Dispozícia k nadváhe ovplyvňuje učebné správanie spoločnosti Max Planck Society

úvod

Podľa Spolkového štatistického úradu má viac ako polovica všetkých Nemcov nadváhu a prudko sa zvyšuje aj cukrovka 2. typu. Cukrovka 2. typu je typické sekundárne ochorenie prejedaním sa a nedostatkom pohybu. Kolínski vedci skúmajú, ako sa obezita vyskytuje a ako si telo udržuje rovnováhu (homeostázu) medzi príjmom potravy a spotrebou energie. Relevantné je nielen tukové tkanivo a svaly, ale aj mozog.

Na obezitu (obezitu) sa v súčasnosti hľadí ako na komplexný behaviorálny syndróm, ktorý vzniká deviantným správaním rôzne predisponovaných jedincov. Tento prístup si vyžaduje porozumenie interakcie medzi takzvaným hedonickým správaním (orientovaným na potešenie) a homeostatickou kontrolou. Skúmanie tejto interakcie si vyžaduje vytvorenie biologicko-matematických modelov, ktoré kombinujú fyziológiu systému nervových odmien s faktormi ovplyvňujúcimi hormóny a vzorcami správania. Konkrétne sa používajú techniky počítačového modelovania, ktoré na základe údajov zo zobrazovacích procesov predpovedajú jednotlivé výrazy vzorcov správania. Cieľom je dospieť k mechanicky interpretovateľnému tvrdeniu namiesto použitia čisto fenomenologickej klasifikácie.

Súčasné teórie o prejedaní, vrátane súčasných konceptov závislosti na potravinách, identifikujú impulzívne správanie ako kľúčový rizikový faktor. Pretože je však obezita heterogénnym ochorením, porucha kontroly impulzov a s ňou spojené návykové správanie ovplyvňuje iba niektorých pacientov. Pre vývoj patofyziologických teórií o vývoji choroby, diagnostických kritérií a najmä terapeutických prístupov je preto nevyhnutné pochopiť základné mechanizmy tejto heterogenity.

Za účelom realizácie týchto myšlienok bola najskôr zavedená metóda pre modelovú analýzu impulzívneho správania [1]. Tu sa impulzívnosť počíta ako nárast rizikových rozhodnutí vyplývajúci z neistoty možných následkov rozhodnutia. V podstate dostaneme index impulzivity, ktorý - v porovnaní s klasickými dotazníkmi - nie je výsledkom introspekcie, ale popisuje skutočné správanie. Tento model sa teraz použil v behaviorálnych štúdiách s obéznymi pacientmi.

Z biologického hľadiska môže byť variabilita impulzivity založená na individuálnych rozdieloch v neuromodulačných mechanizmoch. Rozhodujúcu úlohu tu majú dopaminergné neuróny v centrálnych štruktúrach takzvaného systému odmien. Ide o to, že potravinové podnety spôsobujú, že mozog túži po odmene. Môže za to mezokortikolimbický systém, široko rozvetvená sieť oblastí mozgu. Tento systém odmien funguje ako okruh: v mozgovej kôre vzniká túžba. Ak sa tomu poddáte, signály idú do limbického systému, hipokampu a nakoniec do mozgovej kôry - ako spätná väzba, že príkaz bol vykonaný. Najdôležitejšou látkou prenášajúcou signál v systéme je dopamín. Sprostredkuje túžbu a očakávanie odmeny, a preto je dôležitým motivátorom.

Aby sme to pochopili v kontexte porúch mechanizmov kontroly impulzov, je potrebné určiť, ktoré zložky dopaminergnej regulácie systému neurálnej odmeny súvisia s jednotlivými rozdielmi vo vyjadrení impulzívneho správania. Mala by sa brať do úvahy aj hedonická hodnota odmeny, pretože to vo veľkej miere ovplyvňuje našu motiváciu a naše stravovacie návyky. Ďalšími významnými ovplyvňujúcimi faktormi sú hormóny, ktoré regulujú energetickú homeostázu, napríklad inzulín, leptín a ghrelín. Nedávno sa ukázalo, že tiež priamo modulujú aktivitu dopaminergných neurónov. Táto modulácia je pod genetickou kontrolou, takže genetické faktory tiež zohrávajú ústrednú úlohu vo variabilite kontroly impulzov.

Genetická regulácia síl nervového spojenia v obezite

Variácie takzvaného génu FTO (gén pre tukovú hmotu a obezitu) sú v súčasnosti najznámejšie genetické faktory, ktoré predisponujú ľudí k nemonogénnej obezite. Je zaujímavé, že variácie v géne FTO úzko súvisia aj so širokým spektrom problémov v správaní, z ktorých niektoré sú patologické, ako sú napríklad poruchy pozornosti, afektívne príznaky a zneužívanie návykových látok [2]. Presné mechanizmy, pomocou ktorých tieto genetické variácie spôsobujú zmeny správania alebo ovplyvňujú telesnú hmotnosť, sú nejasné.

U myší je gén Fto zásadný pre reguláciu dopamínových 2 a 3 receptorov [3]. Na tomto základe vedci skúmali, či varianty génu FTO interagujú s variantmi ďalšieho génu (ANKK1-Taq1A) u ľudí, čo ovplyvňuje hustotu striatálnych dopamínových receptorov 2 a má súvislosť aj s vývojom obezity. bol. V testoch správania a pomocou funkčného zobrazovania magnetickou rezonanciou bolo možné preukázať, že varianty génu FTO ovplyvňujú učenie posilňovania: Nosiče génu FTO sa menej učia z negatívnych výsledkov, najmä ak je tiež znížená hustota receptorov dopamínu 2.

Obr: Zmeny v géne FTO ovplyvňujú dopaminergnú nervovú aktivitu stredného mozgu a učenie sa z negatívnych výsledkov. Obzvlášť variácie FTO modulujú spojenia v základných oblastiach systému odmien v mozgu; to ovplyvňuje funkčnú aj štrukturálnu pevnosť spojenia. mPFC = stredná prefrontálna kôra; VTA/SN = dopaminergný stredný mozog: VTA = ventrálna tegmentálna oblasť, SN = substantia nigra; NAcc = nucleus accumbens.

Prístupy matematického modelovania na analýzu prepojenia pripojení neurónových sietí navyše potvrdili, že varianty FTO modulujú neurálne spojenia v časti dopaminergne regulovaného systému odmien (Obr, [4]). To naznačuje mechanizmus, pomocou ktorého genetická predispozícia k obezite ovplyvňuje spracovanie odmien v mozgu. Pretože takáto modulácia súvisí s veľmi všeobecnými výsledkami učenia, mohol by byť takýto mechanizmus relevantný aj pre ďalšie poruchy regulácie impulzov závislých od D2R, napríklad s ohľadom na závislosť.

Aby sme ďalej porozumeli všeobecnému vplyvu, ktorý má obezita sprostredkovaná FTO na mozog a stravu, skúmali sme genotypovo špecifické rozdiely v štruktúre mozgu a v neuronálnej reakcii na jedlo. Rozdiely v štruktúre mozgu je možné získať z anatomických snímok magnetickej rezonančnej tomografie pomocou takzvaných klasifikačných metód; obrazové rozdiely medzi jednotlivými záznamami jednotlivých testovaných osôb sa v zásade analyzujú a štatisticky hodnotia pomocou metód strojového učenia. Reaktivitu potravín je možné určiť vo funkčnej magnetickej rezonančnej tomografii pri úlohe vizuálneho vnímania potravy.

Naše výsledky naznačujú, že nosiče variantu FTO, ktorý uprednostňuje u testovaných osôb tendenciu k nadváhe, môžu zlyhať kvôli svojej špeciálnej štruktúre mozgu [5]. Tu sú rozhodujúce zmeny v morfológii mozgu v úzko ohraničenej heteromodálnej oblasti senzorickej kôry (zadný fusiformný gyrus), ktorá sa zvyčajne priraďuje spracovaniu vizuálneho kontextu. Je zaujímavé, že nosiče tohto genetického variantu tiež vykazujú zvýšenú nervovú reakciu na potravinové podnety v tej istej kortikálnej oblasti. Stručne zhrnuté, zistenia poskytujú nervový základ pre zvýšenú reaktivitu potravy pri obezite, čo podporuje koncepciu rozvoja závislosti. Výsledky navyše naznačujú, že jediná kortikálna oblasť môže byť osobitne významná pri budovaní vizuálnych znalostí v potravinách - to bolo predtým známe predovšetkým v súvislosti s rozpoznávaním tváre.