Sygnał dopaminowy pomaga myszom kojarzyć smaki z kaloriami
Sygnały z przewodu pokarmowego uruchamiają u myszy układ dopaminowy, który pomaga uczyć się preferencji smakowych. Eksperymenty wskazują, że liczy się nie tylko smak w ustach, lecz także późniejsza informacja o składnikach odżywczych.
Badanie zespołu z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco dotyczy tego, jak mózg łączy smak z późniejszymi skutkami zjedzenia pokarmu. Według komunikatu uczelni opublikowanego przez ScienceDaily praca ukazała się 4 listopada w „Nature”. Jej sednem jest rozróżnienie między samym jedzeniem a uczeniem się preferencji: określony układ dopaminowy pomagał zwierzętom powiązać smak z dopływem kalorii.
Jedzenie i uczenie się to nie to samo
Najbardziej wymowna była próba przerwania tego szlaku u myszy. Zwierzęta nadal jadły normalnie, ale przestały uczyć się, że nieznany wcześniej smak wiąże się z otrzymaniem kalorii. Taki wynik rozdziela dwa procesy, które łatwo ze sobą utożsamić: spożywanie pokarmu i nabywanie upodobania do jego smaku.
W drugim eksperymencie badacze odwrócili logikę testu. Po tym, jak myszy spróbowały bezkalorycznego smaku, sztucznie pobudzali włókna dopaminowe w badanym obszarze mózgu. Zwierzęta zaczęły preferować ten smak, choć nie dostarczał korzyści odżywczej. W warunkach doświadczenia aktywacja szlaku wystarczyła więc, by odtworzyć sygnał uczenia, który zwykle pojawia się po dostarczeniu składników odżywczych.
Nagroda rozciągnięta na minuty
Aby oddzielić działanie składników odżywczych od wrażeń w ustach, Zachary Knight i James Grove podawali je myszom bezpośrednio do żołądka. Używali wody z cukrem albo płynu przypominającego koktajl mleczny, a równocześnie śledzili aktywność dopaminową w mózgach zwierząt. Taki układ doświadczenia pozwalał badać informację docierającą z wnętrza organizmu bez przypisywania jej samemu smakowi podawanej substancji.
Dopamina jest chemicznym przekaźnikiem uczestniczącym w motywacji, nagrodzie i uczeniu się. Nie wszystkie jej sygnały mają jednak ten sam rytm: te najczęściej badane pojawiają się w ciągu sekund, na przykład po dostrzeżeniu ulubionego jedzenia. Tutaj chodziło o wolniejszą odpowiedź na składniki odżywcze wykrywane w przewodzie pokarmowym, m.in. cukier i tłuszcz. Sygnał dopaminowy narastał stopniowo i utrzymywał się przez kilka minut.
Eksperymenty wyjaśniły rolę dopaminy w przedniej części obszaru podstawno-bocznego ciała migdałowatego (BLA): silny, długotrwały sygnał po dostarczeniu składników odżywczych pomagał myszom nabywać preferencje smakowe. Wcześniej znano jej obecność w tej strukturze, związanej z emocjami i uczeniem się skojarzeń, ale nie jej zadanie.
Podobny ślad w mózgach ludzi
Ślad podobnego procesu u ludzi znaleziono w badaniach obrazowych. Dana Small, psycholożka z Uniwersytetu Yale, ponownie przeanalizowała dane wcześniejszego badania z użyciem pozytonowej tomografii emisyjnej, czyli PET. Wzięło w nim udział 13 mężczyzn, którzy wypijali koktajl mleczny albo napój bez kalorii. Analiza wykazała, że uwalnianie dopaminy po dostarczeniu składników odżywczych szczególnie koncentrowało się w BLA po lewej stronie mózgu.
Drugi zestaw danych pochodził od zespołu Marca Tittgemeyera. Za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) badacze obserwowali 38 dorosłych po spożyciu glukozy, czyli cukru prostego, i odnotowali wzrost aktywności tego samego obszaru mózgu. Metoda ta pozwala śledzić zmiany aktywności związane z przepływem krwi. Wynik fMRI dostarcza zatem informacji o aktywności regionu, a nie takiego samego odczytu uwalniania dopaminy jak analiza PET.
To najważniejsza granica interpretacji całej pracy: przyczynową rolę szlaku w uczeniu się preferencji sprawdzono eksperymentalnie u myszy. Dane od ludzi pokazują podobną lokalizację odpowiedzi na składniki odżywcze, ale nie wykazują, że włączenie lub wyłączenie tego układu zmieniłoby ludzkie upodobania. Niewielkie grupy obrazowanych uczestników dostarczają wskazówki, że warto badać ten mechanizm u człowieka, nie odpowiednika doświadczeń na zwierzętach.
Upodobania i zagadka lewej półkuli
Dopiero w tym kontekście pojawia się gorzka kawa. Knight proponuje następujące wyjaśnienie: gdy mózg połączy jej smak z pobudzającym działaniem kofeiny, początkowo nieprzyjemny napój może z czasem smakować lepiej. W komunikacie kawa ilustruje możliwe działanie mechanizmu; opisane doświadczenia sprawdzały natomiast kojarzenie smaków ze składnikami odżywczymi. To nie jest bezpośredni test uczenia się upodobania do kawowej goryczy.
Granice obecnych ustaleń pokazuje wspólna dla obu gatunków asymetria: odpowiedź na składniki odżywcze była wyraźnie silniejsza w lewym BLA niż w prawym, ale jej przyczyna pozostaje nieznana. Laboratorium Knighta próbuje teraz wyjaśnić, skąd bierze się ta różnica.
