Hedonics法案与稳态系统一起无意识地控制体重(2016)

。 2016; 3:6。

在线发布2016 Feb 15。 DOI:  10.3389 / fnut.2016.00006

PMCID:PMC4753312

介绍

随着全球肥胖危机继续造成影响,对解决方案的需求也在增加。 关于自然与培育以及生物学与心理学的讨论最终导致一些医疗组织将肥胖宣布为一种疾病。 对于任何其他疾病而言,环境因素和遗传倾向而不是个人责任都是罪魁祸首。 这种观点意味着调节体重的生物过程基本上在无意识领域中运作。 尽管长期以来人们已经接受了所谓的能量平衡的稳态调节,但对于快感控制来说,这一点并不明确。 在这里,我们批判性地评估一个重要的问题,即啮齿动物模型如何帮助理解特征神经过程对体重调节的贡献。 在观察奖励,强化,动机,快乐成瘾及其神经机制的概念时,在饮食和运动的背景下,新观点表明,稳态和享乐控制密切相关,并且经常在无意识层面上一致行动。实现生物适应性反应。 尽管近年来人们忽略了对体重设定点的讨论,但这一主题作为有效治疗肥胖的重要方面变得更加紧迫。

特征机制压制稳态调节

当动物和人的体重受到低剂量或过量喂食期间的干扰时,它会通过称为稳态调节的过程迅速恢复到预扰动水平,该过程涉及能量摄入和能量消耗的控制(, )。 这项规定的基本下丘脑回路早已为人所知(并且得到了很多改进,特别是在发现瘦素后的最后一个20年。 简而言之,下基底中下丘脑中的两个不同的神经群体充当主要的能量传感器并且以生物适应的方式参与控制能量输入和能量输出的效应器电路的复杂网络[参见参考文献。 ()]。

然而,虽然大多数人同意这种基本的稳态调节,但对于防御体重的确切水平和所涉及的机制进行了大量讨论()。 显然,没有固定的设定点,哺乳动物物种可以调节它们的体重。 相反,它是灵活的,取决于内部和外部条件,包括遗传和表观遗传倾向,食物供应,食物适口性和其他环境因素()。 冬眠者的季节性变化和稳态防御体重设定点可以很好地说明这一点().

被广泛认为对影响个体体重设定点非常重要的一个因素是食物特征,特别是通过高度可口,卡路里密集的食物向更高体重的转变 (数字 (Figure1A).1一个)。 保卫体重这一转变的最明显例子是食堂饮食诱导的肥胖大鼠和老鼠()。 虽然人们怀疑高度可口,高能量食物的可获得性增加也是目前肥胖流行病的主要原因,但由于难以严格控制人类长时间的能量平衡和环境条件,因此难以证明。在动物模型中可能的时间。 一种被广泛接受的观点是,在遗传上和/或表观遗传易感的个体中,致肥胖的食物环境能够建立一个新的,更高的体重设定点,与正常体重的个体一样,同样可以防止强迫禁食和过度喂养()。 因此,理解体重调节的关键问题之一是对这种保卫体重变化的神经学解释。 什么是神经机制,使能量密度高的食物的可用性和适口性能够压倒基本的稳态防御系统? 了解这些机制可能会导致在对抗肥胖的斗争中开发出更具体的药物或行为干预措施。

图1 

(A)二分法和(B)食物摄入的稳态和享乐控制和体重调节的综合模型的示意图。 在二分法模型中,稳态和享乐机制在很大程度上是独立的。 在整合 ...

享乐处理是稳态监管系统的一个组成部分

享乐和稳态神经回路不是独立的实体但属于同一监管系统的观点正在迅速获得牵引力。 这是基于通过内感觉信号双向调节皮质边缘脑区域的证据,以及通过外感信号及其认知和情感相关性对下丘脑进行双向调节的证据(图 (Figure11B)。

通过营养物质的内感信号自下而上调节认知和动机的皮质边缘电路

通过内部信号自下而上控制享乐和认知过程并不是一种新的见解。 鉴于营养素对生存的至关重要性,它是饥饿表达的基本属性,可以追溯到神经系统进化的开始。 具体而言,饥饿状态的特点是增加了激励突显性归因(食物等目标对象变得非常需要和想要的机制 - 一种行为磁铁),这种神经系统表现为中脑边缘多巴胺系统的活动增强()。 什么是新的,是一些显示参与的信使和神经机制。 例如,现在很明显,体重最重要的稳态调节剂之一 - 瘦素 - 通过不仅作用于下丘脑而且作用于中脑边缘多巴胺系统的成分来调节食​​欲()和嗅觉和味觉感官处理()。 同样,养分可用性的许多其他内部信号,如生长素释放肽,肠道GLP-1和PYY,以及胰岛素,以及葡萄糖和脂肪,也部分作用于参与食物摄入控制的认知和奖励方面的皮质边缘结构()。 在人类研究的背景下,这些激素对认知功能的影响很有意义,显示肥胖患者的认知和代谢功能受损()。 尽管尚未知道这一共同联系,但一个主要的假设认为,由于次优营养,肠道微生物群和先天免疫系统之间的相互作用导致肠道生态失调,随后肠道信号和血脑屏障完整性发生变化。是重要的 ().

通过感觉,认知和激励信号对经典下丘脑调节器进行自上而下调制

这种综合观点的另一个推动因素是对皮质边缘系统中认知和情绪处理的经典稳态电路的自上而下调制的新见解()。 提示诱导的条件性食物摄入被认为是人类在致肥胖环境中暴饮暴食的重要机制(, 并且已经在啮齿动物中研究了相当长的一段时间()。 通过证明对杏仁核和前额皮质 - 外侧下丘脑突出的依赖性,已经在大鼠中鉴定了这种依赖于认知的食物摄入的一些相关途径(, )。 最近,提出了自上丘脑下丘脑中AGRP神经元自上而下调节的证据,这是经典稳态调节的中心。 这些强大的神经元被认为主要受循环激素和代谢物的控制,以相对缓慢的上升和下降的方式与禁食和进食状态相称。 使用现代的,基于遗传学的神经元特异性技术,证明AGRP神经元的活动也受到即将食物摄入的条件期望的逐秒控制(, )。 这种对AGRP神经元放电率的急性外部感觉和认知控制很可能通过来自许多皮层和皮质下区域的直接或间接输入来实现,如神经元特异性逆行病毒追踪所证明的().

控制食物摄入和调节能量平衡主要是潜意识

很明显,负责能量平衡和体重的稳态调节的经典下丘脑神经回路,类似于其他身体功能的稳态调节,例如血糖或血压,在无意识水平上大大超出意识。 此外,如上所述,激励致敏机制,通过这种机制,低瘦素等能量消耗的内感信号通过中脑边缘多巴胺系统驱动“缺乏”(, , 如人类神经影像学研究所证明的那样,在很大程度上也在外部运作()。 即使在没有代谢饥饿和相关的内感觉致敏信号的情况下,也没有必要有意识地提示这种提示。 这已经在具有线索诱导的条件性食物摄入的大鼠中显示出来, )。 此外,人类大脑可以学习货币奖励的价值,并将其用于决策而无需有意识地处理情境线索()。 虽然最佳决策需要自我控制,但在背外侧前额叶皮层中有代表性(, ),奖励驱动的行为行为的转变不受这个大脑区域的强制控制,并且经常限制行动的自由意志()。 最后,在人类意识到自己的决定之前,某些脑区的神经活动可能会持续很长时间(, ),表明导致决策的许多过程都是在无意识层面发生的。

人类和啮齿动物的摄食行为在高度习惯时似乎对认知控制特别有抵抗力(, )。 在正常情况下,有关可能结果的信息对于线索诱导的目标导向行动非常重要,这些行动使此类行为对贬值敏感。 然而,习惯性行为不再取决于学到的奖励期望,因此对奖励贬值机制基本上不敏感(, )。 控制非习惯行为的神经回路的组织方式与习惯性行为或自动行为不同。 非习惯性行为很大程度上取决于腹侧纹状体(伏隔核)和腹内侧前额叶皮质,而习惯性行为更多地依赖于背外侧纹状体(, )。 对于习惯性行为和非习惯性行为和行为,记忆存储和回忆机制也不同。 与需要有意识思维的陈述性记忆不同,程序记忆在很大程度上低于有意识意识,存储更加分散()。 因此,程序记忆和他们指导的习惯性摄入行为相对抵抗抑制性认知控制和执行功能。

结论

动物模型对于剖析肥胖易感性的复杂机制至关重要。 鉴于与人类肥胖有关的绝大多数基因位点与神经功能有关(),食物摄入的神经控制和能量平衡的调节是这些机制的主要组成部分并不奇怪。 虽然人类的功能性神经影像学也开始做出重要贡献,但只有啮齿动物中更具侵入性的方法才能提供机械解释。 因此,负责控制食欲和体重调节的稳态和非稳态/享乐系统之间的传统二分法虽然启发式仍然有用,但不再充分描述两种系统之间广泛的解剖学和功能相互作用。 此外,这个更大的交互系统的大部分输出都绕过了意识。 这些新见解的意义深远,因为它们不仅将指导未来的研究,还将指导肥胖和饮食失调的药理学和行为疗法的设计。

作者贡献

HM和CM帮助构思了观点,审阅了文献,撰写了手稿的部分内容,并编辑了手稿的最终版本。 EQ-C和SY参与了对原始想法的讨论,审阅了部分文献,撰写了部分手稿,并编辑了最终的手稿。 H-RB构思了该观点的最初构想,与所有共同作者讨论了手稿的几个草稿版本,研究了文献,并撰写了最终的手稿。

利益冲突声明

作者声明,研究是在没有任何可被解释为潜在利益冲突的商业或金融关系的情况下进行的。

资金

这项工作得到美国国立卫生研究院资助DK047348(H-RB),DK092587(HM)和DK081563(CM)的支持。

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