Predispoziția la obezitate influențează comportamentul de învățare Max Planck Society
introducere
Potrivit Oficiului Federal de Statistică, mai mult de jumătate dintre germani sunt supraponderali, iar diabetul de tip 2 crește, de asemenea, brusc. Diabetul de tip 2 este o boală secundară tipică a supraalimentării și a lipsei de efort. Oamenii de știință din Köln studiază modul în care apare obezitatea și modul în care organismul menține echilibrul (homeostazia) între aportul de alimente și consumul de energie. Nu numai țesutul gras și mușchii sunt relevanți, ci și creierul.
Obezitatea (obezitatea) este privită în prezent ca un sindrom comportamental complex care apare din comportamentul deviant al indivizilor predispuși diferit. Această abordare face necesară înțelegerea interacțiunii dintre așa-numitul comportament hedonic (orientat spre plăcere) și controlul homeostatic. Investigarea acestei interacțiuni necesită stabilirea unor modele biologico-matematice care combină fiziologia sistemului de recompensă neuronală cu factori de influență hormonală și tipare comportamentale. În mod specific, sunt utilizate tehnici de modelare bazate pe computer care, pe baza datelor din procesele de imagistică, prezic expresii individuale ale tiparelor comportamentale. Scopul este de a ajunge la o afirmație interpretabilă mecanicist în loc să utilizeze o clasificare pur fenomenologică.
Teoriile actuale de supraalimentare, inclusiv conceptele actuale de dependență de alimente, identifică comportamentul impulsiv ca un factor cheie de risc. Cu toate acestea, din moment ce obezitatea este o boală eterogenă, tulburarea de control a impulsurilor și comportamentul asociat dependenței se aplică numai la unii pacienți. Prin urmare, este esențial pentru dezvoltarea teoriilor fiziopatologice privind dezvoltarea bolii, a criteriilor de diagnostic și în special a abordărilor terapeutice pentru a înțelege mecanismele care stau la baza acestei eterogenități.
Pentru a urmări aceste idei, a fost stabilită mai întâi o metodă pentru analiza bazată pe modele a comportamentului impulsiv [1]. Aici, impulsivitatea este calculată ca o creștere a deciziilor riscante care rezultă din incertitudinea posibilelor consecințe decizionale. În esență, obținem un indice de impulsivitate care - în comparație cu chestionarele clasice - nu este rezultatul introspecției, ci descrie comportamentul real. Acest model a fost folosit acum în studii comportamentale cu pacienți obezi.
Din punct de vedere biologic, variabilitatea impulsivității s-ar putea baza pe diferențe individuale în mecanismele neuromodulatoare. Neuronii dopaminergici din structurile centrale ale așa-numitului sistem de recompensă joacă un rol decisiv aici. Ideea aici este că stimulii alimentari determină creierul să dorească recompensă. Sistemul mezocorticolimbic, o rețea larg ramificată de zone cerebrale, este responsabil de acest lucru. Acest sistem de recompensă funcționează ca un circuit: apare o dorință în cortexul cerebral. Dacă renunți la el, semnalele se îndreaptă către sistemul limbic, hipocampus și, în cele din urmă, către cortexul cerebral - ca feedback că a fost efectuată comanda. Cea mai importantă substanță mesager din sistem este dopamina. Transmite dorința și așteptarea de recompense și, prin urmare, este un motivator important.
Pentru a înțelege acest lucru în contextul tulburărilor mecanismelor de control al impulsurilor, trebuie să se determine ce componente ale reglării dopaminergice ale sistemului de recompensă neuronală sunt legate de diferențele individuale în exprimarea comportamentului impulsiv. În plus, ar trebui luată în considerare valoarea hedonică a recompensei, deoarece acest lucru influențează foarte mult motivația și obiceiurile noastre alimentare. Alți factori cheie care influențează sunt hormonii care reglează homeostazia energetică, de ex. Insulina, leptina și grelina. Recent s-a demonstrat că și ele modulează direct activitatea neuronilor dopaminergici. Această modulație se află sub control genetic, astfel încât factorii genetici joacă, de asemenea, un rol central în variabilitatea controlului impulsurilor.
Reglarea genetică a punctelor forte ale conexiunii neuronale la obezitate
Variațiile așa-numitei gene FTO (masa grasă și gena asociată obezității) sunt în prezent cei mai cunoscuți factori genetici care predispun oamenii la obezitate non-monogenă. Interesant, variațiile genei FTO sunt, de asemenea, strâns legate de o gamă largă de anomalii comportamentale, dintre care unele sunt patologice, cum ar fi Deficite de atenție, simptome afective și abuz de substanțe [2]. Mecanismele exacte prin care aceste variații genetice determină modificări comportamentale sau influențează greutatea corporală sunt neclare.
La șoareci, gena Fto este crucială pentru reglarea receptorilor dopaminei 2 și 3 [3]. Pe această bază, cercetătorii au investigat dacă variantele genei FTO interacționează cu variantele unei gene suplimentare (ANKK1-Taq1A), care influențează densitatea receptorilor de dopamină striatală-2 și a fost, de asemenea, legată de dezvoltarea obezității. a fost. Testele comportamentale și imagistica prin rezonanță magnetică funcțională au arătat că variantele genei FTO influențează învățarea de consolidare: Purtătorii genei FTO învață mai slab dintr-un rezultat negativ, mai ales dacă densitatea receptorilor de dopamină 2 este, de asemenea, redusă.
Fig. 1: Variațiile genei FTO influențează activitatea neuronală dopaminergică a creierului mediu și învață din rezultatele negative. În special, variațiile FTO modulează conexiunile în regiunile de bază ale sistemului de recompense din creier; aceasta afectează atât rezistența funcțională, cât și rezistența structurală a conexiunii. mPFC = cortexul prefrontal medial; VTA/SN = creier mediu dopaminergic: VTA = zona tegmentală ventrală, SN = substanță nigra; NAcc = nucleu accumbens.
Fig. 1: Variațiile genei FTO influențează activitatea neuronală dopaminergică a creierului mediu și învață din rezultatele negative. În special, variațiile FTO modulează conexiunile în regiunile de bază ale sistemului de recompense din creier; acest lucru afectează atât rezistența funcțională, cât și rezistența structurală a conexiunii. mPFC = cortexul prefrontal medial; VTA/SN = creier mediu dopaminergic: VTA = zona tegmentală ventrală, SN = substantia nigra; NAcc = nucleu accumbens.
În plus, abordările de modelare matematică pentru analiza conectivității conexiunilor de rețea neuronală au confirmat că variantele FTO modulează conexiunile neuronale într-o parte a sistemului de recompensă reglementat dopaminergic (Fig. 1, [4]). Acest lucru sugerează un mecanism prin care o predispoziție genetică la obezitate influențează procesarea recompenselor în creier. Deoarece o astfel de modulație este legată de succesele foarte generale de învățare, un astfel de mecanism ar putea fi utilizat și în alte tulburări ale controlului impulsului dependent de D2R, de ex. în ceea ce privește dependența, fii relevant.
Pentru a înțelege în continuare influența generală a obezității mediată de FTO asupra creierului și a dietei, am investigat diferențele specifice genotipului în structura creierului și în răspunsul neuronal la alimente. Diferențele în structura creierului pot fi obținute folosind așa-numitele metode de clasificare din imagini anatomice ale tomografiei prin rezonanță magnetică; Aici, diferențele de imagine între înregistrările individuale ale persoanelor individuale testate sunt în esență analizate și evaluate statistic folosind metode de învățare automată. Reactivitatea alimentară poate fi determinată prin tomografie funcțională prin rezonanță magnetică într-o sarcină de percepție vizuală a alimentelor.
Rezultatele noastre sugerează că purtătorii variantei FTO, care favorizează tendința la obezitate la persoanele testate, pot eșua datorită structurii lor speciale a creierului [5]. Modificările morfologiei creierului într-o zonă a cortexului senzorial heteromodal îngust circumscris (girusul fusiform posterior), care este de obicei atribuit procesării unui context vizual, sunt decisive aici. Interesant este că purtătorii acestei variante genetice prezintă, de asemenea, un răspuns neuronal crescut la stimulii alimentari din aceeași zonă corticală. Pe scurt, constatările oferă o bază neuronală pentru o reactivitate alimentară crescută la obezitate, care susține conceptul de dezvoltare a dependenței. În plus, rezultatele sugerează că o singură zonă corticală poate fi deosebit de importantă în construirea expertizei vizuale în alimente - acest lucru era cunoscut anterior în primul rând în contextul recunoașterii feței.