Мозг обрабатывает множество сигналов, которые помогают нам регулировать, что мы едим и сколько. Как узнать, что вкусно, а что нет? И как наш мозг сообщает нам, сколько нужно съесть, когда мы не очень голодны, по сравнению с тем, когда мы голодны после долгой тренировки??
Исследователи из Университета Рокфеллера, работающие с мухами дрозофилы, приблизили нас на один шаг к пониманию биологии питания. В исследовании, опубликованном в Cell, они определили набор нейронов, которые активируются только тогда, когда мухи едят очень сладкий раствор, особенно когда мухи голодны.
Если пища менее сладкая или когда мухи относительно сыты, эти нейроны становятся менее активными.
Исследователи были удивлены, обнаружив, что эти клетки мозга соединяются со вкусовыми нейронами в глотке или горле, а не с мухиным эквивалентом языка, что означает, что мухи могут непосредственно ощущать вкус и контролировать пищу, глотая ее.
«Эти нейроны в мозгу мух являются частью чего-то вроде« пищевого контура », — говорит Нилай Япичи, научный сотрудник лаборатории ведущего автора Лесли Фосхолла, профессора Робина Чемерса Нойштейна и главы лаборатории нейрогенетики и поведения. Некоторые аспекты этой «пищевой цепи» существуют у многих других животных, таких как мыши и люди, и одним из следующих шагов исследования будет изучение того, есть ли другие аспекты, такие как специфические нейроны, которые Япичи и Фосхалл идентифицировали у мух, существуют в мозгу млекопитающих. «Мы до сих пор не знаем, так ли это, — говорит Япичи, — но это было бы очень интересно, особенно если это позволит нам больше узнать о том, как мы едим — и почему мы часто едим слишком много»."
Время ужина
Вот как эта схема, по-видимому, работает: нейроны вкуса в глотке (горле) мух соединяются с группой из 12 нейронов, известных как клетки IN1, которые, в свою очередь, передают сигналы в нейронные цепи, которые сообщают мозгу, продолжать ли есть.
«Эти 12 интернейронов помогают мозгу определять, что едят мухи, и помогают регулировать, продолжать или останавливать», — говорит Япичи. "Если мы дадим мухам что-нибудь сладкое, и они будут голодны, они будут есть постоянно. Если он менее сладкий, они не едят столько. Нейроны помогают мозгу оценивать, что ест животное, пока оно ест."
Новый подход
Трудно отследить, сколько мухи едят каждый день.
Каждая муха крошечная и ежедневно потребляет примерно микролитр пищи, поэтому очень трудно измерить небольшие различия в потреблении пищи. Для текущего исследования Япичи, Фосхалл и их коллеги первыми разработали новую технику, которую они назвали Expresso, — исключительно точный датчик, который непрерывно регистрирует, сколько мухи потребляют, в режиме реального времени.
Пока мухи едят, исследователи могут наблюдать за их мозгом с помощью монитора, который фиксирует уровень кальция в нейронах, что является показателем активности нейронов.
Эта часть исследования была проведена в сотрудничестве с Рафаэлем Коном, аспирантом лаборатории Ванессы Рута, Габриэль Х. Рим и Герберт Дж. Кайден доцент и заведующий лабораторией нейрофизиологии и поведения.
Чтобы определить конкретные нейроны, участвующие в пищевом поведении, исследователи подавляли различные популяции нейронов и наблюдали, что в результате изменилось.
Они обнаружили, что когда они подавляли клетки IN1, мухи начинали есть, но останавливались преждевременно, даже если они все еще были голодны. «Замалчивание активности этих нейронов, по-видимому, подавляет потребление пищи», — говорит Япичи. Более того, когда исследователи снова включили эти нейроны, сытые мухи ели так, как будто они голодали.
Затем исследователи наблюдали, как эта конкретная группа нейронов ведет себя в нормальных ситуациях. Они обнаружили, что когда голодные мухи выпивают даже небольшое количество вкусной сладкой пищи, клетки IN1 активируются и остаются активными в течение многих минут после того, как еда была проглочена. Исследователи считают, что активность клеток IN1 побуждает этих животных принимать пищу. Поэтому логично, что, когда мухи не голодны и не сталкиваются с сладкой пищей, нейроны по-прежнему становятся активными, но относительно быстро успокаиваются.
Когда мухи голодны и у них есть только выбор менее вкусной еды, нейроны все еще демонстрируют всплеск активности, но он быстро успокаивается, подобно тому, как это происходит, когда насыщенным мухам дают вкусную пищу. В каждом случае активность клеток IN1 отражала пищевое поведение мухи.
Жаждет помощи
Исследователи считают, что эти результаты могут иметь значение для заболеваний, связанных с приемом пищи, таких как ожирение. «Цель изучения поведения, связанного с потреблением пищи, — говорит Япичи, — состоит в том, чтобы понять биологические сигналы, которые заставляют нас есть."
Работая с мухами, у которых относительно небольшой мозг по сравнению с млекопитающими, исследователи могут более легко идентифицировать и управлять конкретными цепями, которые регулируют потребление пищи, а затем посмотреть, действуют ли аналогичные пути у животных с более сложной нейросхемой, таких как мыши и другие млекопитающие. «Если вы обнаружите нейронные механизмы на лету, вы можете найти аналогичные принципы в модели мыши — поскольку вы знаете, что ищете, может быть легче найти», — говорит Япичи.