Хранене в мозъка Невронните вериги се въртят около храната - хранителен монитор
Търсенето на храна е първичен инстинкт на хората и животните. Но какво точно се случва в мозъка, преди това не беше известно. Учени от Лайбниц институт за молекулярна фармакология (FMP) в Берлин и NeuroCure клъстер за върхови постижения вече успяха да запълнят пропастта в знанията: Те откриха невронна верига, която активира търсенето на храна.
Зрелищното е, че активирането на сигналния път не зависи от глада. Откритието позволява напълно ново разбиране на биологичните и патологичните процеси. Например, могат да бъдат разработени нови терапии за хранителни разстройства.
Резултатите от изследването току-що бяха публикувани в списание "Nature".
Когато мислите ви се въртят около храната, въпреки че всъщност сте сити, това е съвсем нормално. Защото търсенето на храна е вроден инстинкт. Докато ловът и събирането са били жизненоважни за нашите предци, еволюционното наследство на 21-ви век ни отвежда до хладилника или най-близкия супермаркет.
От гледна точка на невролозите този процес е изключително интересен, не на последно място, защото нарушенията в тази област могат да обяснят хранителни разстройства като анорексия. Но за да направите това, първо трябва да знаете нервните механизми, на които се основава търсенето на храна.
Комуникацията в хипоталамуса се осъществява чрез вълни със светкавична скорост
Беше известно, че изключително бързите вълни с 30 до 100 трептения в секунда в мозъка поддържат основни когнитивни функции като памет, внимание и умствена гъвкавост; но не и дали и как те също са въвлечени в жизненоважно поведение като търсене на храна. Д-р Татяна Короткова и д-р. Алексей Пономаренко вече успя да представи точно това доказателство:
Двамата учени от Лайбниц института за молекулярна фармакология (FMP) в Берлин и Neurocure Cluster of Excellence са открили невронната верига, която активира храната за храна и са показали, че така наречените гама трептения организират този механизъм в страничния хипоталамус чрез входове от страничната преграда . Светкавичните бързи вълни помагат да се препрати информация директно към хипоталамуса, където освен всичко друго се регулира хранителното поведение. Изследователите също успяха да пробият кода, който гама-трептенията използват за комуникацията си.
„Заедно с колеги от САЩ и Великобритания успяхме точно да характеризираме веригата на различни нива - от анатомични връзки до възбуждане на отделни клетки“, така описват резултатите от изследванията, които сега са публикувани в уважаваното списание Nature Татяна Короткова и Алексей Пономаренко.
Оптогенетиката извежда на бял свят невронни събития
Изследователите бяха проследили невронната верига с помощта на оптогенетиката, процес, който позволява контрола на специалните сигнални пътища в мозъка чрез действието на светлината. В този случай светлината стимулира мишките да търсят източници на храна, дори когато не са били гладни. „Беше впечатляващо да се види, че гама трептенията в страничния хипоталамус предизвикват толкова силен ефект, където този мозъчен регион преди е бил известен предимно с реакцията си на химични и хормонални сигнали“, съобщава докторантът Марта Карус.
Търсенето на храна не зависи от глада
Също така трябва да се отбележи: Намирането на храна не доведе до това, че малките гризачи ядат повече. Това предполага, че поведението на храна и хранене отчасти има независими механизми, което по-късно е потвърдено в експериментите. „Намирането на подходяща храна е отнемащо много време на открито, обяснява Короткова,„ поради което животните започват преди да огладнеят и може да е късно “.
Приложено за хората, това означава: „Вероятно тази схема ни подтиква да проверяваме ресторантите в странен град или да продължим да гледаме в хладилника“, казва биологът. "Сега също така знаем, че префронталната кора, област на мозъка, която координира целенасочено поведение, играе важна роля."
Междувременно изследователите са успели да демонстрират разделението между храненето и храненето на клетъчно ниво. По време на гама трептенията, свързани с храната клетки се активираха отделно от несвързаните с храната клетки, с много точно време. „Фактът, че свързаните с храната клетки бяха селективно повлияни от ритмичните ефекти върху хипоталамуса, ни дава прекрасна представа за това как структурата и функциите взаимодействат в мозъка“, подчертава основният изследовател Алексей Пономаренко. Той добавя: „Видяхме, че гама трептенията контролират поведението, което е важно за оцеляването, чрез предаване на информация между мозъчните области и клетъчните типове.“
Основа за нови терапии срещу хранителни разстройства
От особен интерес за невролозите е констатацията, че търсенето на храна е отделено от физиологичната нужда от храна. Този механизъм обаче изглежда не работи правилно при хранителни разстройства. Докато някои ядат отвъд глада, други избягват всякакъв контакт с храна. Според учените би било особено желателно да можем да използваме резултатите от изследванията, за да помогнем на анорексиците, тъй като това заболяване е психичното разстройство с най-висока смъртност.
Разбирането на основните невронни механизми може да не доведе до чудо наркотик, но според Татяна Короткова и Алексей Пономаренко може да проправи пътя към иновативни терапии за хранителни разстройства.
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 трептенията организират сигнализиране отгоре надолу към хипоталамуса и дават възможност за търсене на храна. Природа, doi: 10.1038/nature21066.
*) автори с еднакъв принос, § съответстващи автори
Тази работа беше подкрепена от Научната програма за човешките граници (HFSP; RGY0076/2012, TK, DB), Германска изследователска фондация (DFG; Exc 257 NeuroCure, TK и AP; SPP1665, AP), NIH (Collaborative Research in Computational Neuroscience, CRCNS; 1R01 NS067199, CB), Германско-израелската фондация за научни изследвания и развитие (GIF; I-1326-421.13/2015, TK).
Д-р Татяна Короткова, д-р Алексей Пономаренко
Група за поведенческа невродинамика
Лайбниц институт за молекулярна фармакология (FMP)/
NeuroCure клъстер за върхови постижения
Charité Campus Mitte
Dorotheenstrasse 94, 10117 Берлин
Тел. +49 (0) 30 450539764
Факс. +49 (0) 30 450539964
връзки с обществеността
Лайбниц институт за молекулярна фармакология (FMP),
Robert-Rössle-Strasse 10, 13125 Берлин