только ГАМКергических нейронов в этой цепи вызывало необычное поведение: животные грызли пол или пустое пространство в своих клетках, когда пищи не было. И стимулирование этих нейронов также привело к классическому компульсивному поведению преодоления карательных электрических шоков - чтобы получить награду за сахар и усилить навязчивое переедание.
«Мы можем уменьшить навязчивую сахарозу, но не повлиять на их нормальное питание», - сказал Них. «Это важно, потому что для лечения компульсивного пищевого поведения мы хотим остановить нездоровые части еды и сохранить нормальную еду без изменений».
«Существует явное применение расстройств питания и, возможно, злоупотребления наркотиками и азартных игр, поскольку это может быть общий путь, который активирует такие виды поведения», - сказал Филлипс.
В электронном письме Ученый, Тай сказал, что ее лаборатория теперь работает над тем, чтобы лучше определить нейронную подпись для жажды, которая может быть обнаружена в режиме реального времени, для разработки вмешательств, чтобы прекратить компульсивное переедание и другие привыкание к поведению до их начала.
JH Jennings и др., «Визуализация динамики гипоталамической сети для аппетитного и долговременного поведения», Ячейка, doi.org/10.1016/j.cell.2014.12.026, 2015.
EH Nieh et al., «Декодирование нейронных цепей, контролирующих компульсивную сахарозу», Cell, doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.003, 2015.
;