Jak mózg uczy się lubić gorzką kawę: rola powolnego sygnału dopaminowego

• Powolny sygnał dopaminowy pojawia się po dostarczeniu składników odżywczych i może uczestniczyć w uczeniu się preferencji żywieniowych.
• U myszy zaburzenie tego szlaku nie przeszkadzało w jedzeniu, ale pozbawiało je zdolności uczenia się związku między nowym smakiem a kaloriami.
• U myszy i ludzi reakcja była silniejsza w lewej części ciała migdałowatego — jądrze podstawno-bocznym; przyczyna tej asymetrii pozostaje nieznana.

Od nieznanej goryczy do znajomego smaku

Pierwszy łyk czarnej kawy wielu osobom wydaje się wyjątkowo gorzki, ale z czasem ten sam smak może stać się przyjemny i pożądany. Badanie naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco sugeruje możliwe wyjaśnienie tej zmiany: mózg uczy się łączyć smak z tym, co następuje po jedzeniu. Nie chodzi o natychmiastową reakcję na atrakcyjny napój, lecz o słabiej poznany szlak, który przekazuje mózgowi informacje z wnętrza organizmu już po spożyciu pokarmu.

W centrum badań znajduje się dopamina — przekaźnik chemiczny związany z motywacją, nagrodą i uczeniem się. Jej szybkie sygnały, pojawiające się w ciągu kilku sekund, są znacznie lepiej poznane: na przykład mózg reaguje na widok ulubionego jedzenia. Autorzy skupili się na innym trybie działania — wolniejszym. Według nich taki sygnał reaguje na informacje o skutkach jedzenia zachodzących wewnątrz organizmu i może rozwijać się stopniowo, a nie tylko w chwili kontaktu z jedzeniem.

Profesor fizjologii Zachary Knight, główny autor badania, wiąże ten mechanizm z nabywaniem preferencji smakowych. Jeśli z czasem mózg zacznie łączyć smak kawy z pobudzającym działaniem kofeiny, napój może zacząć wydawać się smaczniejszy. To wyjaśnienie dotyczy tego, jak doświadczenia mogą zmieniać przyjemność odczuwaną podczas smakowania; nie oznacza, że naukowcy ustalili jedyną przyczynę zamiłowania do kawy ani udowodnili, że u wszystkich ludzi proces ten przebiega tak samo.

Powolny sygnał po posiłku

Gdy pokarm trafia do przewodu pokarmowego, wyspecjalizowane czujniki rozpoznają składniki odżywcze, w tym cukier i tłuszcz. Informacje o ich dostarczeniu są przekazywane do mózgu, gdzie mogą wywołać stopniową reakcję dopaminową, trwającą kilka minut. Ta skala czasowa odróżnia opisaną ścieżkę od szybkich reakcji na bodźce zewnętrzne. Zdaniem badaczy pozwala ona mózgowi uwzględniać wartość odżywczą tego, co zostało już zjedzone, a nie tylko smak lub wygląd produktu.

Aby oddzielić działanie składników odżywczych od doznań smakowych, Knight i ówczesny doktorant James Grove podawali myszom substancje bezpośrednio do żołądka. Wykorzystywali słodką wodę lub płyn przypominający koktajl mleczny, jednocześnie monitorując aktywność dopaminy w mózgu. Takie podejście pozwoliło badać przyjmowanie składników odżywczych bez zwykłego procesu smakowania jedzenia. Było to ważne, aby sprawdzić, czy sygnał może pojawić się w odpowiedzi na zawartość żołądka.

W odpowiedzi na podanie składników odżywczych badacze zaobserwowali silny i długotrwały sygnał dopaminowy w przedniej części jądra podstawno-bocznego ciała migdałowatego — obszarze mózgu oznaczanym skrótem BLA. Ciało migdałowate uczestniczy w przetwarzaniu emocji i uczeniu się, w tym w tworzeniu skojarzeń między zdarzeniami a ich konsekwencjami. Dopamina w tym obszarze była znana już wcześniej, ale jej funkcja pozostawała niejasna. Nowe badanie wiąże aktywność tego obszaru z uczeniem się, które smaki zapowiadają nagrodę w postaci składników odżywczych.

Co wykazały eksperymenty i dane dotyczące ludzi

Następnie badacze sprawdzili, czy odkryty szlak wpływa na uczenie się preferencji. Gdy zakłócili jego działanie u myszy, zwierzęta nadal jadły normalnie, ale przestawały uczyć się kojarzyć nieznany smak z dostarczaniem kalorii. To ważne rozróżnienie: ingerencja nie pozbawiała ich zdolności do spożywania pokarmu, lecz wpływała konkretnie na tworzenie związku między smakiem a jego konsekwencją. Wynik wskazuje na odrębną rolę tego szlaku w uczeniu się, a nie w samym jedzeniu.

W innym doświadczeniu myszy próbowały smaku, który sam w sobie nie zawierał kalorii, a badacze sztucznie aktywowali włókna dopaminergiczne w BLA. Po tym zwierzęta zaczynały preferować ten smak, mimo że nie dostarczał on nagrody odżywczej. Stymulacja odtwarzała więc sygnał, który zwykle pojawia się, gdy do organizmu trafiają składniki odżywcze. W połączeniu z eksperymentem polegającym na zakłóceniu działania szlaku wspiera to wniosek, że dopamina bierze udział w uczeniu się preferencji pokarmowych.

Osobną analizę przeprowadzono na danych z badań z udziałem ludzi. Dana Small z Uniwersytetu Yale ponownie przeanalizowała wyniki wcześniejszego badania PET, w którym uczestniczyło 13 mężczyzn. Otrzymywali oni koktajl mleczny lub napój bez kalorii. Analiza wykazała, że uwalnianie dopaminy po dostarczeniu składników odżywczych jest szczególnie wyraźne w lewej części BLA. Dane te pozwalają zestawić ludzki mózg z obserwacjami poczynionymi u myszy.

Lewa część ciała migdałowatego i nierozstrzygnięte pytania

Dodatkowych informacji dostarczyło odrębne badanie Marka Tittgemeyera i jego współpracowników: za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego badali 38 dorosłych po spożyciu glukozy, cukru prostego. Metoda ta rejestruje zmiany aktywności mózgu związane z przepływem krwi. Autorzy zaobserwowali podobny wzorzec reakcji na składniki odżywcze. Wyniki badań obrazowych wskazują jednak na związek z aktywnością mózgu, ale same w sobie nie dowodzą, że właśnie ta ścieżka przyczynowo zmienia preferencje u ludzi.

Szczególnie wyraźnym wynikiem była różnica między półkulami. Zarówno u myszy, jak i u ludzi reakcja na składniki odżywcze była znacznie silniejsza w lewej BLA niż w odpowiadającym jej obszarze po prawej stronie. Ta asymetria zaskoczyła Knighta: zwykle oczekuje się, że sieci odpowiedzialne za ważne funkcje, takie jak odżywianie, będą bardziej symetryczne. Badacze nie wiedzą jeszcze, dlaczego lewa strona wykazuje większą aktywność; laboratorium Knighta bada możliwe przyczyny tej różnicy.

Praca precyzuje, w jaki sposób informacje z układu pokarmowego mogą uczestniczyć w wyuczonych reakcjach na jedzenie, i stawia pytanie o możliwość zmiany atrakcyjności poszczególnych produktów. Wśród interesujących kierunków autorzy wymieniają leki z grupy agonistów GLP-1 — klasę leków naśladujących hormon naturalnie wydzielany przez organizm. Przedstawiony materiał nie wyjaśnia jednak, jaki dokładnie związek mają te leki z opisaną ścieżką ani czy mogą w ukierunkowany sposób zmieniać preferencje smakowe. Praktyczne konsekwencje i mechanizm asymetrii pozostają niewyjaśnione.

Źródło: ScienceDaily