Căutarea hranei în creier: circuitele neuronale se învârt în jurul hranei

Căutarea hranei este un instinct primordial al oamenilor și animalelor. Dar ceea ce se întâmplă exact în creier nu era cunoscut până acum. Oamenii de știință de la Institutul Leibniz pentru Farmacologie Moleculară (FMP) din Berlin și Clusterul de Excelență NeuroCure au reușit acum să reducă diferența de cunoștințe: au descoperit un circuit neuronal care activează hrănirea.

Ceea ce este spectaculos este că activarea căii de semnalizare este independentă de foame. Descoperirea permite o înțelegere complet nouă a proceselor biologice și patologice. De exemplu, ar putea fi dezvoltate noi terapii pentru tulburările alimentare.

Rezultatele cercetării tocmai au fost publicate în revista „Nature”.

Dacă gândurile tale se învârt în jurul mâncării, chiar dacă ești de fapt plin, este destul de normal. Pentru că hrănirea este un instinct înnăscut. În timp ce vânătoarea și adunarea erau vitale pentru strămoșii noștri, moștenirea evoluționistă din secolul XXI ne duce la frigider sau la cel mai apropiat supermarket.

Din punctul de vedere al neurologilor, acest proces este extrem de interesant, nu în ultimul rând, deoarece tulburările din acest domeniu pot explica tulburările alimentare, cum ar fi anorexia. Dar pentru a face acest lucru, trebuie mai întâi să cunoașteți mecanismele neuronale pe care se bazează hrănirea pentru alimente.

Comunicarea în hipotalamus are loc prin unde fulgerătoare

Se știa că undele extrem de rapide cu 30 până la 100 de oscilații pe secundă în creier susțin funcții cognitive esențiale precum memoria, atenția și flexibilitatea mentală; dar nu dacă și cum sunt, de asemenea, implicați în comportamente vitale, cum ar fi hrănirea pentru alimente. Dr. Tatiana Korotkova și Dr. Alexey Ponomarenko a putut acum să furnizeze exact aceste dovezi:

Cei doi oameni de știință de la Institutul Leibniz pentru Farmacologie Moleculară (FMP) din Berlin și Neurocure Cluster of Excellence au descoperit circuitul neuronal care activează hrănirea pentru alimente și au arătat că așa-numitele oscilații gamma organizează acest mecanism în hipotalamusul lateral prin intrări din septul lateral . Undele fulgerătoare ajută la transmiterea informațiilor direct la hipotalamus, unde, printre altele, comportamentul alimentar este reglementat. Cercetătorii au putut, de asemenea, să spargă codul pe care oscilațiile gamma îl folosesc pentru comunicarea lor.

„Împreună cu colegii din SUA și Marea Britanie, am reușit să caracterizăm cu precizie circuitul la diferite niveluri - de la conexiunile anatomice până la excitația celulelor individuale”, așa descriu rezultatele cercetării care au fost publicate acum în respectata revistă Nature, de la conexiunile anatomice până la excitația celulelor individuale.

Optogenetica aduce la lumină evenimentele neuronale

Cercetătorii au urmărit circuitul neuronal cu ajutorul optogeneticii, un proces care permite controlul căilor speciale de semnal din creier prin acțiunea luminii. În acest caz, lumina a stimulat șoarecii să caute surse de hrană, chiar și atunci când nu le era foame deloc. „A fost impresionant să vedem că oscilațiile gamma din hipotalamusul lateral au declanșat un efect atât de puternic, unde această regiune a creierului era cunoscută anterior în principal pentru răspunsul său la semnale chimice și hormonale”, relatează doctoranda Marta Carus.

Hrănirea pentru hrană este independentă de foame

De asemenea, demn de remarcat: găsirea alimentelor nu a dus la micuța rozătoare care mănâncă mai mult. Acest lucru sugerează că comportamentul alimentar și alimentar au parțial mecanisme independente, ceea ce a fost confirmat ulterior în experimente. „Găsirea mâncărurilor adecvate este un efort care consumă mult timp în aer liber”, explică Korotkova, „de aceea animalele încep înainte să le fie foame și s-ar putea să fie prea târziu”.

Aplicat oamenilor, aceasta înseamnă: „Probabil acest circuit ne determină să verificăm restaurantele dintr-un oraș ciudat sau să continuăm să ne uităm în frigider”, spune biologul. Acum stim, de asemenea, ca cortexul prefrontal, o regiune a creierului care coordoneaza comportamentul orientat spre scopuri, joaca un rol important in acest sens.

Cercetătorii au reușit acum să demonstreze separarea dintre hrănire și mâncare la nivel celular. În timpul oscilațiilor gamma, celulele asociate alimentelor au fost activate separat de celulele non-asociate alimentelor, cu o sincronizare foarte precisă. „Faptul că celulele asociate alimentelor au fost influențate selectiv de efectele ritmice asupra hipotalamusului ne oferă o perspectivă minunată asupra modului în care structura și funcția interacționează în creier”, subliniază cercetătorul de bază Alexey Ponomarenko. El a adaugat: "Am vazut ca oscilatiile gamma controleaza comportamentul care este important pentru supravietuire prin transmiterea de informatii intre regiunile creierului si tipurile de celule."

Fundație pusă pentru noi terapii împotriva tulburărilor alimentare

Un interes deosebit pentru neurologi este constatarea că căutarea hranei este decuplată de nevoia fiziologică de hrană. Cu toate acestea, acest mecanism nu pare să funcționeze corect în tulburările alimentare. În timp ce unii mănâncă dincolo de foame, alții evită orice contact cu alimentele. Potrivit oamenilor de știință, ar fi deosebit de dorit să puteți folosi rezultatele cercetării pentru a ajuta anorexicele, deoarece această boală este tulburarea mentală cu cea mai mare rată a mortalității.

Înțelegerea mecanismelor neuronale care stau la baza s-ar putea să nu conducă la un medicament miraculos, dar, potrivit Tatiana Korotkova și Alexey Ponomarenko, poate deschide calea către terapii inovatoare pentru tulburările alimentare.

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, Ponomarenko A * §, Korotkova T * § (2017). Oscilațiile gamma organizează semnalizarea de sus în jos către hipotalamus și permit căutarea hranei. Natura, doi: 10.1038/nature21066.

*) autori cu contribuții egale, §-autori corespunzători
Această lucrare a fost susținută de The Human Frontier Science Program (HFSP; RGY0076/2012, TK, DB), German Research Foundation (DFG; Exc 257 NeuroCure, TK și AP; SPP1665, AP), NIH (The Collaborative Research in Computational Neuroscience, CRCNS; 1R01 NS067199, CB), Fundația germano-israeliană pentru cercetare și dezvoltare științifică (GIF; I-1326-421.13/2015, TK).

Dr. Tatiana Korotkova, Dr. Alexey Ponomarenko
AG Neurodinamică comportamentală
Institutul Leibniz de Farmacologie Moleculară (FMP)/
Cluster de excelență NeuroCure
Charité Campus Mitte
Dorotheenstrasse 94, 10117 Berlin

Tel. +49 (0) 30 450539764
Fax. +49 (0) 30 450539964
relatii publice
Institutul Leibniz pentru Farmacologie Moleculară (FMP),
Robert-Rössle-Strasse 10, 13125 Berlin