Ученые выяснили, как тот или иной вкус становится любимым

Фото из открытых источников

Медленный сигнал дофамина помогает мышам научиться отдавать предпочтение вкусам, связанным с калориями, что дает представление о том, как формируются пищевые предпочтения. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.

Кофе может показаться невкусным с первого глотка. Он горький, и люди, как правило, избегают горьких вкусов, но многие со временем его любят. Новое исследование дает ключ к пониманию того, как формируются наши пищевые предпочтения с течением времени. 

В основном работая с мышами, ученые обнаружили медленный сигнал дофамина, который помогает мозгу связывать вкус с калориями, поступающими в кишечник. Сигнал достигает небольшой части миндалевидного тела, и сканирование человеческого мозга показало аналогичное место.

Джеймс Гроув, в то время аспирант Калифорнийского университета в Сан-Франциско, проводил большинство экспериментов в лаборатории старшего автора Закари Найта, профессора физиологии того же университета.

«Мы показали, что именно эта медленно работающая дофаминовая система побуждает нас со временем полюбить определенные продукты, и мы можем увидеть, где и как это происходит», — сказал Найт.

Когда мы едим, вкус и калории обычно совпадают. Исследователям нужно было разделить эти два вещества, чтобы выяснить, какое из них стимулировало высвобождение дофамина — химического мессенджера — мозгом.

Они вводили мышам тонкую трубку через стенку желудка и вводили в него сахарную воду или жидкость, похожую на молочный коктейль. Примерно пятая часть чайной ложки была выпита за 10 минут, в то время как датчики отслеживали уровень дофамина в четырех областях мозга.

Два региона, играющие важную роль в исследованиях системы вознаграждения, — прилежащее ядро и дорсальный стриатум — не показали никакой реакции на питательные вещества. Это совпало с результатами более раннего эксперимента, проведенного в лаборатории Найта.

Вместо этого уровень дофамина повысился в передней части базолатеральной миндалевидной железы. У мышей эта структура имеет длину всего около 2,5 мм от передней до задней части.

Задняя половина базолатеральной миндалевидной железы не реагировала на питательные вещества. Однако она реагировала на препарат, вызывавший у мышей тошноту.  Сигнал, поступающий из передней части устройства, также подчинялся иному графику, чем дофамин, выделяющийся в ответ на вкусовые ощущения.

Вкусовые сигналы появляются и исчезают в течение нескольких секунд, но этот сигнал появился примерно через 48 секунд после того, как питательные вещества попали в желудок. Уровень сахара оставался высоким примерно девять минут после окончания инфузии. Это позволило исследователям отличить медленную реакцию на питательные вещества от быстрой реакции на вкус.

Затем мышам дали выпить два подслащенных сахарином раствора: один лимонно-лаймовый, а другой виноградный. Облизывание одного раствора вызывало поступление глюкозы в желудок, а облизывание другого — попадание обычной воды.

Через шесть дней мыши с нормальной активностью дофамина стали отдавать явное предпочтение вкусу, сочетающемуся с глюкозой. Доля этого вкуса в их рационе увеличилась примерно с 35% до 81%. Когда исследователи использовали свет для отключения клеток, вырабатывающих дофамин в среднем мозге, во время тренировки, мыши практически не изменили своих предпочтений.

Доля вкуса, сочетающегося с глюкозой, среди тех, кто облизывал напиток, выросла лишь с 48% до 53%. Эти мыши продолжали пить, хотя в первый день они выпивали меньше нового, сочетающегося с ними вкуса.

В эксперименте участвовало примерно равное количество самок и самцов. У обоих полов наблюдалась схожая реакция на дофамин. Отключение дофаминовых нейронов не остановило все виды обучения. Мыши, попробовавшие новый вкус, а затем получившие хлорид лития, вызывающий тошноту, все равно научились его избегать.

Таким образом, мыши все еще могли научиться тому, что определенный вкус вызывает у них тошноту. Привыкание к определенному вкусу из-за его питательной ценности зависело от другой системы работы мозга.

Затем команда предложила мышам два бескалорийных вкуса и с помощью света активировала дофаминовые волокна в передней части миндалевидного тела через 20 секунд после того, как они лизнули один из них. Мыши научились предпочитать этот вкус, несмотря на отсутствие питательных веществ.

Стимуляция одних и тех же областей: прилежащего ядра, дорсального стриатума, центральной миндалевидной железы или задней части базолатеральной миндалевидной железы, не вызывала предпочтений. В дорсальном стриатуме это имело противоположный эффект: доля облизываний парного вкуса снизилась примерно с 61% до 37%. Стимуляция волокон в передней части базолатеральной миндалевидной железы не изменила количество потребляемой мышами пищи.

Мыши также не стали бы нажимать на рычаг только ради такой стимуляции. В отличие от многих других дофаминовых сигналов, этот сам по себе, казалось, не приносил удовольствия, но сочетание его с определенным вкусом формировало устойчивые предпочтения.

Реакция кишечника на сахар зависела от SGLT1, белка, который транспортирует определенные сахара через кишечную стенку. Сахара, активирующие его, стимулировали высвобождение дофамина, тогда как фруктоза и маннит этого не делали.

Препарат, блокирующий SGLT1, прекратил эту реакцию. Жир использовал другой набор сенсоров, и блокирование трех из них прекратило дофаминовую реакцию на жир. Другие исследования также выявили отдельные пути метаболизма сахара и жира в кишечнике.

Используя микроскоп, команда наблюдала за отдельными нейронами миндалевидного тела, когда мыши пили воду. Около 58% из них активировались, когда мыши слизывали сахарозу, начиная с момента начала слизывания. Те же самые клетки реагировали на сукралозу, подсластитель, не содержащий калорий. Но эта реакция ослабела в течение одного сеанса, в то время как реакция на сахарозу оставалась стабильной.

Сладкий вкус и сигналы из кишечника достигали одних и тех же клеток, которые продолжали реагировать, когда сладость сочеталась с калориями. Подавление активности этих клеток во время тренировки не позволило мышам выработать предпочтения, не прекращая при этом прием пищи.

До этого момента исследователи регистрировали активность только левого полушария мозга. При исследовании обеих сторон у одних и тех же мышей было обнаружено, что питательные вещества повышают уровень дофамина примерно на 18% слева и примерно на 5% справа.

Активность в состоянии покоя была одинаковой с обеих сторон. Разница проявилась после поступления питательных веществ. Аналогичные результаты были получены и при обследовании людей: Дана Смолл повторно проанализировала ПЭТ-исследование 13 мужчин, которые пили молочный коктейль или напиток без вкуса.

Высвобождение дофамина после попадания напитка в желудок было сконцентрировано в левой передней миндалевидной железе.

Марк Титтгемейер и его коллеги из Института исследований метаболизма им. Макса Планка в Кёльне провели сканирование 38 взрослых после приема глюкозного напитка. Активность увеличилась в той же области левой стороны тела.

У мышей перерезание блуждающего нерва с обеих сторон примерно вдвое снижало реакцию в обоих полушариях мозга. Это позволяет предположить, что разница между левым и правым полушариями не была вызвана сигналами, передаваемыми по этому нерву.

Затем команда проследила пути передачи сигнала от различных областей мозга к каждой из сторон этого пути. Наибольшие различия наблюдались в висцеральной коре, части островковой коры, которая обрабатывает сигналы изнутри тела.

Ученые, как правило, предполагают, что нейронные цепи, отвечающие за выполнение таких базовых задач, как прием пищи, работают одинаково в обоих полушариях мозга. В лаборатории Найта сейчас изучают связи между островковой корой и миндалевидным телом, чтобы понять, почему этот сигнал сильнее слева.

Данные, полученные на людях, более ограничены, и сканирование после употребления напитка не может показать, что этот сигнал приучает людей к предпочтению определенного вкуса. В отличие от экспериментов на мышах, в исследованиях на людях питательные вещества не доставлялись непосредственно в желудок, и не измерялась последующая реакция дофамина.

В исследовании также не тестировались препараты, ингибирующие GLP-1. Найт предполагает, что они могут снижать высвобождение дофамина в ответ на питательные вещества, делая пищу менее подкрепляющей со временем, но эта возможность остается непроверенной.

«Понимание этапов между обнаружением питательных веществ в кишечнике и обучением в мозге может позволить нам тонко настроить эти процессы, чтобы незаметно изменить наши предпочтения в отношении различных продуктов питания», — сказал Найт.