Αν δυσκολεύεστε να ακολουθήσετε μια δίαιτα απώλειας βάρους, οι επιστήμονες στο Ερευνητικό Κέντρο Janelia του Ινστιτούτου Ιατρικών Ερευνών Howard Hughes λένε ότι πιθανότατα μπορείτε να κατηγορήσετε τους ευαίσθητους στην πείνα νευρώνες του εγκεφάλου σας, γνωστούς ως νευρώνες AGRP. Σύμφωνα με νέα πειράματα, αυτοί οι νευρώνες είναι υπεύθυνοι για τα δυσάρεστα συναισθήματα της πείνας που κάνουν το τσιμπολόγημα ακαταμάχητο.
Τα αρνητικά συναισθήματα που σχετίζονται με την πείνα μπορούν να δυσκολέψουν τη διατήρηση μιας δίαιτας και την απώλεια βάρους, και αυτοί οι νευρώνες βοηθούν να εξηγηθεί αυτός ο αγώνας, λέει ο Scott Sternson, επικεφαλής ομάδας στο Janelia. Σε ένα περιβάλλον όπου το φαγητό είναι άμεσα διαθέσιμο, το δύσκολα να αγνοηθεί σήμα τους μπορεί να φαίνεται σαν ενόχληση, αλλά από εξελικτική άποψη, έχει νόημα. Για τους πρώιμους ανθρώπους ή τα άγρια ζώα, η αναζήτηση τροφής ή νερού μπορεί να σημαίνει περιπέτεια σε ένα επικίνδυνο περιβάλλον, κάτι που μπορεί να απαιτεί κάποια ενθάρρυνση. «Υποψιαζόμαστε ότι αυτό που κάνουν αυτοί οι νευρώνες είναι να επιβάλλουν ένα κόστος στο να μην αντιμετωπίζεις τις φυσιολογικές σου ανάγκες», προσθέτει.
Οι νευρώνες AGRP δεν οδηγούν άμεσα ένα ζώο να φάει, αλλά μάλλον το διδάσκουν να ανταποκρίνεται σε αισθητηριακά σήματα που υποδεικνύουν την παρουσία τροφής. «Υποψιαζόμαστε ότι αυτοί οι νευρώνες είναι ένα πολύ παλιό συστημα κινήτρων που εξαναγκάζει ένα ζώο να ικανοποιήσει τις φυσιολογικές του ανάγκες. Μέρος του κινήτρου για αναζήτηση τροφής είναι να απενεργοποιήσει αυτούς τους νευρώνες», λέει ο Sternson, του οποίου η ομάδα κατέδειξε επίσης ότι ένα διαφορετικό σύνολο νευρώνων είναι εξειδικευμένο για να προκαλεί δυσάρεστα συναισθήματα δίψας. Ο Sternson και οι συνεργάτες του δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο περιοδικό Nature στις 27 Απριλίου 2015.
Η πείνα επηρεάζει σχεδόν κάθε κύτταρο του σώματος και αρκετοί τύποι νευρώνων είναι αφιερωμένοι στο να διασφαλίζουν ότι ένα ζώο τρώει όταν τα αποθέματα ενέργειας είναι χαμηλά. Αλλά ο Sternson λέει ότι μέχρι τώρα, αυτά που είχαν μάθει οι επιστήμονες για αυτούς τους νευρώνες δεν ταίριαζαν απόλυτα με κάτι που ήδη γνωρίζουμε: η πείνα είναι δυσάρεστη.
«Υπήρχε μια πρώιμη πρόβλεψη ότι θα υπήρχαν νευρώνες που σε κάνουν να νιώθεις άσχημα όταν πεινάς ή διψάς. Αυτό είχε νόημα από διαισθητική άποψη, αλλά όλοι οι νευρώνες που είχαν μελετηθεί φαινόταν να έχουν το αντίθετο αποτέλεσμα», λέει. Σε προηγούμενες μελέτες, οι ερευνητές βρήκαν ότι οι νευρώνες που προωθούσαν το φαγητό το έκαναν αυξάνοντας τα θετικά συναισθήματα που σχετίζονται με το φαγητό. Με άλλα λόγια — όπως ήταν αναμενόμενο — η πείνα κάνει το φαγητό να έχει καλύτερη γεύση.
Μερικοί επιστήμονες είχαν αρχίσει να υποψιάζονται ότι οι ιδέες τους για ένα αρνητικό σήμα στον εγκέφαλο που παρακινεί την πείνα μπορεί να ήταν λανθασμένες. Αλλά η γνώση τους για το σύστημα ήταν ελλιπής. Οι νευρώνες AGRP, που βρίσκονται σε μια ρυθμιστική περιοχή του εγκεφάλου γνωστή ως υποθάλαμος, ήταν σαφώς εμπλεκόμενοι στις συμπεριφορές σίτισης: Όταν το σώμα στερείται ενέργειας, οι νευρώνες AGRP γίνονται ενεργοί, και όταν οι νευρώνες AGRP είναι ενεργοί, τα ζώα τρώνε. Αλλά κανείς δεν είχε ακόμη διερευνήσει τη στρατηγική αυτών των κυττάρων για τη δημιουργία αυτού του κινήτρου.
Ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Nicholas Betley και ο μεταπτυχιακός φοιτητής Zhen Fang Huang Cao άρχισαν να αντιμετωπίζουν το ερώτημα με μια σειρά πειραμάτων συμπεριφοράς. Στο πρώτο, πρόσφεραν σε καλά ταϊσμένα ποντίκια δύο αρωματισμένες γέλες — μια με φράουλα και μια με πορτοκάλι. Καμία γέλη δεν περιείχε θρεπτικά συστατικά, αλλά τα πεινασμένα ποντίκια δοκίμασαν και τις δύο. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες χειρίστηκαν τα σήματα πείνας στον εγκέφαλο των ζώων ενεργοποιώντας τους νευρώνες AGRP ενώ κατανάλωναν μια από τις δύο γεύσεις. Σε επόμενες δοκιμασίες, τα ζώα απέφευγαν τη γεύση που είχε συνδεθεί με το ψευδές σήμα πείνας.
Σε ένα αντίστροφο πείραμα, οι επιστήμονες απενεργοποίησαν τους νευρώνες AGRP ενώ πεινασμένα ζώα κατανάλωναν μια συγκεκριμένη γεύση. Τα ζώα ανέπτυξαν προτίμηση για την επιλογή γεύσης που οδηγούσε σε σίγαση των νευρώνων AGRP, υποδηλώνοντας ότι είχαν κίνητρο να απενεργοποιήσουν το δυσάρεστο σήμα των κυττάρων. Σε περαιτέρω πειράματα, οι επιστήμονες βρήκαν ότι τα ποντίκια μαθαίνουν επίσης να αναζητούν μέρη στο περιβάλλον τους όπου οι νευρώνες AGRP είχαν σιγήσει και να αποφεύγουν μέρη όπου αυτά τα κύτταρα ήταν ενεργά.
Στη συνέχεια, ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Shengjin Xu χρησιμοποίησε ένα μικροσκοπικό, κινητό μικροσκόπιο για να κοιτάξει μέσα στους εγκέφαλους πεινασμένων ποντικών και να παρακολουθήσει τη δραστηριότητα των νευρώνων AGRP. Όπως αναμενόταν, τα κύτταρα ήταν ενεργά μέχρι τα ποντίκια να βρουν τροφή. Αυτό που ήταν εκπληκτικό, λέει ο Sternson, είναι ότι τα ποντίκια δεν χρειαζόταν να φάνε για να ησυχάσουν οι νευρώνες. Αντ’ αυτού, τα κύτταρα σταματούσαν τη δραστηριότητα μόλις ένα ζώο έβλεπε τροφή — ή ακόμη και ένα σήμα που προέβλεπε τροφή. Και η δραστηριότητά τους παρέμενε χαμηλή ενώ το ζώο έτρωγε.
Αυτό δεν θα είχε νόημα αν η δουλειά των νευρώνων AGRP ήταν να κάνουν το φαγητό να έχει καλύτερη γεύση ή αν έλεγχαν άμεσα τις επιμέρους ενέργειες που συνιστούν το φαγητό, που ήταν δύο πιθανότητες, λέει ο Sternson. Αλλά για να ενθαρρύνει το φαγητό, ένα αρνητικό σήμα θα έπρεπε να απενεργοποιείται όταν ένα ζώο κατανάλωνε τροφή. Έτσι, τα πειράματα απεικόνισης υποστήριξαν περαιτέρω αυτά που είχαν μάθει στα προηγούμενα πειράματά τους.
Η ομάδα αργότερα διεξήγαγε παρόμοια πειράματα στα οποία χειρίστηκαν νευρώνες ευαίσθητους στη δίψα αντί για νευρώνες AGRP. Αυτοί οι νευρώνες, που βρίσκονται σε ένα μέρος του εγκεφάλου γνωστό ως υποφαινικό όργανο (SFO), συμπεριφέρθηκαν παρόμοια: τα ζώα απέφευγαν μέρη όπου οι νευρώνες SFO ήταν ενεργοί, υποδηλώνοντας ότι τα κύτταρα δημιουργούσαν ένα αρνητικό συναίσθημα. Και πάλι, τα ευρήματα ήταν συνεπή με την καθημερινή εμπειρία: «Υπάρχει μια παρόμοια ποιότητα κινήτρου στην πείνα και τη δίψα», λέει ο Sternson. «Θέλεις να τελειώσουν». Αλλά παρόλο που οι νευρώνες AGRP και SFO παρακινούν παρόμοιες συμπεριφορές, οι στόχοι τους είναι πολύ συγκεκριμένοι: Οι νευρώνες AGRP οδηγούν τα ζώα μόνο να φάνε και οι νευρώνες SFO οδηγούν τα ζώα μόνο να πιούν. Πρόσφατη ανεξάρτητη εργασία του ερευνητή του HHMI Charles Zuker στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια έχει επίσης δείξει ότι ένα κύκλωμα στο SFO ρυθμίζει τη δίψα.
Περισσότερες πληροφορίες: Neurons for hunger and thirst transmit a negative-valence teaching signal, Nature, DOI: 10.1038/nature14416.
