Atrodo, kad maisto gavimo procesas organizuojamas ląstelių lygmeniu kaip estafetės: valgymo metu estafetė perduodama tarp skirtingų neuronų komandų, kol sunaudojame reikiamą energijos kiekį. Tokią išvadą padarė neseniai Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) mokslininkai.
Dėl šio sudėtingo mechanizmo smegenys greičiausiai užtikrina, kad mes nevalgytume nei per mažai, nei per daug. Šio proceso sutrikimai gali sukelti valgymo sutrikimus, tokius kaip anoreksija ar persivalgymas. Išvados pateikiamos Neurologijos žurnalas.
Norėdami išgyventi, turime reguliariai papildyti savo energiją valgydami. Šis procesas koordinuojamas pagumburyje, svarbiame smegenų valdymo centre. Pagumburis nuolat gauna svarbią informaciją iš mūsų kūno ir aplinkos, pavyzdžiui, ar yra diena, ar naktis, ar cukraus kiekis kraujyje yra žemas. Remiantis šiais duomenimis, tai sukelia tam tikrą įgimtą elgesį, pavyzdžiui, eiti miegoti, kai tamsu, arba eiti į šaldytuvą, kai esame alkani.
Tačiau kaip smegenys užtikrina, kad nenustotume valgyti, kai tik pradinis alkis nuslūgsta, o skrandyje esantys ištempimo receptoriai signalizuoja, kad maistas atkeliavo? „Kai valgome, mes greitai pereiname nuo to, ką vadiname „apetito“ elgesiu, prie „išbaigto“ elgesio“, – sako prof. dr. Aleksejus Ponomarenko, FAU Fiziologijos ir patofiziologijos instituto sisteminės neurofiziologijos profesorius.
„Mes mažai žinome apie tai, kaip smegenys kontroliuoja šios užbaigimo fazės trukmę. Ji neturėtų būti nei per ilga, nei per trumpa, kad gautume reikiamą energijos kiekį.”
Prof. Ponomarenko vadovaujami FAU mokslininkai kartu su Kelno universitetinės ligoninės komanda ištyrė, kas vyksta smegenyse valgant. Mokslininkai tyrinėjo pelės pagumburį, kuris savo struktūra panaši į žmogaus pagumburio.
„Mes išanalizavome tam tikro pagumburio regiono elektrinį aktyvumą naudodami dirbtinio intelekto metodą”, – aiškina matematikas Mahsa Altafi, FAU doktorantas ir bendras vyresnysis tyrimo autorius. „Tai leido mums nustatyti, kurie neuronai užsidega, ty generuoja elektrinius impulsus, tam tikru maisto vartojimo metu.
Nuoseklus keturių neuronų grupių aktyvinimas
Mokslininkas sugebėjo nustatyti keturias skirtingas neuronų grupes, kurios valgymo proceso metu tampa aktyvios. Šios neuronų grupės dirba kartu panašiai kaip estafetės bėgikai, kurių kiekviena dalyvauja skirtinguose lenktynių etapuose.
„Įtariame, kad šios komandos skirtingai sveria informaciją, kurią gauna iš organizmo – pavyzdžiui, cukraus kiekį kraujyje, alkio hormonų kiekį ir pilvo pilnumą“, – sako prof. Ponomarenko. Pavyzdžiui, ketvirtoji komanda tempimo jutikliams gali skirti daugiau svorio nei pirmoji komanda.
„Štai kaip pagumburis gali užtikrinti, kad mes nevalgome nei per mažai, nei per daug.”
Tyrėjai taip pat ištyrė, kaip kiekvienos komandos neuronai bendrauja tarpusavyje. Jau seniai žinoma, kad neuronai turi veiklos ritmą: būna, kai jie būna ypač sujaudinti, ir kartais, kai vos užsidega. Šios fazės keičiasi reguliariai – dažnai dešimtis kartų per sekundę ar daugiau.
Norėdami bendrauti, neuronai turi svyruoti tuo pačiu ritmu. Tai kaip naudojant raciją: abu įrenginiai turi būti sureguliuoti tuo pačiu dažniu, kitaip girdėsite tik statinį garsą.
„Dabar mums pavyko parodyti, kad visos neuronų grupės, dalyvaujančios valgant maistą, bendrauja tais pačiais dažniais“, – sako prof. Ponomarenko.
„Priešingai, neuronų grupės, atsakingos už kitą elgesį, pavyzdžiui, tyrinėja aplinką ar socialinę sąveiką, nori bendrauti kitu kanalu.”
Tai tikriausiai palengvina valgymo metu dalyvaujantiems neuronams keistis informacija ir tinkamu laiku sustabdyti valgymo procesą. Šis atradimas gali turėti net terapinį potencialą: jau dabar įmanoma paveikti neuronų ritmą iš išorės, pavyzdžiui, per svyruojančius magnetinius laukus.
Galbūt taip būtų galima pagerinti šių „maitinimo komandų“ komunikaciją. Jei tai pavyks, tai gali padėti sumažinti valgymo sutrikimus – bent jau tokia ilgalaikė viltis.
„Pelėms neuronų virpesių elgesys gali būti dar labiau paveiktas optogenetinėmis manipuliacijomis“, – aiškina FAU mokslininkas Ponomarenko. „Dabar planuojame tolesnį tyrimą, kad išsiaiškintume, kaip tai paveikia jų maitinimosi elgesį.”