大脑把食物分成不同的阶段

在细胞层面上，食物摄入的过程似乎就像一场接力赛:在进食过程中，接力棒在不同的神经元团队之间传递，直到我们消耗了适量的能量。这是Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)研究人员最近的一项研究得出的结论。通过这种复杂的机制，大脑可能会确保我们既不吃得太少也不吃得太多。这个过程的故障可能导致饮食失调，如厌食症或暴饮暴食。研究结果发表在Journal of Neuroscience。

为了生存，我们需要定期通过进食来补充能量。这个过程是在下丘脑协调的，下丘脑是大脑中一个重要的控制中心。下丘脑不断地从我们的身体和环境中接收重要的信息，比如现在是白天还是晚上，或者我们的血糖水平是否低。根据这些数据，它会触发某些天生的行为，比如天黑时就去睡觉，或者饿了就去冰箱。

但是，一旦最初的饥饿感消退，胃部的感受器发出食物来了的信号，大脑如何确保我们不会停止进食呢?“当我们吃东西的时候，我们很快就会从我们所说的‘食欲’行为转变为‘满足’行为，”FAU生理学和病理生理学研究所系统神经生理学教授Alexey Ponomarenko博士说。“我们对大脑如何控制这一成熟阶段的持续时间知之甚少。它既不能太长也不能太短，这样我们才能接收到适量的能量。”

在波诺马连科教授的带领下，FAU的科学家们与科隆大学医院的一个团队一起研究了进食时大脑中发生的事情。研究人员研究了小鼠的下丘脑，它的结构与人类的下丘脑相似。“我们使用人工智能方法分析了下丘脑特定区域的电活动，”FAU的博士生、该研究的联合资深作者数学家Mahsa Altafi解释说。“这使我们能够确定哪些神经元会在进食的特定时间放电，即产生电脉冲。”

四组神经元的连续激活

科学家能够识别出四组不同的神经元，它们在进食过程中按顺序变得活跃。这些神经元群一起工作，就像接力赛选手一样，每个人都参加比赛的不同阶段。Ponomarenko教授说:“我们怀疑这些研究小组对他们从身体接收到的信息的衡量方式不同——例如，血糖水平、饥饿激素的含量以及胃的饱足程度。”例如，第四个团队可能比第一个团队更重视拉伸传感器。“这就是下丘脑如何确保我们吃得既不太少也不太多的原因。”

研究人员还观察了每个小组的神经元是如何相互交流的。人们早就知道神经元有活动的节奏:有时它们特别兴奋，有时它们几乎不活动。这些阶段有规律地交替——通常每秒几十次或更多。为了交流，神经元必须以相同的节奏振荡。这就像使用对讲机一样:两个设备必须调到相同的频率，否则你只会听到静电。

“我们现在能够证明，参与食物摄入的神经元团队都以相同的频率交流，”Ponomarenko教授说。“相比之下，负责其他行为的神经元群——比如探索环境或社会互动——更喜欢在不同的渠道上交流。”

这可能使参与进食的神经元更容易交换信息，并在适当的时候停止进食过程。这一发现甚至可能具有治疗潜力:已经有可能从外部影响神经元的节律，例如通过振荡磁场。也许这些“喂养团队”之间的沟通可以通过这种方式得到改善。如果成功，这将有助于缓解饮食失调——至少这是长期的希望。

FAU的科学家Ponomarenko解释说:“在小鼠身上，光基因操作可以更直接地影响神经元的振荡行为。我们现在正计划进行一项后续研究，调查这是如何影响它们的进食行为的。”

Sequential activation of lateral hypothalamic neuronal populations during feeding and their assembly by gamma oscillations