Imaging ya upangilio wa magonjwa ya manganese kwa ramani ya utaratibu wa utendaji mzima wa ubongo unaohusishwa na ulaji wa vitafunio vya panya kwenye panya za libitum (2013)

kuanzishwa

Hyperphagia, ambayo inahusishwa na caloric hyperalimentation, kwa kiasi kikubwa inachangia ukuaji wa ugonjwa wa kunona sana na shida zinazohusiana na fetma katika jamii za viwandani. [1]. Wakati hyperphagia ya homeostatic inasababishwa na usumbufu wa mfumo wa nyumbani ambao unasimamia njaa na satiety, hyperphagia ya hedonic badala ya uhuru kutoka satiety [1]. Mifumo, hata hivyo, ambayo inadhibiti kanuni za kisaikolojia za ulaji wa njaa na chakula hazijaelezewa kabisa. Chini ya hali fulani, ulaji wa chakula unaweza kuamsha mfumo wa ujira wa ubongo kwa njia ambayo inazidhibiti udhibiti wa hamu ya hamu ya chakula [2]. Hyperphagia inayosababishwa inaathiriwa na mambo kadhaa kama vile hali ya kihemko ya watumiaji, hali ya afya ya akili au kunyimwa usingizi. [1]. Kwa kuongeza, muundo wa chakula wa Masi na wiani wa nishati huonekana kuwa sababu muhimu katika inderic hyperphagia. Imeandikwa vizuri kuwa "chakula bora" kinaweza kuleta shinikizo kwa wanadamu na wanyama [3], [4]. Kuumwa sehemu za kula kwa wanadamu, kwa mfano, mara nyingi huhusisha chakula kilicho na mafuta au sukari, au zote mbili [5].

Ulaji wa chakula katika hali ya njaa husababisha sana mfumo tata wa ujira katika ubongo pamoja na mkusanyiko wa kiini na pallidum ya ventral katika eneo la ndani ya eneo, eneo la sehemu ya katikati mwa tumbo, kortini ya mbele, hippocampus na amygdala [6]. Njia hizi za uanzishaji zinaweza kuhusishwa sana na kutolewa kwa dopamine, kwa mfano katika mkusanyiko wa kiini au dorsal striatum [7], [8], [9], michakato ambayo pia imeamilishwa katika madawa ya kulevya [10]. Katika hali ya majumbani, hata hivyo, ishara za satiety husababisha miundo ya ubongo kama vile mfumo wa ubongo wa patia, hypothalamus, haswa kiini cha arcuate, au kiini cha trekta ya kutu, ambayo hupunguza ulaji wa chakula, kwa mfano kwa kupunguza thamani yake ya malipo [6], [11]. Ilibainika kuwa aina fulani za chakula, kama vile chakula cha mafuta mengi au kahawa, huchochea kuongezeka kwa chakula na / au ulaji wa nishati inayoongoza mwishowe kwa kunona sana. Ad libitum kulishwa panya, kwa mfano, ambayo ilikuwa imezuia upatikanaji wa chakula cha mkahawa, ilikuza tabia ya kulisha-kama wakati wa kupikia [10]. Kwa hivyo, inaweza kushadidishwa kuwa sehemu zingine za chakula zinaweza kuzidisha kanuni za satiety na kusababisha kumeza kwa chakula bila njaa.

Inafurahisha, ilionyeshwa kuwa katika panya, ongezeko la kwanza la mafuta yaliyosababishwa na ulaji wa chakula na kalori hulipwa fidia baada ya kipindi cha wiki mbili. [12]. Kwa hivyo, ilipendekezwa kuwa ulaji sugu wa lishe yenye mafuta mengi hupunguza athari yenye thawabu ya chakula, na hivyo kusababisha utenganisho wa muundo wa kulisha ambao hatimaye husababisha uzani [13].

Ili kukabiliana na hyperphagia ya hedonic kama mtu anayechangia kunenepa sana katika jamii za viwandani na athari zake kwa mfumo wa utunzaji wa afya, ni muhimu kuelewa michakato ya ubongo ambayo husababishwa na aina fulani za chakula kinachohusiana na sehemu za kula-hedonic. Matumizi ya mbinu zisizo za uvamizi za mawazo yote ya ubongo kama vile kufikiria kwa nguvu ya uchunguzi wa nguvu ya macho (MRI) kwa kuchambua ushawishi wa ulaji wa chakula kwenye shughuli za ubongo ni mdogo katika njia yake ya classical, ya uhamasishaji na ulinganifu muhimu wa ulaji wa chakula na MRI. Kuangalia athari za muda mrefu kwenye shughuli za ubongo, MRI-iliyoimarishwa ya manganese imeajiriwa. Manganese ya tofauti hujilimbikiza katika miundo ya ubongo iliyowezeshwa na inaonyesha hatua muhimu ya shughuli za neva [14], [15], [16]. MEMRI inaruhusu utaftaji wa uchambuzi wa shughuli za ubongo kutoka kipimo cha MRI. Kwa kusudi hili, MnCl₂ inaingizwa kabla ya kipimo cha MRI. Manganese ions (Mn²⁺) kuwa na radius sawa ionic na malipo sawa na ioni za kalsiamu (Ca²⁺). Kwa hivyo, Mn²⁺ husafirishwa kupitia njia zenye voltage ya kalisi iliyoshonwa kwenye seli zinazofaa. Tofauti na Ca²⁺, hata hivyo, Mn²⁺ hujilimbikiza kwenye seli sawasawa kwa shughuli zao na zinaweza kurekodiwa baadaye na MRI kwa sababu ya tabia yake ya paramagnetic. Kwa hivyo, shughuli za ubongo zinazohusiana na matukio ambayo yalifanyika hadi siku kadhaa kabla kipimo cha MRI kinaweza kurekodiwa. Kwa hivyo, faida kuu ya mbinu hii ni uwezekano wa kutenganisha kichocheo (kulisha) na kipimo cha MRI. Kwa kuongeza, Mn²⁺ inaweza kuhamishwa kwa usafirishaji wa axonal kwenda kwa maeneo mengine ya ubongo. Drawback kuu ya Mn²⁺, hata hivyo, ni cytotoxicity yake, ambayo inaweza kuathiri sana tabia ya asili na kupunguza matumizi katika masomo ya tabia. Ilionyeshwa kuwa sindano ndogo ya MnCl₂ kwa viwango vya kutosha kwa uchambuzi wa MRI kulisababisha kupungua kwa kuendelea kwa utendaji wa magari na ulaji wa chakula na pia kwa kupoteza uzito [17]. Hivi majuzi, pampu za osmotic zilianzishwa kwa masomo ya MEMRI. MnCl₂ inasimamiwa na pampu za osmotic, ambayo polepole na kwa kuendelea kutolewa suluhisho kwa muda wa siku hadi siku saba kuzuia athari mbaya kwa shughuli za magari, lakini kutoa mkusanyiko wa kutosha wa manganese kwa uchambuzi wa MRI [17].

Utafiti uliopo ulijaribu utumiaji wa uchambuzi wa msaada wa pampu uliosababishwa na osmotic kushughulikia shughuli zote za ubongo zinazohusiana na ulaji wa chakula. Njia hiyo ilitumika kwa kufunua mifumo maalum ya uanzishaji wa ubongo wa ulaji wa chip ya viazi katika panya zilizolishwa za ad.

Vifaa na mbinu

1. Kauli ya Maadili

Utafiti huu ulifanywa kwa mujibu wa maagizo ya Mwongozo wa Utunzaji na Matumizi ya Wanyama wa Maabara ya Taasisi za Kitaifa za Afya. Itifaki hiyo ilipitishwa na Kamati ya Maadili ya Vita vya Wanyama ya Chuo Kikuu cha Erlangen-Nuremberg (Regierung Mittelfranken, Idadi ya Idhini: 54-2532.1-28 / 12). Majaribio yote ya upasuaji na MRI yalifanywa chini ya anesthesia ya isoflurane, na juhudi zote zilifanywa kupunguza mateso.

2. Ubunifu wa Majaribio na Uchambuzi wa Tabia

Panya za Wistar wa kiume (uzito wa awali 257 ± 21 g, iliyohifadhiwa kwenye mzunguko wa 12 / 12 h giza / mwanga, ilinunuliwa kutoka kwa Charles River, Sulzfeld, Ujerumani) ziligawanywa kwa nasibu kwa vikundi viwili (ngome nne kwa kundi, wanyama wanne kwa ngome). Kila kundi lilipokea moja ya vyakula tofauti vya ziada kwenye pellets zao za kawaida (Altromin 1326, Altromin, Lage, Germany). Kikundi cha vyakula vya vitafunio (n = 16, uzani wa awali wa 258 ± 28 g) ilipokea viazi vya viazi (biashara isiyokaliwa ya viazi zilizochumishwa chumvi bila misombo ya ladha au kichocheo cha ladha, haswa hakuna glutamate ya monosodium, iliyoangamizwa na processor ya chakula) na kikundi cha kawaida cha chow (Uzito wa mwili wa awali 256 ± 21 g) ilipokea kiwango cha kawaida cha poda (Altromin 1321, n = 16), mtawaliwa. Pellets za kawaida za chow zilitolewa kwa tangazo kwa kipindi chote cha masomo, chakula cha majaribio (tamu za viazi zilizokaushwa au kiwango cha unga, kwa mtiririko huo), zilitolewa kwa matangazo wakati wa awamu ya mafunzo na hatua ya manganese kwa pellets za kawaida (tazama. Kielelezo 1 kwa muundo wa majaribio). Kwa mafunzo, vyakula vya jaribio viliwasilishwa katika magawa mawili ya chakula kilicho na chakula cha kufanana na upande wa kushoto wa ngome kwa muda wa siku saba (awamu ya mafunzo), ikifuatiwa na siku saba za kati (awamu ya kati) bila vyakula vya mtihani. Baadaye, pampu za osmotic zilizojazwa na kloridi ya manganese (MnCl₂, angalia hapa chini kwa maelezo) ziliingizwa. Kwa kipindi cha sindano ya matone (siku saba, kikundi cha kawaida chow: 163 ± 5 h, kikundi cha chakula cha vitafunio 166 ± 4 h) na mkusanyiko wa MnCl₂ kwenye ubongo wa panya (sehemu ya manganese) wanyama walikuwa na ufikiaji wa tangazo la kula kwa chakula cha majaribio kutoka kwa awamu ya mafunzo. Kwa kuwa viwango vya kawaida vya maji na maji ya bomba yalipatikana kwa matangazo wakati wote wa masomo, wanyama hawakufungwa wakati wowote wakati wa masomo. Miundo ya ubongo inayofanya kazi ilibuliwa na MEMRI baada ya kipindi hiki cha MnCl₂ utawala_. Wakati wa awamu tofauti, kiasi cha chakula kilichoingizwa kilipimwa kwa kupima tofauti za watoaji wa chakula mara mbili kwa siku. Ulaji wa nishati imedhamiriwa kwa kuzidisha maadili ya caloric ya vyakula vya mtihani na viwango vilivyoingizwa. Ulaji wa chakula ulihusiana vyema na uzani wa mwili wa awali wa panya. Walakini, uunganisho huo ulikuwa sawa kwa aina zote mbili za chakula cha jaribio na usambazaji wa uzani wa mwili wa kwanza haukutofautiana sana kati ya vikundi vyote viwili.

Shusha:

• Ppt

  Slide ya PowerPoint

• PNG

  picha kubwa (521KB)

• TIFF

  picha ya awali (790KB)

Kielelezo 1. Somo la kujifunza.

Kwa muhtasari juu ya muundo wa utafiti wa kuangalia ushawishi wa utungaji wa chakula kwenye mifumo yote ya shughuli za ubongo na fikira za kuongezewa zenye nguvu za manganese.

toa: 10.1371 / journal.pone.0055354.g001

Kwa kuongezea, shughuli ya locomotor inayohusishwa na vyakula vya jaribio ilifafanuliwa na tathmini ya picha zilizorekodiwa na wavuti zilizo juu ya mabwawa (picha moja kwa sekunde kumi) kupitia "hesabu" zilizofafanuliwa. "Hesabu" moja ilifafanuliwa kama "panya moja inaonyesha shughuli za injini karibu na watoaji wa chakula kwenye picha moja". Mtihani wa mwanafunzi ulitumiwa kutathmini tofauti kubwa katika shughuli za panya katika panya kwenye vikundi tofauti wakati wa 24 h kwa siku na mapipa ya saa moja kwa siku zaidi ya siku saba kama njia ya ngome nne (wanyama wa 16) kwa kila kikundi.

3. Matayarisho na Uingizwaji wa Bomba la Osmotic

Pampu za mini-osmotic (Alzet ®, mfano 2001, Durect Corporation, Cupertino, CA, USA) zilitumika kwa matumizi ya wakala wa tofauti (200 µL ya suluhisho la 1 M la MnCl₂, kwa baiolojia ya Masi, BioReagent, Sigma Aldrich, Schnelldorf, Ujerumani) kulingana na [17]. Kwa matumizi katika MRI, msimamizi wa mtiririko wa chuma cha pua alibadilishwa na neli ndogo ya matibabu ya PeEK ™ (Bidhaa za kisayansi, Jiji la Ziwa la Havasu, AZ, USA). Pampu za osmotic zilizojazwa zilifanywa katika saline ya isotonic kwa 12 h iliyotangulia kuingizwa. Wakati wa sindano ya matone ya siku saba, MnCl₂ ilitolewa kwa kiwango cha mtiririko wa 1 µL h^-1.

Mchana wa siku ya kwanza ya awamu ya manganese (tazama Kielelezo 1), pampu za osmotic ziliingizwa. Kwa kusudi hili, wanyama walisimamishwa kwa muda mwingi wa dakika ya 15 na isoflurane (mwanzoni 5% na matengenezo ya 1.5%, Baxter Deutschland, Unterschleißheim, Ujerumani) katika hewa ya matibabu na pampu zilizojazwa ziliingizwa kwenye tishu za dorsal subcutaneous. Baadaye, kata ndogo ilifungwa na gundi ya tishu (Histoacryl ®, B. Braun Petzold, Melsungen, Ujerumani).

4. Upimaji wa MRI

Baada ya siku saba za awamu ya manganese, MRIs zilirekodiwa. Wanyama hao hawakuhusika na isoflurane (awali 5% katika hewa ya matibabu) 163 ± 5 h (kiwango cha kikundi cha kundi) na 166 ± 4 h (kikundi cha chakula cha vitafunio) baada ya kuingizwa kwa pampu za osmotic. Anesthesia ilidumu kwa kiwango cha juu cha dakika 50 kwa kila mnyama. Baada ya kujiingiza kwa anesthesia, wanyama waliwekwa kwenye utando ndani ya seli ya magnetic resonance (Bruker BioSpec 47 / 40, 200 mT / m, coilrature ya uso wa ubongo wa quadrature). Joto la mwili wa wanyama lilikuwa likihifadhiwa kila wakati katika 37 ° C na maji ya joto yanayozunguka kwenye utoto. Marekebisho ya kichwa cha panya na anesthesia inayoendelea ya isoflurane ilihakikishwa na "mask ya mdomo wa pua" moja kwa moja chini ya coil. Kazi muhimu za wanyama zilizingatiwa wakati wa kipimo kupitia sensor ya kupumua iliyowekwa chini ya kifua cha panya. Ili kuweka kiwango cha kupumua kila wakati karibu dakika ya 60^-1, mkusanyiko wa isoflurane ulirekebishwa katika safu kati ya 1% na 2%.

Vipimo vilifanywa kwa kutumia mlolongo uliobadilishwa wa kusawazisha wa aina ya Fourier change (MDEFT): wakati wa kurudisha 4 s, echo wakati 5.2 ms, wakati wa inversion 1000 ms, na sehemu nne na matoleo ya kupatikana ya 256 x 128 × 32, matrix ujenzi tena baada ya sifuri kujaza 256 x 256 × 64 na azimio la 109 × 109 × 440 µm, uwanja wa maoni 27.90 x 27.90 × 28.16 mm na wastani wa mbili husababisha kipimo cha muda wa dakika ya 17 kurudiwa mara mbili.

5. Usindikaji wa data

Usajili wa Picha na 5.1.

Kuchunguza tofauti katika anatomy / kazi ya ubongo, seti zote za data zilibidi zihamishwe kwa mfumo wa kawaida wa kuratibu. Lengo lilikuwa mechi ya anatomy bila kuondoa tofauti zinazofaa. Hii ilifanikiwa kwa kutumia mfumo usio wa ki-parametric, usio na ugumu, ambao ulihesabu uwanja wa mabadiliko kwa kiasi cha template T, unaonyesha vector ya kutafsiri kwa kila voxel kwa njia ambayo kufanana kwa kiasi cha template iliyoharibika kwa kiwango cha kumbukumbu R ilikuwa kubwa.

Njia ya usajili iliboresha nguvu inayofanya kazi inayojumuisha muda wa data kupima kufanana kwa seti mbili za data chini ya mabadiliko ya sasa (hapa habari ya kuheshimiana), na muhula wa muda wa kuzuia upungufu ulioruhusiwa. Kwa upande wetu, laini ya dhihirisho ilihakikishwa na utaratibu wa mzunguko wa uwanja, kama ilivyotambuliwa [18]. Usajili ulifanyika kwa kutumia utekelezaji wa kawaida wa vifaa vya usajili visivyo ngumu [19].

Kwanza, seti zote za kundi moja zilikuwa hazijakamilika kusajiliwa kwa kiasi cha kumbukumbu cha kuchaguliwa kwa nasibu ya kikundi hicho, na kiwango cha wastani cha hekima na kiwango cha mahesabu kilihesabiwa. Baadaye, hesabu zote za wastani wenye busara za kikundi zilisajiliwa baadaye kwa moja ya idadi, na uwanja uliowekwa wa deformation uliotumika kwa kiwango cha tofauti ya busara ya kikundi. Mwishowe, jumla ya kiwango cha wastani na kiasi cha kuhesabiwa kilihesabiwa. Kwa uchambuzi wa morxometric-based morphometric (VBM), kwa kiasi kikubwa (takwimu-t) maeneo tofauti ya ubongo ulioamilishwa kati ya vikundi viwili vya chakula inaweza kuamua. Kutumia takwimu za voxelwise kwenye seti za data zilizosajiliwa pia kuruhusiwa kufuta tofauti za tishu kwenye picha, ambazo zilikuwa sawa katika vikundi vyote viwili.

Usindikaji wa thamani ya Grey ya 5.2 kwa uchambuzi maalum wa muundo.

Mchanganuo wa thamani ya kijivu kulingana na seti hizi zilizosajiliwa za data ulifanywa huko MagnAN (BioCom GbR, Uttenreuth, Germany). Usajili unaotokana na uso ulirekebisha kila kijusi cha bei ya kijivu cha MEMRI kwa ateri ya ubongo wa dijiti [20]. Ifuatayo, kulipa fidia kwa tofauti za sura ndogo ya mtu binafsi, slaidi za atlas zilikuwa zimerekebishwa vizuri na kipande kwa kila daftari iliyoongozwa na maelezo ya ubongo na mfumo wa ventrikali. Jalada la dijiti lilikuwa na 166 iliyochaguliwa miundo tofauti ya ubongo. Sehemu ya eneo la kutolea taka (VTA) ni moja wapo ya miundo midogo iliyotathminiwa, lakini ina athari kubwa kwa matokeo yaliyopatikana. Inayo kiasi cha 0.7914 mm³ kwa hemisphere, yaani saizi za 152. Katika kila upeo wa nafasi ya anga, VTA ilipigwa sampuli na saizi zaidi ya 4. Kwa hivyo, athari za kiasi kidogo, ambazo zinaweza kusababisha shida kubwa katika uchambuzi wetu, zinaweza kuepukwa. Thamani ya kijivu ya maana ya mikoa hii imedhamiriwa kwa seti za data za mtu binafsi. Kwa kurekebishwa kwa maadili ya kijivu ya kila mtu, alama za z zilihesabiwa kwa kugawa tofauti kati ya thamani ya kijivu ya kila muundo mmoja wa ubongo na maana ya kijivu ya muundo wa muundo wote wa atlas kwa kupotoka kwa kiwango cha maadili ya kijivu ya muundo wote wa atlas. Mtihani wa mwanafunzi ulitumiwa kutathmini tofauti kubwa za miundo ya ubongo kati ya vikundi viwili tofauti. Njia ya uchanganuzi wa pamoja iliruhusu kupata maeneo anuwai (VBM) na shughuli ya juu- na kuteremka ndani ya maeneo yanayolingana ya mkoa (mkoa msingi).

Matokeo na majadiliano

1. Athari za Chakula cha Vitafunio (Chips Chips) Lishe juu ya ulaji wa kalori na shughuli za locomotor

Utafiti uliopo ulichunguza mifumo maalum ya shughuli za ubongo inayohusiana na ulaji wa chakula cha vitafunio (chipsi za viazi) ukilinganisha na kiwango cha kawaida. Shughuli ya ubongo inayohusiana na ulaji wa chakula fulani cha jaribio ilirekodiwa na MEMRI, ambayo iliruhusu kuingiza shughuli za ubongo kwa kipindi cha siku saba za ulaji wa chakula (Kielelezo 1).

Kwa kuongeza, ulaji wa chakula na shughuli za locomotor zinazotegemea chakula cha jaribio zilirekodiwa. Wakati wa awamu ya mafunzo, panya zilizotiwa chakula na kiwango cha kawaida zilionyesha shughuli za chini kuliko panya hulishwa na chips za viazi, haswa katika kipindi cha giza cha 12 / 12 h giza / mzunguko wa taa. Ulaji wa chip ya viazi ilichochea shughuli za hali ya juu na tofauti kubwa kwa 10 nje ya vituo vya 24 kwenye awamu ya mafunzo (Kielelezo 2A).

Shusha:

• Ppt

  Slide ya PowerPoint

• PNG

  picha kubwa (722KB)

• TIFF

  picha ya awali (1.08MB)

Kielelezo 2. Kulisha shughuli zinazohusiana na locomotor wakati wa upatikanaji wa chakula cha vitafunio (chipsi za viazi) au kawaida standard.

Kulisha shughuli zinazohusiana na tabia ya panya wakati wa upatikanaji wa chakula cha mkate (chipsi za viazi) au kawaida standard katika awamu ya mafunzo (A) na awamu ya manganese wakati wa MnCl₂ maombi (B). Takwimu zinawasilishwa kama maana ya wanyama 16 zaidi ya 7 d kwa kikundi. *** p <0.001, ** p <0.01, p * <0.05.

toa: 10.1371 / journal.pone.0055354.g002

2. Utumiaji wa MEMRI ya Bomba ya Osmotic kwa Uchambuzi wa Sampuli za Shughuli ya ubongo inayohusiana na Lishe

Kwa uchambuzi wa mifumo ya ubongo inayotumika, pampu ya osmotic iliyosaidiwa ilitumika. Ambapo dozi moja ya MnCl₂ ilisababisha mkusanyiko wa kiwango cha juu cha 24 h baada ya sindano, mkusanyiko wa manganese kwenye ubongo kupitia pampu za osmotic zilifikia jiko baada ya siku tatu [17]. Mkusanyiko uliopatikana wa Mn²⁺ ilitosha kwa ramani ya kufanya kazi kusababisha upeanaji sawa wa ishara-kwa-kelele kama ilivyopatikana na sindano ya kipimo cha MnCl moja.₂, lakini shughuli ya gari haikuathiriwa chini ya masharti haya [17]. Tofauti kwa jumla Mn²⁺ usambazaji kwa sababu ya upenyezaji tofauti wa miundo ya ubongo kwa Mn²⁺ inapaswa kuwa sawa katika vikundi vyote viwili. Tofauti za Z-Score kati ya vikundi zilitumika kutathmini shughuli za ubongo zinazohusiana na chakula badala ya maadili kamili ya z-alama. Kwa hivyo, maeneo ya ubongo ambayo yalikuwa yakifanya kazi katika kipindi cha siku saba cha sehemu ya manganese yanaweza kurekodiwa na kipimo cha MRI moja (Kielelezo 1). Kwa upande wetu, pampu ya osmotic ilisaidia MEMRI kutoa maoni kamili ya shughuli za ubongo zilizoleza chakula.

Utafiti uliyorekodi umepunguza jumla ya shughuli za magari wakati wa awamu ya manganese ukilinganisha na hatua ya mafunzo (Kielelezo 2B). Hii inaweza kuwa ni kwa sababu ya kuingizwa na dhiki inayohusiana, cytotoxity ya manganese au athari za makazi juu ya chakula cha mtihani. Walakini, panya zilizopikwa na viazi viazi zilionyeshwa wazi shughuli za hali ya juu ikilinganishwa na udhibiti na shughuli zilizoongezeka kwa viwango vinne. Tabia hii ilikuwa sawa na hatua ya mafunzo. Vinginevyo, kiasi cha chakula kilichoingizwa hakijabadilishwa sana wakati wa sehemu ya manganese ikilinganishwa na hatua ya mafunzo kuhusu mwangaza wa 12 h na mzunguko wa giza wa 12 h. Ulaji ulioongezeka wa chakula cha vitafunio wakati wa mzunguko wa giza wa 12 h ukilinganisha na kiwango cha kawaida katika mafunzo na hatua ya manganese iligunduliwa (Kielelezo 3A). Hii ilisababisha ulaji mkubwa wa nishati kupitia chipsi za viazi ukilinganisha na kiwango cha kawaida. Tofauti hiyo haikuwa muhimu wakati wa mwangaza wa 12 h, lakini ilikuwa muhimu sana wakati wa 12 h kipindi cha giza wakati wa awamu ya mafunzo na awamu ya manganese (Kielelezo 3B). Kwa hivyo, ilihitimishwa kuwa MnCl₂ Usimamizi na pampu za osmotic ni njia inayofaa kwa muundo wa shughuli za ramani kwenye ubongo maalum kwa vyakula tofauti vilivyoingizwa.

Shusha:

• Ppt

  Slide ya PowerPoint

• PNG

  picha kubwa (908KB)

• TIFF

  picha ya awali (1.39MB)

Kielelezo 3. Ulaji wa chakula na nishati kupitia chakula cha vitafunio (chipsi za viazi) na kawaida chow.

Chakula (A) na nishati (B) ulaji kupitia chakula cha vitafunio (SF, viazi vya viazi) na kawaida chow (STD) kwenye ad libitum kulishwa panya kwenye awamu ya mafunzo (TP) kabla na kwa awamu ya manganese (MnPl) wakati wa MnCl₂ kuingilia pampu kwa muda wa 7 d. Ulaji wa chakula kwa saa uliamuliwa na uzani wa tofauti, ulaji wa nishati kwa kuzidisha kiwango cha chakula kilichomezwa na yaliyomo kwenye nishati kando wakati wa mwangaza wa 12 h na mzunguko wa giza wa 12 h. Maana ya ± SD ya wanyama 16 katika kila kikundi imeonyeshwa. *** p <0.001, ** p <0.01, p * <0.05, ns sio muhimu.

toa: 10.1371 / journal.pone.0055354.g003

Baada ya kuhalalisha alama za z, data za picha zilichambuliwa kwa upande mmoja na njia ya VBM, ambayo ilisababisha - data inayosababishwa - katika maeneo tofauti ya ubongo (Kielelezo 4). Kwa upande mwingine, uchambuzi wa ziada wa msingi wa mkoa kwa kutumia ateri ya dijiti ulifanya iweze kuamua up- na usanifu wa kila muundo wa ateri uliowekwa.

Shusha:

• Ppt

  Slide ya PowerPoint

• PNG

  picha kubwa (1.83MB)

• TIFF

  picha ya awali (2.08MB)

Kielelezo 4. Mkusanyiko mkubwa wa manganese katika ubongo kuhusiana na chakula cha kawaida au chakula cha vitafunio (turubau ya viazi).

Katika (A) maelezo ya jumla ya kipande cha wastani wa muundo uliobadilishwa wa kusawazisha wenye usawa wa Bahati ya nne (MDEFT) na kitengo kinacholingana cha (Bregma −5.28 mm) kutoka kwa eneo la Paxinos imeonyeshwa na moja ya mikoa ndogo iliyochambuliwa (VTA) iliyowekwa alama kwa manjano. Sehemu (B), (C) na (D) zinaonyesha mkusanyiko tofauti wa manganese kwenye ubongo wa ad libitum kulishwa panya na ufikiaji wa kawaida wa chow (STD) au chakula cha vitafunio (SF, chips za viazi) zilizorekodiwa na MEMRI. Sehemu za ubongo zilizo na shughuli kubwa zaidi kwa sababu ya ulaji wa chakula cha wastani wakati wa ulaji wa chakula wastani zimewekwa alama nyekundu, maeneo ya ubongo ambayo ilionyesha shughuli kubwa sana baada ya ulaji wa kawaida wa wastani wa chakula kulinganisha na ulaji wa chakula kilichowekwa alama kwa rangi ya samawati. . Takwimu zilichakatwa na uchambuzi wa takwimu wa voxelwise. Matokeo yanaonyeshwa kwa mtazamo wa axial (B), usawa (C) na sagital (D).

toa: 10.1371 / journal.pone.0055354.g004

Alama tofauti za z ziligunduliwa katika maeneo ya ubongo wa 80 wakati chakula cha kawaida na chakula cha vitafunio (chips za viazi) zililinganishwa (Majedwali 1, 2, 3, 4). Kwa jumla, mikakati yote miwili ya uchambuzi wa data ilisababisha matokeo kulinganishwa. Utaftaji wa MEMRI tofauti ya miundo inayofaa zaidi ya ubongo baada ya ulaji wa chipsi za viazi ikilinganishwa na kiwango cha kawaida huonyeshwa kwa muundo wa ubongo uliochaguliwa (Kielelezo 5).

Shusha:

• Ppt

  Slide ya PowerPoint

• PNG

  picha kubwa (2.14MB)

• TIFF

  picha ya awali (2.69MB)

Kielelezo 5. Tofauti za uanzishaji zinazohusiana na chakula cha vitafunio (turubau ya viazi) dhidi ya kiwango cha kawaida katika muundo wa ubongo wa mwakilishi.

Takwimu za tofauti za uanzishaji kwa sababu ya ulaji wa chakula cha vitafunio (viazi vya viazi) dhidi ya chow ya kawaida katika miundo ya ubongo ya mwakilishi wa mzunguko wa magari (caudate putamen: CPu), mfumo wa limbic (cingate cortex: CgCx), mfumo wa malipo (mkoa wa ganda ya mkusanyiko wa kiini: AcbSh, mkoa wa msingi wa kiini accumbens: AcbC) na densi ya kulala / kuamka (viini vya tegmental: Teg) iliyoonyeshwa kwenye safu ya kushoto kulingana na atlasi ya kumbukumbu. Safu ya kati inaonyesha tofauti kubwa ya uchambuzi wa VBM uliofunikwa kwa kiwango sawa cha T2 chenye uzito wa anatomy ya MRI na lebo za atlasi. Safu wima ya kulia inaonyesha mabadiliko ya sehemu ya chakula cha vitafunio kwa chow v wastani (maadili ya kijivu ya MEMRI) *** p <0.001, ** p <0.01.

toa: 10.1371 / journal.pone.0055354.g005

Shusha:

• Ppt

  Slide ya PowerPoint

• PNG

  picha kubwa (70KB)

• TIFF

  picha ya awali (291KB)

Jedwali 1. Mkusanyiko wa manganese katika miundo ya ubongo inayohusiana na ulaji wa chakula.

toa: 10.1371 / journal.pone.0055354.t001

Shusha:

• Ppt

  Slide ya PowerPoint

• PNG

  picha kubwa (142KB)

• TIFF

  picha ya awali (586KB)

Jedwali 2. Mkusanyiko wa Manganese katika miundo ya ubongo inayohusiana na thawabu na ulevi.

toa: 10.1371 / journal.pone.0055354.t002

Shusha:

• Ppt

  Slide ya PowerPoint

• PNG

  picha kubwa (77KB)

• TIFF

  picha ya awali (315KB)

Jedwali 3. Mkusanyiko wa manganese katika miundo ya ubongo inayohusiana na kulala.

toa: 10.1371 / journal.pone.0055354.t003

Shusha:

• Ppt

  Slide ya PowerPoint

• PNG

  picha kubwa (51KB)

• TIFF

  picha ya awali (124KB)

Jedwali 4. Mkusanyiko wa manganese katika miundo ya ubongo inayohusiana na shughuli za locomotor.

toa: 10.1371 / journal.pone.0055354.t004

Ubora wa mwisho wa usajili unaonyeshwa Kielelezo 4A na Kielelezo 5.

3. Ushawishi wa Chakula cha Vitafunio (Chips Chips) ulaji kwenye Mizunguko wa Thawabu na Satiety

Katika utafiti wa sasa, kumeza kwa viazi chips ilisababisha mabadiliko anuwai ya shughuli maalum, ambayo ni muhtasari katika Majedwali 1, 2, 3, 4. Shughuli iliyoongezeka sana ilipatikana kwa msingi na ganda la mkusanyiko wa nukta (kulia na kushoto) (R + L), cyral globus pallidus (R + L), na dorsomedial hypothalamus (R) na anterior paraventricular thalamic nucleus. Wakati huo huo, nuksi ya arcuate (L) na kiini cha seli ya seli ya uti wa mgongo (R), ilichomeshwa kwa panya ambalo lilimeza chips za viazi ikilinganishwa na wanyama wanaolishwa kwenye chow kawaida. Njia kuu za kudhibiti ulaji wa chakula na hamu ya chakula zilifupishwa hivi karibuni na Harrold et al. na Kenny [4], [21]: kanuni ya nyumbani ya ulaji wa chakula husababishwa na ishara zinazoonyesha upungufu wa nishati [21]. Ulaji wa chakula cha hedonic, kwa upande wake, inaonekana kuwa inaendeshwa na uanzishaji wa mifumo ya ujira inayopindisha ulaji wa nyumbani wa ulaji wa chakula [21].

Inus ya trekta solusus inawajibika katika kusindika ishara za pembeni zinazoonyesha ulaji wa chakula unaoendelea, kama vile umbali wa tumbo au viwango vya sukari ya portal-vein kusababisha utengamano wa maeneo ya ubongo, kama vile mkusanyiko wa nuksi, mwishowe hupelekea upungufu wa ulaji wa nishati. [4], [22]. Uvumbuzi wa kiini cha trakisi ya kiini cha nuru na "chakula bora" inaweza kupatanishwa na unyeti uliopungua wa eneo hili la ubongo kuelekea homoni zinazohusiana na tumbo la tumbo. [4]. Sawa na kiini cha treksi ya kiini cha seli, arcuate hypothalamic kiini imeamilishwa na ishara za pembeni zinazoonyesha hali ya lishe. Imeunganishwa na maeneo mengine ya ubongo, kama vile kiini cha paraventral na kiini cha dothomedial hypothalamic, ambazo zote zinadhibiti ulaji wa chakula [21], [23], [24]. Kwa hivyo, inaweza kuzingatiwa kuwa mabadiliko ya shughuli ya kiini cha njia ya kiini cha seli ya uti wa mgongo, kiini cha arcuate, hypothalamus ya dorsomedial na anterior ya tegemeo ya nuru ya nyumba, ambayo ilizingatiwa katika utafiti huu, inaonyesha udhihirisho wa mizunguko kuu ya satiety, ambayo hatimaye inasababisha ulaji wa kalori inayozidi hitaji la nishati.

Kwa kuongeza, uanzishaji hodari wa mkusanyiko wa nukta unaohusiana na ulaji wa chip ya viazi umezingatiwa. Mkusanyiko wa kiini ni muundo muhimu wa mfumo wa thawabu, ambayo inamilishwa, kwa mfano, na dawa za kuridhisha [9]. Katika muktadha wa ulaji wa chakula, uanzishaji wa mkusanyiko wa kiini husababisha ishara ya kuvutia ulaji wa chakula cha hedonic. Kwa kuongezea, uhamishaji ulioongezeka sana juu ya utumiaji wa chipsi za viazi ulirekodiwa katika maeneo yaliyotangazwa na mifumo ya ujira wa kawaida au ulevi, ambayo ni gombo la mwanzo (R + L) [25], [26], subiculum dorsal (R + L) [27], kiini cha kitanda cha stria terminalis (L) [28], mediodorsal thalamus (R + L) [26], [29], cingates cortex (R + L) [26], caudate / putamen (stralatum ya ndani) (R + L) [26] na kingo ya insular (R + L) [30]. Mediodorsal thalamus na insort cortex pia zimehusishwa na olfaction au ujumuishaji wa olapyory na pembejeo zingine za hisia. [31]. Caudate na insula pia huhusishwa na madawa ya kulevya- kama vile tamaa ya chakula [32]. Miundo zaidi ya ubongo, ambayo imehusishwa na thawabu na ulevi, ilionyesha shughuli ya chini sana baada ya ulaji wa chakula cha mkate wa kaanga ikilinganishwa na kiwango cha kawaida: raphe [33], kiini cha kuingiliana [34], eneo lenye sehemu ndogo (R + L) [35], [36], na subiculum ndogo ndogo (R + L) [37].

Matokeo haya yanaonyesha kuwa matumizi ya chipsi za viazi inahusiana na uanzishaji wa mizunguko ya malipo ya hedon na, sambamba, kwa uvumbuzi wa mizunguko ya satiety ya nyumbani. Duru zote pia zinaunganishwa, haswa na nukta ya patriusiti, ambayo inafanya kazi kama kiunganishi kati ya usawa wa nishati na thawabu [38]. Kwa hivyo, muundo ulioamilishwa wa uanzishaji unaweza kusababisha ulaji mwingi wa nishati wakati vyakula vya vitafunio, kama vile viazi vitunguu, vinapatikana.

Masomo zaidi sasa inahitajika kufunua sehemu za Masi za chips za viazi, jukumu la wiani wa nishati na mifumo ya pembeni na kuu ambayo husababisha kupuuzwa kwa udhibiti wa nyumbani wa uporaji wa nishati.

4. Ushawishi wa Chakula cha Vitafunio (Chips Chips) ulaji wa muundo mwingine wa ubongo unaohusiana na ulaji wa chakula

Kwa kuongezea, baada ya utumiaji wa chakula cha kikafunio (chipsi za viazi), uanzishaji wenye nguvu wa miundo hiyo ya ubongo ulizingatiwa ambayo hapo awali ilihusishwa na ulaji wa chakula, tabia ya hamu ya kula na udhibiti wa chakula, kama cortex ya infralimbic (R + L) [36], [39], hypothalamus ya baadaye (R) [36], na septamu (R + L) [40].

Miundo ya ubongo raphe nuclei na kiini cha baadaye cha parabrachial (R), ambayo pia imeunganishwa na ulaji wa chakula, ilionyesha shughuli zilizopunguzwa sana baada ya utumiaji wa viazi vitunguu ukilinganisha na kiwango wastani [41]. Kiini cha nyuma cha parabrachial kimehusishwa na kanuni ya caloric, malipo ya ingestive, usindikaji wa utambuzi katika kulisha [42], lakini pia na ulaji wa sodiamu na maji [43]. Kwa hivyo, shughuli iliyopunguzwa ya muundo huu inaweza kuhusishwa na maudhui ya juu ya chumvi ya chips ya viazi ikilinganishwa na kiwango cha kawaida. Matokeo yanaonyesha kuwa, kwa sababu ya muundo wa Masi yake, ambayo husababisha mfano katika wiani mkubwa wa nishati, chipsi za viazi zinaweza kuamsha miundo ya ubongo inayohusishwa na thawabu na udhibiti wa ulaji wa chakula tofauti na kawaida ya chow. Athari hii inaweza hatimaye kurekebisha ubora na wingi wa chakula au ulaji wa nishati.

5. Ushawishi wa Chakula cha Vitafunio (Chips Chips) ulaji wa muundo wa ubongo unaohusiana na Shughuli ya Locomotor na Kulala.

Kwa kuongeza, miundo sita ya ubongo iliyounganishwa na harakati na shughuli ilionyesha kiwango cha juu cha Mn²⁺ mkusanyiko wakati panya zilikuwa na upatikanaji wa chipsi za viazi ikilinganishwa na kawaida standard: cortex ya msingi ya gari (R + L), kortini ya motor ya sekondari (R + L) na putamen ya Caudate (R + L) [44]. Sherehe kubwa ya maeneo ya magari katika wanyama waliolishwa na viazi ni katika makubaliano mazuri na masomo ya tabia, ambayo yanaonyesha shughuli za hali ya juu katika kundi hili (Kielelezo 2A na B). Ongeo la shughuli za locomotor limeunganishwa hapo awali na ulaji wa chakula. Kwa hivyo, ilionyeshwa, kwa mfano, kwamba ghrelin ilichochea ulaji wa chakula bora na shughuli za locomotor kwenye panya, ambayo labda inahusiana na kuchochea tabia ya kutafuta chakula. [45], [46].

Mwishowe, kumeza kwa chipsi za viazi viliunganishwa na uimara mkubwa wa miundo ya ubongo inayohusiana na usingizi, ambayo ni kiini cha nyuma cha macho (R) [47], parvicellular reticular nucleus (R + L) [47], neli ya msingi ya paragigantocellular (R + L) [48], kiini cha gigantocellular (R + L) [49], [50], pontine reticular kiini cha mdomo (R + L) [51] na kiini kinachoweza kuvunjika (R + L) [52]. Ushawishi wa utungaji wa chakula kwenye tabia ya kulala haueleweki kabisa. Imeonyeshwa kuwa ulaji wa muda mrefu (wiki sita) wa chakula chenye mafuta mengi ulipelekea kuongezeka kwa mzunguko na muda wa vipindi vya kulala. Athari hii, hata hivyo, ilikuwa inahusiana na unene unaokua kuliko ulaji wa nishati yenyewe [53]. Kwa upande mwingine, tafiti kadhaa zilifunua kuwa matumizi ya muda mrefu ya lishe yenye mafuta mengi huongeza ulaji wa chakula wakati wa kupumzika kwa punda kwenye panya [12], [54]. Kuongezeka kwa ulaji wa chakula cha dialali kuna uwezekano mkubwa kuhusiana na mabadiliko ya tabia ya kulala na kwa sababu hiyo moduler ya shughuli za muundo wa ubongo zinazohusiana na kulala. Chini ya hali ya muda mfupi ya kulisha iliyotumika hapa, hata hivyo, chakula cha vitafunio kilichochea wala kuongezeka kwa uzito wa mwili au kuhama kwa muundo wa circadian. Kwa hivyo, tunabashiri kwamba kuzima kwa miundo ya ubongo inayohusiana na usingizi kunahusishwa na kuongezeka kwa shughuli za kutafuta na chakula, ambazo zinaweza kukandamiza usingizi.

Hitimisho

Kwa muhtasari, MEMRI na uchanganuzi uliofuata wa miundo ya ubongo ulioamilishwa na VBM na vile vile mbinu ya ukanda-ya kuvutia ilionyesha uainishaji maalum wa aina hiyo. Uondoaji wa miundo mingi ya ubongo hutegemea chakula kilichoingizwa. Ulaji wa chakula cha vitafunio (chips za viazi) ikilinganishwa na kiwango cha kawaida cha panya iliyotolewa na ad libitum iliyosababisha tofauti kubwa katika mifumo ya uanzishaji katika miundo ya ubongo ambayo ilihusishwa hapo awali na ulaji wa chakula, ujira / madawa ya kulevya, na shughuli na harakati. Ongezeko la miundo ya shughuli za dimbwi lilikuwa kulingana na tabia ya mnyama: maelezo mafupi juu ya siku kadhaa yalionyesha kuwa kiwango cha juu cha shughuli za wanyama zinazohusiana na ulaji wa viazi. Shughuli iliyopunguzwa ilirekodiwa katika miundo ya ubongo ambayo ni muhimu kwa udhibiti wa safu ya kulala-wake, haswa ya kulala-REM.

Mabadiliko yaliyotazamwa ya mifumo ya shughuli za ubongo inayohusiana na ulaji wa chakula labda husababishwa na muundo wa masiasa wa chakula, na kwa mfano, katika wiani mkubwa wa nishati. Kwa kuongeza, usambazaji wa kalori na chakula cha vitafunio huweza kusababisha muundo wa mifumo ya shughuli za ubongo. Uchunguzi zaidi sasa unahitajika kufunua vichocheo vya mabadiliko yaliyotazamwa labda kwa kuanzisha kikundi cha chakula cha vitafunio na ulaji wa kalori inayoweza kudhibitiwa au kwa kupima athari za sehemu za chakula zilizomo kwenye mfumo wa shughuli za ubongo.