A túlsúlyra való hajlam befolyásolja a Max Planck Társaság tanulási magatartását

bevezetés

A Szövetségi Statisztikai Hivatal szerint az összes német több mint fele túlsúlyos, és a 2-es típusú cukorbetegség is meredeken növekszik. A 2-es típusú cukorbetegség a túlevés és a testmozgás hiányának tipikus másodlagos betegsége. A kölni tudósok azt vizsgálják, hogyan fordul elő az elhízás, és hogyan tartja fenn a test az egyensúlyt (homeosztázis) az étkezés és az energiafogyasztás között. Nemcsak a zsírszövet és az izmok, hanem az agy is releváns.

Az elhízás (elhízás) jelenleg komplex viselkedési szindrómának tekinthető, amely a különböző hajlamú egyének deviáns viselkedéséből adódik. Ez a megközelítés szükségessé teszi az úgynevezett hedonikus (örömorientált) viselkedés és a homeosztatikus kontroll kölcsönhatásának megértését. Ennek az interakciónak a vizsgálata olyan biológiai-matematikai modellek felállítását igényli, amelyek ötvözik az idegi jutalmazási rendszer fiziológiáját a hormonális befolyásoló tényezőkkel és viselkedési mintákkal. Pontosabban számítógépes modellezési technikákat alkalmaznak, amelyek a képalkotási folyamatok adatai alapján megjósolják a viselkedési minták egyedi megnyilvánulásait. A cél egy mechanikusan értelmezhető állítás elérése a pusztán fenomenológiai osztályozás helyett.

A jelenlegi túlfogyasztási elméletek, beleértve az ételfüggőség jelenlegi fogalmait is, az impulzív viselkedést kulcsfontosságú kockázati tényezőként azonosítják. Mivel azonban az elhízás heterogén betegség, az impulzuskontroll-rendellenesség és a kapcsolódó függőség-szerű viselkedés csak néhány beteget érint. Ezért elengedhetetlen a betegség kialakulásával kapcsolatos patofiziológiai elméletek, a diagnosztikai kritériumok és különösen a terápiás megközelítések kidolgozásához, hogy megértsük e heterogenitás mögöttes mechanizmusait.

Ezen elképzelések megvalósítása érdekében először létrehoztak egy módszert az impulzív viselkedés modellalapú elemzésére [1]. Itt az impulzivitást a kockázatos döntések növekedéseként számolják, amelyek a döntés lehetséges következményeinek bizonytalanságából erednek. Lényegében kapunk egy impulzivitási indexet, amely - a klasszikus kérdőívekhez képest - nem önvizsgálat eredménye, hanem leírja a tényleges viselkedést. Ezt a modellt mostanában elhízott betegekkel végzett magatartási vizsgálatokban alkalmazták.

Biológiai szempontból az impulzivitás változékonysága a neuromodulációs mechanizmusok egyéni különbségein alapulhat. Az úgynevezett jutalmazási rendszer központi struktúráiban a dopaminerg neuronok meghatározó szerepet játszanak itt. Az ötlet az, hogy az élelmiszer-ingerek az agy jutalomra vágynak. A mezokortikolimbikus rendszer, az agyterületek széles körűen elágazó hálózata, felelős ezért. Ez a jutalmazási rendszer áramkörként működik: vágy merül fel az agykéregben. Ha engedsz neki, akkor a jelek a limbikus rendszerbe, a hippocampusba és végül az agykéregbe kerülnek - visszajelzésként, hogy a parancsot végrehajtották. A rendszer legfontosabb hírvivőanyaga a dopamin. A jutalom iránti vágyat és elvárást közvetíti, ezért fontos motivátor.

Ahhoz, hogy ezt megértsük az impulzusszabályozó mechanizmusok rendellenességeivel összefüggésben, meg kell határozni, hogy az idegi jutalmazási rendszer dopaminerg szabályozásának mely elemei kapcsolódnak az impulzív viselkedés kifejeződésének egyéni különbségeihez. Figyelembe kell venni a jutalom hedonikus értékét is, mivel ez nagyban befolyásolja motivációnkat és étkezési szokásainkat. További kulcsfontosságú befolyásoló tényezők azok a hormonok, amelyek szabályozzák az energia homeosztázisát, pl. Inzulin, leptin és ghrelin. A közelmúltban bebizonyosodott, hogy közvetlenül módosítják a dopaminerg neuronok aktivitását is. Ez a moduláció genetikai ellenőrzés alatt áll, így a genetikai tényezők is központi szerepet játszanak az impulzus-szabályozás változékonyságában.

Az elhízás idegi kapcsolati erősségeinek genetikai szabályozása

Az úgynevezett FTO gén (zsírtömeg és az elhízással társult gén) variációi jelenleg a legismertebb genetikai tényezők, amelyek hajlamosítják az embereket a nem monogén elhízásra. Érdekes módon a FTO gén variációi szorosan összefüggnek a viselkedési problémák széles spektrumával is, amelyek némelyike patológiás, például figyelemhiány, affektív tünetek és szerekkel való visszaélés [2]. A pontos mechanizmusok, amelyek révén ezek a genetikai variációk magatartási változásokat idéznek elő, vagy befolyásolják a testtömeget, nem világosak.

Egerekben az Fto gén döntő fontosságú a dopamin 2 és 3 receptorok szabályozásában [3]. Ennek alapján a kutatók azt vizsgálták, hogy az FTO gén variánsai kölcsönhatásba lépnek-e egy emberben egy további gén (ANKK1-Taq1A) variánsaival, ami befolyásolja a striatális dopamin-2 receptorok sűrűségét, és az elhízás kialakulásához is kapcsolódik-e. volt. Viselkedési tesztekben és funkcionális mágneses rezonancia képalkotás segítségével sikerült megmutatni, hogy az FTO gén változatai befolyásolják az erősítéstanulást: Az FTO gén hordozói kevésbé tanulnak a negatív eredményekből, különösen, ha a dopamin 2 receptorok sűrűsége is csökken.

1. ábra: Az FTO gén variációi befolyásolják a középagy dopaminerg idegi aktivitását és a negatív eredményekből való tanulást. Különösen az FTO-variációk modulálják a kapcsolatokat az agy jutalmazási rendszerének alapvető régióiban; ez a kapcsolat funkcionális és szerkezeti szilárdságára egyaránt vonatkozik. mPFC = medialis prefrontális kéreg; VTA/SN = dopaminerg középagy: VTA = ventrális tegmentális terület, SN = substantia nigra; NAcc = nucleus accumbens.

Ezenkívül a neurális hálózati kapcsolatok összekapcsolhatóságának elemzésére szolgáló matematikai modellezési megközelítések megerősítették, hogy az FTO variánsok modulálják a neurális kapcsolatokat a dopaminerg által szabályozott jutalmazási rendszer egy részében (1. ábra, [4]). Ez azt a mechanizmust sugallja, amellyel az elhízásra való genetikai hajlam befolyásolja az agy jutalmának feldolgozását. Mivel egy ilyen moduláció nagyon általános tanulási eredményekhez kapcsolódik, egy ilyen mechanizmus releváns lehet a D2R-függő impulzusszabályozás egyéb rendellenességei esetén is, például a függőség szempontjából.

Annak érdekében, hogy jobban megértsük az FTO által közvetített elhízás általános hatását az agyra és az étrendre, genotípus-specifikus különbségeket vizsgáltunk az agy felépítésében és az ételekre adott neuronális válaszban. Az agyszerkezetbeli különbségeket a mágneses rezonancia tomográfia anatómiai képeiből lehet beszerezni, úgynevezett osztályozási módszerekkel; Az egyes tesztalanyok egyéni felvételei közötti képi különbségeket lényegében gépi tanulási módszerekkel elemzik és statisztikailag értékelik. Az étel reakcióképessége meghatározható funkcionális mágneses rezonancia tomográfiával az étel vizuális észlelésére szolgáló feladatban.

Eredményeink azt sugallják, hogy az FTO variáns hordozói, amelyek kedveznek a túlsúlyra való hajlamnak a teszt személyeknél, speciális agyi szerkezetük miatt meghibásodhatnak [5]. Az agy morfológiájának változásai egy szűken körülírt, heteromodális szenzoros kéreg területén (a hátsó fusiform gyrus), amelyet általában vizuális kontextus feldolgozásához rendelnek, itt meghatározóak. Érdekes, hogy ennek a genetikai variánsnak a hordozói szintén fokozott idegi választ mutatnak az élelmiszer-ingerekre ugyanazon a kortikális területen. Összefoglalva, a megállapítások neurális alapot nyújtanak az elhízás fokozott élelmiszer-reaktivitásához, ami alátámasztja a függőség kialakulásának koncepcióját. Ezen túlmenően az eredmények azt sugallják, hogy egyetlen kérgi terület kifejezetten jelentős lehet az élelmiszer vizuális szaktudásának kiépítésében - ezt korábban elsősorban az arcfelismerés összefüggésében ismerték.