Wie Gehirn-Neuronen das Essverhalten steuern

Forscher haben lange untersucht, wie bestimmte Verhaltensweisen, die bei Tieren fest verankert sind, zustande kommen. Ein häufiges Verhalten ist das Fressen. Dieses Verhalten benötigt Input von verschiedenen Sinnen und inneren Signalen, um zu entscheiden, wann und wie gegessen wird. Im Gegensatz zu einfachen Reflexhandlungen beinhaltet das Fressen einen komplexen Entscheidungsprozess, der von vielen Faktoren beeinflusst wird. Obwohl Wissenschaftler viele Gehirnareale identifiziert haben, die das Fressen beeinflussen, haben sie die Netzwerke, die sensorische Signale mit den Handlungen während des Essens verbinden, noch nicht vollständig kartiert.

#Der neuronale Pfad, der Fresssignale verbindet

Um besser zu verstehen, wie das Fressen reguliert wird, haben Wissenschaftler einen spezifischen neuronalen Pfad gesucht. Dieser Pfad verbindet Signale, die mit inneren Körperzuständen (Interozeption) zu tun haben, mit Teilen des Gehirns, die den Akt des Essens selbst steuern. Indem sie diese Komponenten identifizieren, können Forscher mehr darüber lernen, wie das Gehirn Informationen nutzt, um zu entscheiden, wann und was gegessen wird.

Neueste Studien haben einen einfachen Schaltkreis enthüllt, der die Leptin-Signalisierung betrifft, ein Hormon, das mit Hunger und Energiehaushalt in Verbindung steht. Dieser Schaltkreis verbindet Neuronen, die Hunger im arcuate nucleus des Gehirns wahrnehmen, mit dem premotorischen Bereich, der die Kieferbewegungen beim Essen steuert.

#Die Rolle der BDNF-Neuronen beim Fressen

Eine neuronale Population, die für ihre Rolle bei der Regulierung der Nahrungsaufnahme und des Körpergewichts bekannt ist, sind die BDNF (brain-derived neurotrophic factor) Neuronen. Forscher haben untersucht, wie diese Neuronen im ventromedialen Hypothalamus (VMH) aktiviert werden, wenn Tiere eine fettreiche Diät konsumieren. Sie fanden heraus, dass diese Neuronen eine entscheidende Rolle dabei spielen, übermässiges Essen und Gewichtszunahme zu verhindern.

Wenn Tiere eine fettreiche Diät erhalten, steigt die Aktivität dieser BDNF-Neuronen signifikant an. Studien haben gezeigt, dass die Mehrheit der BDNF-Neuronen im VMH einen Marker exprimiert, der anzeigt, dass sie als Reaktion auf eine hohe Fettaufnahme aktiviert werden. Das deutet darauf hin, dass diese Neuronen dem Gehirn signalisieren, übermässigen Nahrungsmittelverbrauch zu begrenzen.

#Untersuchung der Funktion der VMH-BDNF-Neuronen

Um weiter zu verstehen, wie VMH-BDNF-Neuronen funktionieren, wurden Experimente durchgeführt, um ihre spezifischen Eingänge und Ausgänge zu identifizieren. Durch das Entfernen oder Deaktivieren dieser Neuronen bei Mäusen konnten die Forscher beobachten, wie sich die Nahrungsaufnahme veränderte.

Als die VMH-BDNF-Neuronen selektiv abgetragen wurden, konsumierten die Mäuse mehr Nahrung und nahmen mehr Gewicht zu. Das galt sowohl für reguläre Diäten als auch für solche, die reich an Fetten waren. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass diese Neuronen wichtig für die Kontrolle der Nahrungsaufnahme und des Körpergewichts sind.

#Interaktionen zwischen VMH-BDNF-Neuronen und Fressverhalten

Um zu sehen, wie VMH-BDNF-Neuronen das Fressen steuern, verwendeten Wissenschaftler Optogenetik, eine Technik, mit der sie diese Neuronen mit Licht aktivieren oder deaktivieren können. Als sie die Neuronen aktivierten, zeigten die Mäuse einen signifikanten Rückgang der Nahrungsaufnahme. Umgekehrt führte das Hemmen dieser Neuronen zu einem dramatischen Anstieg des Nahrungsverbrauchs.

Die Forscher untersuchten auch, wie diese Neuronen den Konsum von sehr schmackhaften Lebensmitteln beeinflussten. Sie beobachteten, dass die Aktivierung der VMH-BDNF-Neuronen die Aufnahme von süssen und fetthaltigen Leckereien reduzierte, jedoch interessanterweise zu einer erhöhten Aufnahme dieser Lebensmittel führte, sobald die Aktivierung gestoppt wurde. Das deutet darauf hin, dass die Neuronen eine entscheidende Rolle bei der Steuerung von sowohl grundlegenden Hunger- als auch hedonic (vergnügungsgetriebenem) Essen spielen.

#Verhaltensreaktionen auf die Aktivität der VMH-BDNF-Neuronen

In nachfolgenden Studien wurde klar, dass VMH-BDNF-Neuronen nicht nur beeinflussen, wie viel Futter gegessen wird, sondern auch, wie Tiere sich verhalten, wenn Futter verfügbar ist. Wenn die Aktivität der VMH-BDNF-Neuronen gehemmt wurde, zeigten die Tiere vermehrte Kau- und Beissverhalten, selbst wenn keine Nahrungsmittelobjekte vorhanden waren, wie Holzblöcke oder Bettungsmaterialien.

Das führte die Forscher zu der Schlussfolgerung, dass diese Neuronen helfen, die für die Nahrungsaufnahme benötigten Handlungen zu erleichtern, aber sie treiben die Tiere nicht dazu, nach Futter zu suchen. Die Ergebnisse legen nahe, dass VMH-BDNF-Neuronen als zentraler Knotenpunkt im Gehirn fungieren, um Fressverhalten zu steuern und innere Körpersignale mit den physischen Handlungen beim Essen zu verknüpfen.

#Energiestatus und Aktivität der VMH-BDNF-Neuronen

Die Aktivität der VMH-BDNF-Neuronen verändert sich basierend auf dem Energiestatus des Tieres. Zum Beispiel zeigte die Aktivität der VMH-BDNF-Neuronen bei hungrigen Mäusen eine Zunahme, als sie sich dem Futter näherten. Während des Essens sank jedoch das Aktivitätslevel. Das spiegelt ein komplexes System wider, in dem dieselben Neuronen ihre Aktivität anpassen, je nachdem, ob das Tier nach Futter sucht oder es tatsächlich konsumiert.

Als die Tiere an Gewicht zunahmen, schien die Aktivität dieser Neuronen zuzunehmen, was darauf hindeutet, dass sie empfindlicher auf Signale zum Energiehaushalt reagieren könnten. Forscher fanden heraus, dass die VMH-BDNF-Neuronen dazu beitragen könnten, einen Körpergewichtssollwert aufrechtzuerhalten und zu versuchen, eine weitere Gewichtszunahme zu verhindern, selbst wenn die Tiere bereits fettleibig sind.

#Die Rolle anderer Eingänge zu den VMH-BDNF-Neuronen

Um die Eingänge zu verstehen, die die VMH-BDNF-Neuronen beeinflussen, erkundeten die Forscher, wie diese Neuronen mit anderen wichtigen Populationen im Gehirn interagieren. Sie fanden heraus, dass Eingaben von Neuronen im arcuate nucleus, die auf Leptin und andere Signale reagieren, eine wichtige Rolle bei der Aktivierung der VMH-BDNF-Neuronen spielen.

Das bedeutet, dass die VMH-BDNF-Neuronen selbst keine Leptin-Rezeptoren exprimieren, aber essentielle Signale von leptin-empfindlichen Neuronen im arcuate nucleus erhalten. Das deutet darauf hin, dass ein Netzwerk von Gehirnsignalen zusammenwirkt, um das Fressverhalten zu steuern, wobei sowohl direkte als auch indirekte Wege genutzt werden.

#VMH-BDNF-Neuronen und Fresskontrolle

Weitere Analysen zeigten, dass die VMH-BDNF-Neuronen eine funktionelle Reaktion auf interozeptive Signale, die mit Hunger zu tun haben, liefern. Durch die Untersuchung der Wege und Verbindungen wurde deutlich, dass VMH-BDNF-Neuronen downstream von arcuaten Neuronen sind, die auf hungerbezogene Signale reagieren.

Dieser Einblick hilft, ein klareres Bild davon zu zeichnen, wie das Gehirn das Fressen reguliert. Die Interaktionen zwischen verschiedenen Neuronenpopulationen heben die Komplexität des Fressverhaltens hervor und verdeutlichen, dass mehrere Netzwerke koordiniert arbeiten, um zu steuern, wann und wie viel gegessen wird.

#Die Bedeutung der VMH-BDNF-Projektionen

Die Kartierung der Projektionen der VMH-BDNF-Neuronen zeigte, dass sie Signale an mehrere Gehirnregionen senden, die mit der motorischen Kontrolle zu tun haben. Insbesondere zielen diese Projektionen auf Bereiche ab, die für die Steuerung der Kiefermuskulatur während des Essens verantwortlich sind, was eine bedeutende Rolle dabei spielt, wie Nahrung konsumiert wird.

Als Forscher diese Projektionen aktivierten, beobachteten sie einen deutlichen Rückgang der Nahrungsaufnahme. Das deutet darauf hin, dass VMH-BDNF-Neuronen direkt mit den Bereichen im Gehirn kommunizieren, die den physischen Akt des Essens antreiben, was ihre wichtige Rolle beim Nahrungsverzehr demonstriert.

#Fazit

Zusammenfassend sind VMH-BDNF-Neuronen wesentliche Bestandteile eines einfachen Schaltkreises, der innere Körpersignale mit den physischen Aktionen, die mit dem Fressen verbunden sind, verbindet. Sie integrieren verschiedene Signale aus unterschiedlichen Teilen des Gehirns und reagieren auf Veränderungen im Energiestatus. Indem sie das Timing und die Art des Essens steuern, helfen diese Neuronen, die gesamte Nahrungsaufnahme und das Körpergewicht zu verwalten.

Durch weitere Studien könnten Wissenschaftler mehr darüber herausfinden, wie diese Schaltkreise funktionieren und wie sie von verschiedenen Faktoren wie Genetik oder Umweltveränderungen beeinflusst werden können. Die laufende Forschung hebt die Bedeutung hervor, diese grundlegenden Mechanismen zu verstehen, um Probleme wie Fettleibigkeit und Essstörungen anzugehen, die in der modernen Gesellschaft verbreitet sind.