Харчування в мозку Нейронні схеми обертаються навколо їжі - їжі-монітора
Пошук їжі - це первинний інстинкт людей і тварин. Але що саме відбувається в мозку, раніше не було відомо. Вчені з Інституту молекулярної фармакології Лейбніца (FMP) у Берліні та кластеру досконалості NeuroCure тепер змогли подолати розрив у знаннях: вони виявили нейронний ланцюг, який активує пошук їжі.
Вражаюче те, що активація сигнального шляху не залежить від голоду. Відкриття дозволяє абсолютно по-новому зрозуміти біологічні та патологічні процеси. Наприклад, можна розробити нові методи лікування розладів харчування.
Результати дослідження щойно опубліковані в журналі "Nature".
Якщо ваші думки обертаються навколо їжі, хоча ви насправді ситі, це цілком нормально. Бо пошук їжі - це вроджений інстинкт. Хоча полювання та збирання були життєво важливими для наших предків, еволюційна спадщина 21 століття веде нас до холодильника або найближчого супермаркету.
З точки зору неврологів, цей процес надзвичайно цікавий, не в останню чергу тим, що розлади в цій галузі можуть пояснити такі порушення харчування, як анорексія. Але для цього спочатку потрібно знати нервові механізми, на яких базується пошук їжі.
Зв'язок в гіпоталамусі відбувається за допомогою хвиль блискавичної швидкості
Було відомо, що надзвичайно швидкі хвилі з 30-100 коливаннями в секунду в мозку підтримують такі основні когнітивні функції, як пам'ять, увага та розумова гнучкість; але не те, чи і як вони також беруть участь у життєво необхідній поведінці, такі як пошук їжі. Лікар. Тетяна Короткова та доктор Олексій Пономаренко тепер міг навести саме такі докази:
Двоє вчених з Інституту молекулярної фармакології Лейбніца (FMP) у Берліні та кластеру досконалості Neurocure виявили нейрональну ланцюг, що активує видобуток їжі, і показали, що так звані гамма-коливання організують цей механізм у бічному гіпоталамусі через входи з бічної перегородки . Блискавичні хвилі допомагають передавати інформацію безпосередньо до гіпоталамуса, де, крім іншого, регулюється харчова поведінка. Дослідники також змогли зламати код, який гамма-коливання використовують для свого спілкування.
"Спільно з колегами з США та Великобританії ми змогли точно охарактеризувати схему на різних рівнях - від анатомічних зв'язків до збудження окремих клітин", - так описують результати дослідження Тетяна Короткова та Олексій Пономаренко, які зараз опубліковані в шанованому журналі Nature.
Оптогенетика виявляє нервові події
Дослідники простежили нейронну ланцюг за допомогою оптогенетики - процесу, який дозволяє контролювати спеціальні шляхи передачі сигналів у мозку за допомогою дії світла. У цьому випадку світло стимулювало мишей шукати джерела їжі, навіть коли вони зовсім не голодні. "Вражало побачити, що гама-коливання в бічному гіпоталамусі спрацьовували настільки сильним ефектом, коли ця область мозку раніше була в основному відома своєю реакцією на хімічні та гормональні сигнали", - повідомляє докторант Марта Карус.
Пошук їжі не залежить від голоду
Також варто відзначити: пошук їжі не призвів до того, що маленькі гризуни їдять більше. Це свідчить про те, що поведінка у пошуках їжі та їжі частково має незалежні механізми, що пізніше було підтверджено в експериментах. "Пошук відповідної їжі - це заняття, яке вимагає багато часу на відкритому повітрі, - пояснює Короткова, - саме тому тварини починають, перш ніж вони зголодніють, і може бути пізно".
Що стосується людей, це означає: "Ймовірно, саме ця схема спонукає нас перевіряти ресторани в чужому місті або продовжувати дивитись у холодильник", - каже біолог. "Тепер ми також знаємо, що префронтальна кора, область мозку, яка координує цілеспрямоване поведінку, відіграє важливу роль у цьому".
Тим часом дослідники змогли продемонструвати розмежування між харчуванням та харчуванням на клітинному рівні. Під час гамма-коливань клітини, пов'язані з їжею, активувались окремо від клітин, не пов'язаних з їжею, з дуже точним часом. "Той факт, що клітини, пов'язані з їжею, селективно впливали на ритмічний вплив на гіпоталамус, дає нам прекрасне уявлення про те, як структура та функції взаємодіють у мозку", - підкреслює основний дослідник Олексій Пономаренко. Він додає: "Ми бачили, що гама-коливання контролюють поведінку, важливу для виживання, передаючи інформацію між регіонами мозку та типами клітин".
Основа закладена для нових методів лікування харчових розладів
Особливий інтерес для неврологів представляє висновок про те, що пошук їжі відокремлений від фізіологічної потреби в їжі. Однак, здається, цей механізм не працює належним чином при харчових розладах. Хоча одні їдять поза голодом, інші уникають будь-якого контакту з їжею. На думку вчених, особливо бажано було б мати можливість використовувати результати досліджень для допомоги анорексикам, оскільки це захворювання є психічним розладом з найвищим рівнем смертності.
Розуміння основних нервових механізмів може не призвести до чудодійного препарату, але на думку Тетяни Короткової та Олексія Пономаренка, воно може прокласти шлях до інноваційних методів лікування розладів харчування.
Carus-Cadavieco M *, Gorbati M *, Ye L, Bender F, van der Veldt S, Kosse C, Börgers C, Lee SY, Ramakrishnan C, Hu Y, Denisova N, Ramm F, Volitaki E, Burdakov D, Deisseroth K., Пономаренко А * §, Короткова Т * § (2017). Гама-коливання організовують передачу зверху вниз гіпоталамусу і дозволяють шукати їжу. Природа, doi: 10.1038/nature21066.
*) автори, що мають однаковий внесок, § відповідні автори
Ця робота була підтримана Програмою науки про людські межі (HFSP; RGY0076/2012, TK, DB), Німецьким науковим фондом (DFG; Exc 257 NeuroCure, TK and AP; SPP1665, AP), NIH (Collaborative Research in Computational Neuroscience, CRCNS; 1R01 NS067199, CB), Німецько-ізраїльський фонд наукових досліджень і розробок (GIF; I-1326-421.13/2015, TK).
Лікар. Тетяна Короткова, д-р Олексій Пономаренко
А. Г. Поведінкова нейродинаміка
Інститут молекулярної фармакології Лейбніца (ФМП)/
Кластер досконалості NeuroCure
Charité Campus Mitte
Dorotheenstrasse 94, 10117 Берлін
Тел. +49 (0) 30 450539764
Факс. +49 (0) 30 450539964
зв'язки з громадськістю
Лейбніцький інститут молекулярної фармакології (ФМП),
Robert-Rössle-Strasse 10, 13125 Берлін