Wie das Gehirn lernt, bitteren Kaffee zu lieben: die Rolle eines langsamen Dopaminsignals
- Ein langsames Dopaminsignal entsteht nach der Aufnahme von Nährstoffen und kann am Erlernen von Essensvorlieben beteiligt sein.
- Bei Mäusen hinderte eine Störung des Signalwegs sie nicht am Fressen, nahm ihnen jedoch die Fähigkeit, einen neuen Geschmack mit Kalorien in Verbindung zu bringen.
- Bei Mäusen und Menschen war die Reaktion im linken Teil der basolateralen Amygdala stärker; die Ursache dieser Asymmetrie ist bislang unbekannt.
Von ungewohnter Bitterkeit zu vertrautem Geschmack
Der erste Schluck schwarzen Kaffees erscheint vielen ausgesprochen bitter, doch später kann derselbe Geschmack angenehm und begehrenswert werden. Eine Studie von Wissenschaftlern der University of California, San Francisco, liefert eine mögliche Erklärung für diesen Wandel: Das Gehirn lernt, Geschmack mit dem zu verknüpfen, was nach dem Essen geschieht. Es geht nicht um die unmittelbare Reaktion auf ein ansprechendes Getränk, sondern um einen weniger erforschten Signalweg, der dem Gehirn Informationen aus dem Körperinneren übermittelt, nachdem Nahrung aufgenommen wurde.
Im Mittelpunkt der Arbeit steht Dopamin, ein chemischer Botenstoff, der mit Motivation, Belohnung und Lernen in Verbindung steht. Seine schnellen Signale, die innerhalb von Sekunden auftreten, sind deutlich besser erforscht: So reagiert das Gehirn etwa auf den Anblick eines Lieblingsessens. Die Autoren konzentrierten sich auf eine andere, langsamere Funktionsweise. Ihren Daten zufolge reagiert ein solches Signal auf Informationen über die Folgen des Essens im Körper und kann sich allmählich entwickeln, statt nur im Moment der Begegnung mit dem Essen aufzutreten.
Der Physiologieprofessor Zachary Knight, Erstautor der Studie, bringt diesen Mechanismus mit dem Erwerb von Geschmacksvorlieben in Verbindung. Wenn das Gehirn den Geschmack von Kaffee im Laufe der Zeit mit der anregenden Wirkung von Koffein verknüpft, kann das Getränk schmackhafter erscheinen. Diese Erklärung betrifft die Frage, wie sich die Angenehmheit eines Geschmacks aufgrund von Erfahrungen verändern kann; sie bedeutet nicht, dass Wissenschaftler die einzige Ursache für die Vorliebe für Kaffee festgestellt oder bewiesen hätten, dass dieser Prozess bei allen Menschen gleich abläuft.
Ein langsames Signal nach dem Essen
Wenn Nahrung in den Verdauungstrakt gelangt, erkennen spezialisierte Sensoren Nährstoffe wie Zucker und Fett. Informationen über deren Aufnahme werden an das Gehirn weitergeleitet, wo sie eine allmähliche Dopaminreaktion auslösen können, die mehrere Minuten anhält. Dieser zeitliche Verlauf unterscheidet den beschriebenen Signalweg von schnellen Reaktionen auf äußere Reize. Den Forschern zufolge ermöglicht er dem Gehirn, den Nährwert der bereits verzehrten Nahrung zu berücksichtigen und nicht nur ihren Geschmack oder ihr Aussehen.
Um die Wirkung der Nährstoffe vom Geschmackserlebnis zu trennen, verabreichten Knight und der damalige Doktorand James Grove Mäusen die Substanzen direkt in den Magen. Dabei verwendeten sie entweder Zuckerwasser oder eine milchshakeähnliche Flüssigkeit und überwachten gleichzeitig die Dopaminaktivität im Gehirn. Dieser Ansatz ermöglichte es, die Aufnahme von Nährstoffen ohne den üblichen Vorgang des Kostens von Nahrung zu untersuchen. Das war wichtig, um zu prüfen, ob ein Signal als Folge des Mageninhalts entstehen kann.
Als Reaktion auf die Zufuhr von Nährstoffen entdeckten die Forscher ein starkes und anhaltendes Dopaminsignal in der vorderen basolateralen Amygdala – einer Hirnregion, die als BLA bezeichnet wird. Die Amygdala ist an der Verarbeitung von Emotionen und am Lernen beteiligt, einschließlich der Verknüpfung von Ereignissen mit ihren Folgen. Dopamin in dieser Region war bereits zuvor bekannt, doch seine Funktion blieb unklar. Die neue Arbeit bringt die Aktivität dieses Bereichs mit dem Lernen darüber in Verbindung, welche Geschmacksrichtungen eine Nährstoffbelohnung vorhersagen.
Was Experimente und Daten von Menschen zeigten
Anschließend untersuchten die Forschenden, ob der entdeckte Signalweg den Erwerb von Präferenzen beeinflusst. Wurde seine Funktion bei Mäusen gestört, fraßen die Tiere weiterhin normal, lernten aber nicht mehr, einen unbekannten Geschmack mit der Aufnahme von Kalorien zu verknüpfen. Dieser Unterschied ist wichtig: Der Eingriff nahm ihnen nicht die Fähigkeit, Nahrung aufzunehmen, sondern beeinträchtigte gezielt die Bildung einer Verknüpfung zwischen dem Geschmack und seiner Folge. Das Ergebnis weist darauf hin, dass der Signalweg eine eigenständige Rolle beim Lernen spielt, nicht aber beim Essen selbst.
In einem anderen Experiment probierten Mäuse einen Geschmack, der selbst keine Kalorien enthielt, während die Forschenden künstlich Dopaminfasern in der BLA aktivierten. Danach begannen die Tiere, diesen Geschmack zu bevorzugen, obwohl er ihnen keine Nährstoffbelohnung bot. Die Stimulation erzeugte somit ein Signal, wie es normalerweise bei der Aufnahme von Nährstoffen entsteht. Zusammen mit dem Experiment, bei dem der Signalweg gestört wurde, stützt dies die Schlussfolgerung, dass Dopamin am Erlernen von Nahrungsvorlieben beteiligt ist.
Eine separate Analyse wurde anhand von Daten aus Studien mit Menschen durchgeführt. Dana Small von der Yale University analysierte die Ergebnisse einer früheren PET-Studie mit 13 Männern erneut. Sie erhielten entweder einen Milchshake oder ein kalorienfreies Getränk. Die Analyse zeigte, dass die Dopaminfreisetzung nach der Aufnahme von Nährstoffen im linken Teil der BLA besonders ausgeprägt ist. Diese Daten ermöglichen einen Vergleich des menschlichen Gehirns mit den Beobachtungen an Mäusen.
Die linke Amygdala und offene Fragen
Weitere Erkenntnisse stammen aus einer separaten Arbeit von Marc Tittgemeyer und Kollegen: Mithilfe der funktionellen MRT untersuchten sie 38 Erwachsene nach dem Verzehr von Glukose, einem Einfachzucker. Diese Methode erfasst Veränderungen der Hirnaktivität, die mit dem Blutfluss zusammenhängen. Die Autoren fanden ein ähnliches Reaktionsmuster auf Nährstoffe. Bildgebende Daten zeigen jedoch einen Zusammenhang mit der Hirnaktivität und beweisen für sich genommen nicht, dass genau dieser Signalweg bei Menschen Präferenzen ursächlich verändert.
Besonders auffällig war der Unterschied zwischen den Hemisphären. Sowohl bei Mäusen als auch bei Menschen war die Reaktion auf Nährstoffe in der linken BLA deutlich stärker als im entsprechenden Bereich auf der rechten Seite. Diese Asymmetrie überraschte Knight: Netzwerke, die für wichtige Funktionen wie die Nahrungsaufnahme zuständig sind, hatte man gewöhnlich als symmetrischer erwartet. Warum die linke Seite aktiver ist, wissen die Forschenden noch nicht; Knights Labor untersucht mögliche Ursachen für diesen Unterschied.
Die Arbeit präzisiert, wie Informationen aus dem Verdauungssystem an erlernten Reaktionen auf Nahrung beteiligt sein könnten, und wirft die Frage auf, ob sich die Attraktivität einzelner Lebensmittel verändern lässt. Als eines der Interessengebiete nennen die Autorinnen und Autoren GLP-1-Präparate – eine Klasse von Medikamenten, die ein Hormon nachahmen, das im Körper auf natürliche Weise ausgeschüttet wird. Das vorgelegte Material klärt jedoch nicht, wie genau solche Präparate mit dem beschriebenen Signalweg zusammenhängen oder ob sie gezielt Geschmackspräferenzen verändern können. Die praktischen Folgen und der Mechanismus der Asymmetrie bleiben ungeklärt.
Quelle: ScienceDaily
