Разрабатывая новый подход к визуализации и манипулированию отдельными группами нейронов в мозгу мыши, ученые из Медицинского центра Бет Исраэль Дьяконесса (BIDMC) определили путь, с помощью которого нейроны, управляющие голодом, влияют на удаленные нейроны, участвующие в принятии решения о том, следует ли или нет. реагировать на сигналы, связанные с едой. Их открытия могут открыть дверь для целенаправленных методов лечения, которые ослабляют тягу к еде у людей с ожирением. Исследование было опубликовано в Интернете сегодня в журнале Nature.«Главный вопрос, который мы задавали: как эволюционно древние нейроны, стимулирующие голод, в основании мозга, в гипоталамусе, влияют на« когнитивные »области мозга, помогая нам находить и есть богатые калориями продукты в сложном и меняющемся мире. ? " сказал соавтор-корреспондент Марк Андерманн, доктор философии, доцент медицины в отделении эндокринологии, диабета и метаболизма в BIDMC и доцент Гарвардской медицинской школы (HMS).
«Проще говоря, когда вы голодны, изображение чизбургера может быть чрезвычайно привлекательным и эффективно влиять на ваше поведение», — пояснил ведущий автор Йоав Ливне, доктор философии, научный сотрудник BIDMC. «Но если ваш живот наелся после обильной еды, та же картина чизбургера будет непривлекательной. Мы думаем, что важную роль здесь играет путь, который мы обнаружили от стимулирующих голод нейронов к области мозга, называемой островной корой».
Данные визуализации мозга у людей подтверждают мнение о том, что кора островка участвует в принятии решения о том, стоит ли искать источник пищи. У здоровых людей кора островка увеличивает свою активность в ответ на пищевые сигналы во время голода, но не после еды. Исследования показывают, что этот процесс часто идет наперекосяк у пациентов с ожирением или другими расстройствами пищевого поведения, которые проявляют чрезмерную тягу к еде. Эти результаты показывают, что в основе этих расстройств могут лежать определенные изменения в активности мозга, в том числе повышенная чувствительность к пищевым сигналам, а не «недостаток силы воли».
В своем исследовании Ливне, Андерманн и соавтор-корреспондент Брэдфорд Б. Лоуэлл, доктор медицинских наук, профессор медицины отделения эндокринологии, диабета и метаболизма в BIDMC и профессор медицины в HMS, и их коллеги сосредоточились на коре островка. с помощью модели мыши. Поскольку островковая кора мышей расположена сбоку от мозга в труднодоступном месте, Андерманн, Лоуэлл, Ливне и его коллеги первыми применили крошечный перископ, который позволил им видеть нейроны в этой ранее ненаблюдаемой части мозга. . Этот инструмент позволил исследователям контролировать и отслеживать отдельные нейроны бодрствующих мышей, когда они реагировали на пищевые сигналы как в физиологическом состоянии насыщения, так и в состоянии голода.
Их эксперименты продемонстрировали, что визуальные сигналы, связанные с едой, будут специфически активировать определенную группу нейронов в островной коре головного мозга голодных мышей, и что эти нейроны необходимы мышам для поведенческой реакции на пищевые сигналы. После того, как мыши ели до тех пор, пока они не насытились, этот мозговой ответ на пищевые сигналы в коре островка больше не присутствовал. В то время как мыши все еще были сыты, исследователи использовали генетические методы, чтобы искусственно вызвать голод, «включив» стимулирующие голод нейроны в гипоталамусе.
Эти нейроны экспрессируют ген связанного с Агути белка (AgRP) и, как ранее было показано, восстанавливают простое пищевое поведение. Активируя эти нейроны AgRP, Ливне и его коллеги заставили насыщенных мышей снова реагировать на зрительные стимулы и искать больше еды, а также восстановили паттерн визуальных реакций на пищевые сигналы через нейроны в коре островка, аналогичный тому, который ранее наблюдался у голодных мышей.
«Эти нейроны AgRP вызывают голод — они являются наиболее существенными нейронами голода», — объяснил Лоуэлл. «Важным достижением является то, что мы можем искусственно включить их и заставить полных мышей работать, чтобы добывать еду и есть так, как будто они давно не ели. с голодом и едой ".Основываясь на их исследованиях, можно также установить конкретный путь от нейронов AgRP к коре островка и уменьшить чрезмерное внимание к пищевым сигналам в окружающей среде, в идеале без влияния на преднамеренное питание во время еды. Исследователи подчеркивают, что эта гипотеза требует дальнейшего изучения, но имеет захватывающие последствия для лечения ожирения и других расстройств пищевого поведения.Получив беспрецедентный взгляд на островную кору, команда Андерманна и Лоуэлла создала дорожную карту схемы мозга, с помощью которой нейроны AgRP, связанные с голодом, в конечном итоге влияют на кору островка.
Используя мощные генетические и оптические методы для включения и выключения отдельных клеток по желанию, команда смогла наблюдать эффекты как на нижележащие нейроны, так и на поведение. Обнаруженные ими схемы включают миндалевидное тело, которое, как считается, обновляет ценность пищевых сигналов, и паравентрикулярный таламус, который также важен для мотивированного поведения.
Исследователи предполагают, что этот путь может повлиять на принятие решений, увеличивая плюсы и уменьшая недостатки поиска и употребления определенной пищи.«Мы все еще пытаемся понять, как работает этот процесс», — сказал Лоуэлл. «Огромные вопросы остаются, но теперь они решаются благодаря этим новым методам визуализации».