Клетки, контролирующие чувство голода, влияют на структуру и функции мозга

Область префронтальной коры головного мозга человека отвечает за ряд сложных функций от принятия решений до определенных типов памяти. Когда что-то идет не так в этой части мозга, это может быть очень вредно для сознания и поведения. На самом деле дисфункция префронтальной коры связана с несколькими психическими заболеваниями, включая шизофрению и большое депрессивное расстройство.

Исследователи из Йельского университета и их коллеги из Венгрии обнаружили, что клетки гипоталамуса — области мозга, контролирующей такие функции, как голод и температура тела, — играют важную роль в формировании структуры и функции префронтальной коры у мышей. Открытие может предложить ключи к разгадке того, как эта область мозга изменяется при заболевании, и дать новые возможности для лечения.

Для исследования ученые сосредоточились на нейронах, связанных с пептидом агути (AgRP), расположенных в области гипоталамуса мозга. Эти нейроны контролируют голод и регулируют как пищевое, так и непищевое поведение, такое как поиск вознаграждения и связь между потомством и родителями.

Когда исследователи нарушили нейроны AgRP у мышей, они обнаружили, что в префронтальной коре было меньше нейронов, чем у здоровых животных.

«Нейроны, которые остались, были меньше, чем обычно, и вели себя по-разному в ответ на сигналы от тела и сигналы от окружающих клеток», — сказал Тамас Хорват, профессор медицины в Йельском университете и старший автор исследования.

Нейроны AgRP не имеют сильных прямых связей с корой. Но они проецируются на другие области мозга, которые связаны с префронтальной корой. Тамас Хорват и его коллеги обнаружили, что нейроны в одной из этих областей — области среднего мозга, известной как вентральная область покрышки — были гиперактивны, когда нейроны AgRP были повреждены.

Затем эти сверхактивные нейроны высвобождали в префронтальной коре больше дофамина, нейротрансмиттера, чем обычно у здоровых мышей, что, в свою очередь, негативно влияло на поведение мышей. Например, они обнаружили, что мыши двигались гораздо больше и у них были ненормальные реакции испуга.

Логично, что эти нейроны, контролирующие голод и прием пищи, влияют на кору и поведение, говорят ученые.

«Когда вы голодны, вам нужно выстроить все свои действия так, чтобы вы могли найти еду и съесть ее. И когда вы больше не голодны, вы должны изменить свое поведение, чтобы сосредоточиться на том, что важно в данный момент».

Обнаружив влияние поврежденных клеток AgRP на кору, исследователи попытались предотвратить их. Они обнаружили, что клозапин — тип нейролептика, который блокирует действие дофамина и используется для лечения шизофрении, — способен предотвратить некоторые из этих проблем, включая потерю нейронов, при приеме в нужное время.

По словам ученых, когда дело доходит до этих изменений, время имеет решающее значение. В исследовании нарушения начали проявляться в период полового созревания, когда мозг еще развивается и уязвим. Именно тогда введение клозапина оказало влияние. «И это говорит нам о том, что если вы играете с гомеостатическими функциями в этот конкретный период времени, скажем, с помощью диеты или переедания, вы можете иметь долгосрочные последствия для своих корковых функций», — говорят ученые.

Важность этого периода развития может пролить свет на психические заболевания, которые часто проявляются в позднем подростковом возрасте, и на то, почему употребление психоактивных веществ в этот период может иметь долгосрочные последствия для поведения, физиологии и болезней.

Эти результаты могут также стать новой целью для лечения. Клетки AgRP в гипоталамусе находятся за пределами гематоэнцефалического барьера, функции мозга, которая защищает его от вредных веществ и предотвращает попадание многих лекарств в ткани мозга.

«Это означает, что эти клетки легко доступны для вмешательства. Возможно, их можно использовать для изменения нарушений в высших отделах мозга».

Исследование также добавляет к растущему количеству доказательств того, что на функцию коры влияют более примитивные области мозга и другие части тела.

«Фундаментальное сообщение здесь заключается в том, что в мозгу существует очень разрозненная коммуникация через разные пути», — сказал Тамас Хорват. «Примитивные области, такие как гипоталамус, влияют на высшие области коры через бесчисленное количество коммуникаций, которые включают мозговые процессы, а также периферические ткани. Мы возвращаемся к спору между Камилло Гольджи и Сантьяго Рамоном-и-Кахалем, которые разделили Нобелевскую премию в 1906 году, но не согласились на принципах работы мозга. Похоже, наши результаты подтверждают забытые аргументы Камилло Гольджи».

Исследование было опубликовано в Molecular Psychiatry.