Takarmányozás az agyban Az idegi áramkör az élelmiszer körül forog - élelmiszer-monitor
Az étel keresése az emberekben és az állatokban elsődleges ösztön. De hogy pontosan mi történik az agyban, azt korábban nem tudni. A berlini Leibniz Molekuláris Farmakológiai Intézet (FMP) és a NeuroCure Kiválósági Klaszter tudósai mára képesek voltak pótolni a tudásbeli hiányosságokat: Felfedeztek egy neurális áramkört, amely aktiválja a takarmányozást.
A látványos az, hogy a jelzőút aktiválása független az éhségtől. A felfedezés lehetővé teszi a biológiai és kóros folyamatok teljesen új megértését. Például új terápiákat lehetne kifejleszteni az evészavarok kezelésére.
A kutatási eredményeket nemrég tették közzé a "Nature" folyóiratban.
Amikor a gondolataid az étel körül forognak, annak ellenére, hogy valóban tele vagy, ez teljesen normális. Mert a takarmányozás veleszületett ösztön. Míg a vadászat és az összegyűjtés létfontosságú volt őseink számára, a 21. század evolúciós öröksége hűtőszekrénybe vagy a legközelebbi szupermarketbe vezet.
Az idegtudósok szempontjából ez a folyamat rendkívül érdekes, már csak azért sem, mert ezen a területen a rendellenességek esetleg megmagyarázhatják az étkezési rendellenességeket, például az étvágytalanságot. Ehhez azonban először ismernie kell azokat az idegi mechanizmusokat, amelyeken az élelmezés folyik.
A hipotalamuszban a kommunikáció villámsebességű hullámokon keresztül történik
Ismert volt, hogy az agyban rendkívül gyors hullámok, másodpercenként 30-100 rezgéssel, támogatják az alapvető kognitív funkciókat, például a memóriát, a figyelmet és a mentális rugalmasságot; de nem arról, hogy részt vesznek-e és hogyan vesznek részt olyan létfontosságú magatartásban, mint például az élelem etetése. Dr. Tatiana Korotkova és Dr. Alekszej Ponomarenko most pontosan ezeket a bizonyítékokat tudta megadni:
A berlini Leibniz Molekuláris Farmakológiai Intézet (FMP) és a Neurocure Kiválósági Klaszter két tudósa felfedezte azt az idegsejtkört, amely aktiválja az élelmiszer-takarmányozást, és kimutatták, hogy az úgynevezett gamma-oszcillációk szervezik ezt a mechanizmust a laterális hipotalamuszban az oldalsó septum bemenetein keresztül. . A villámgyors hullámok segítenek az információk közvetlen továbbításában a hipotalamuszba, ahol többek között az étkezési magatartás is szabályozott. A kutatók képesek voltak feltörni azt a kódot is, amelyet a gamma-rezgések használnak kommunikációjukhoz.
"Az Egyesült Államokból és Nagy-Britanniából érkezett kollégákkal együtt pontosan jellemezhettük az áramkört különböző szinteken - az anatómiai kapcsolatoktól kezdve az egyes sejtek gerjesztéséig" - írja le Tatiana Korotkova és Alekszej Ponomarenko azokat a kutatási eredményeket, amelyeket most a Nature elismert folyóirat publikált.
Az optogenetika az idegi eseményeket tárja fel
A kutatók az optogenetika segítségével felkutatták a neurális áramkört, ez a folyamat lehetővé teszi az agyban lévő speciális jelutak vezérlését a fény hatására. Ebben az esetben a fény arra ösztönözte az egereket, hogy táplálékforrásokat keressenek, még akkor is, ha egyáltalán nem voltak éhesek. "Lenyűgöző volt látni, hogy a laterális hipotalamusz gamma-rezgései olyan erős hatást váltottak ki, ahol ez az agyi régió korábban főleg kémiai és hormonális jelekre adott válaszáról volt ismert" - számol be Marta Carus PhD hallgató.
Az ételkeresés független az éhségtől
Szintén figyelemre méltó: Az étel megtalálása nem eredményezte, hogy a kis rágcsálók többet esznek. Ez arra utal, hogy a takarmányozás és az étkezési magatartás részben független mechanizmusokkal rendelkezik, amit később a kísérletek is megerősítettek. "A megfelelő táplálék megtalálása időigényes vállalkozás a szabadban" - magyarázza Korotkova -, ezért indulnak el az állatok, mielőtt éhesek lennének, és lehet, hogy már késő.
Az emberekre vonatkoztatva ez azt jelenti: "Valószínűleg ez az áramkör arra ösztönöz minket, hogy ellenőrizzük egy idegen város éttermeit, vagy továbbra is a hűtőszekrénybe nézzünk" - mondja a biológus. "Ma már azt is tudjuk, hogy ebben fontos szerepet játszik a prefrontális kéreg, az agy olyan régiója, amely koordinálja a célorientált viselkedést."
A kutatók időközben sejtszinten képesek voltak kimutatni az etetés és az étkezés közötti elválasztást. A gamma-oszcillációk során az étellel társult sejteket külön-külön aktiválták a nem élelmiszerhez kapcsolódó sejtektől, nagyon pontos időzítéssel. "Az a tény, hogy az étellel társult sejteket szelektíven befolyásolták a hipotalamuszra gyakorolt ritmikus hatások, csodálatos betekintést enged abba, hogy a szerkezet és a funkció hogyan hat egymással az agyban" - hangsúlyozza Alekszej Ponomarenko alapkutató. Hozzáteszi: "Láttuk, hogy a gamma-rezgések az agyrégiók és a sejttípusok közötti információ továbbításával szabályozzák a túlélés szempontjából fontos viselkedést."
Alapot hozott az étkezési rendellenességek elleni új terápiákra
Különösen érdekes az idegtudósok számára az a megállapítás, hogy az ételkeresés elválik az élettani táplálékigénytől. Úgy tűnik azonban, hogy ez a mechanizmus nem működik megfelelően étkezési rendellenességek esetén. Míg egyesek az éhségen túl esznek, mások kerülik az étellel való érintkezést. A tudósok szerint különösen kívánatos lenne, ha a kutatási eredményeket felhasználhatnánk az anorexiások segítésére, mivel ez a betegség a legmagasabb halálozási arányú mentális rendellenesség.
A mögöttes idegi mechanizmusok megértése nem vezethet csodaszerhez, de Tatiana Korotkova és Alekszej Ponomarenko szerint ez utat nyithat az étkezési rendellenességek innovatív terápiái előtt.
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). A gamma-rezgések megszervezik a fentről lefelé történő jelzést a hipotalamusz számára, és lehetővé teszik az ételkeresést. Természet, doi: 10.1038/nature21066.
*) egyformán közreműködő szerzők, §-nak megfelelő szerzők
Ezt a munkát a The Human Frontier Science Program (HFSP; RGY0076/2012, TK, DB), a Német Kutatási Alapítvány (DFG; Exc 257 NeuroCure, TK és AP; SPP1665, AP), az NIH támogatta (a számítástechnikai idegtudomány együttműködésének kutatása, CRCNS; 1R01 NS067199, CB), Német-Izraeli Tudományos Kutatási és Fejlesztési Alapítvány (GIF; I-1326-421.13/2015, TK).
Dr. Tatiana Korotkova, dr. Alekszej Ponomarenko
Viselkedési neurodinamika csoport
Leibniz Molekuláris Farmakológiai Intézet (FMP)/
NeuroCure Kiválósági Klaszter
Charité Campus Mitte
Dorotheenstrasse 94, 10117 Berlin
Tel. +49 (0) 30 450539764
Fax. +49 (0) 30 450539964
közkapcsolatok
Leibniz Molekuláris Farmakológiai Intézet (FMP),
Robert-Rössle-Strasse 10, 13125 Berlin