דיבור, שירה, שיעול, צוחק, צועק, פיהוק, לעיסה – אנו משתמשים בלסתות שלנו למטרות רבות. כל פעולה מצריכה תיאום מורכב של שרירים שפעילותם מנוהלת על ידי נוירונים במוח.
אבל מסתבר שהמעגל העצבי שמאחורי תנועת הלסת החיוני ביותר להישרדות-;אכילה-; פשוט באופן מפתיע, כפי שתיארו לאחרונה חוקרים מאוניברסיטת רוקפלר במאמר חדש ב- טֶבַע. כריסטין קוסה ומדענים נוספים מהמעבדה לגנטיקה מולקולרית, בראשות ג'פרי מ. פרידמן, זיהו מעגל של שלושה נוירונים המחבר הורמון מאותת רעב לתנועות הלסת של הלעיסה. המתווך בין שני אלה הוא מקבץ של נוירונים באזור מסוים של ההיפותלמוס, שכאשר הוא ניזוק, ידוע מזה זמן רב כגורם להשמנה.
באופן מדהים, עיכוב של נוירונים כביכול BDNF אלה לא רק מוביל בעלי חיים לצרוך יותר מזון אלא גם גורם ללסת לבצע תנועות לעיסה גם בהיעדר מזון או קלט חושי אחר שיעיד שהגיע הזמן לאכול. וגירוים מפחית את צריכת המזון ומפסיק את תנועות הלעיסה, ופועל כרסון יעיל נגד רעב.
הארכיטקטורה הפשוטה של מעגל זה מעידה על כך שהדחף לאכול עשוי להיות דומה יותר לרפלקס ממה שנחשב בעבר – ועשויה לספק רמז חדש לגבי האופן שבו התחלת האכלה נשלטת.
"זה מפתיע שהנוירונים האלה כל כך חשובים לשליטה מוטורית", אומרת מחברת המחקר הראשונה כריסטין קוסה, עמיתת מחקר במעבדה. "לא ציפינו שהגבלת תנועת הלסת הפיזית יכולה לפעול כסוג של מדכא תיאבון".
יותר מתחושה?
הדחף לאכול מונע לא רק מרעב אלא מגורמים רבים. אנחנו גם אוכלים להנאה, קהילה, טקס והרגל; וריח, טעם ורגשות יכולים להשפיע על האם גם אנחנו אוכלים. בבני אדם, האכילה יכולה להיות מווסתת גם על ידי הרצון המודע לצרוך יותר או פחות. הגורמים להשמנה מורכבים באותה מידה, תוצאה של משחק דינמי של תזונה, סביבה וגנים. לדוגמה, מוטציות במספר גנים, כולל לפטין, ההורמון מדכא הרעב וגורם נוירוטרופי שמקורו במוח (BDNF), מובילות לאכילת יתר גסה, שינויים מטבוליים והשמנה קיצונית, מה שמרמז על כך ששני הגורמים בדרך כלל מדכאים את התיאבון.
כשהצוות של פרידמן החל במחקר זה, הם ביקשו לאתר את מיקומם של נוירוני ה-BDNF שמצמצמים אכילת יתר. זה התחמק ממדענים במשך שנים, כי נוירוני BDNF, שהם גם מווסתים ראשוניים של התפתחות נוירונים, בידול והישרדות, נפוצים במוח.
במחקר הנוכחי, הם התמקמו על ההיפותלמוס הונטרומדיאלי (VMH), אזור עמוק במוח הקשור לוויסות גלוקוז ותיאבון. זה מתועד היטב שנזק ב-VMH יכול להוביל לאכילת יתר ובסופו של דבר להשמנה אצל בעלי חיים ואנשים, בדיוק כפי שעושים חלבוני BDNF שעברו מוטציה. אולי ה-VMH מילא תפקיד רגולטורי בהתנהגות האכלה.
הם קיוו שעל ידי תיעוד ההשפעה של BDNF על התנהגות האכילה, הם יוכלו למצוא את המעגל העצבי המבסס את התהליך של הפיכת אותות תחושתיים לתנועות הלסת. לאחר מכן הם מצאו כי נוירוני BDNF ב-VMH-; אך לא במקומות אחרים-; מופעלים כאשר בעלי חיים הופכים להשמנת יתר, דבר המצביע על כך שהם מופעלים כאשר הם עולים במשקל על מנת לדכא את צריכת המזון. לכן כאשר נוירונים אלה חסרים, או שיש מוטציה ב-BDNF, בעלי חיים הופכים להשמנת יתר.
לעיסה ללא אוכל
בסדרה של ניסויים, החוקרים השתמשו אז באופטוגנטיקה כדי לבטא או לעכב את נוירוני ה-BDNF בהיפותלמוס הונטרומדיאלי של עכברים. כשהנוירונים הופעלו, העכברים הפסיקו לחלוטין להאכיל, גם כשידוע שהם רעבים. השתקתם הביאה את ההשפעה ההפוכה: העכברים החלו לאכול, לאכול ולאכול ולאכול, תוך זמן קצר ספגו כמעט 1200% יותר מזון ממה שהם היו עושים בדרך כלל.
כשראינו את התוצאות הללו, חשבנו בתחילה שאולי נוירוני BDNF מקודדים ערכיות. תהינו אם כשויסותנו את הנוירונים האלה, העכברים חוו את תחושת הרעב השלילית או אולי את ההרגשה החיובית של אכילת אוכל טעים".
כריסטין קוסה, מחבר ראשון
אבל ניסויים שלאחר מכן הפריכו את הרעיון הזה. ללא קשר למזון שניתן לעכברים – או המאכל הסטנדרטי שלהם או מזון עמוס בשומן וסוכר, כמו המקבילה של העכבר לעוגת מוס שוקולד – הם גילו שהפעלת נוירוני ה-BDNF דיכאה את צריכת המזון.
ומכיוון שרעב הוא לא המניע היחיד לאכול-; כפי שכל אחד שלא יכול לדלג על קינוח יכול להעיד-; הם גם הציעו אוכל טעים מאוד לעכברים שכבר היו מוזנים היטב. החיות אכלו עד שהחוקרים עיכבו את נוירוני ה-BDNF, ובשלב זה הם הפסיקו מיד לאכול.
"זה היה בתחילה ממצא מביך, כי מחקרים קודמים העלו שהדחף ה"נהנתני" הזה לאכול לשם הנאה שונה בתכלית מדחף הרעב, שהוא ניסיון לדכא את התחושה השלילית, או הערכיות השלילית, הקשורים לרעב על ידי אכילה. ", מציין קוסה. "הוכחנו שהפעלת נוירוני BDNF יכולה לדכא את שני הכוננים."
בולט לא פחות היה שעיכוב BDNF גרם לעכברים לבצע תנועות לעיסה עם הלסת שלהם, המכוונות לכל חפץ בסביבתם גם כאשר מזון לא היה זמין. האילוץ הזה ללעוס ולנשוך היה כל כך חזק שהעכברים כרסמו כל דבר סביבם – פיית המתכת של מזין מים, גוש עץ, אפילו החוטים שעוקבים אחר הפעילות העצבית שלהם.
המעגל
אבל איך מתחבר הבקרה המוטורית הזה לצורך או רצונו של הגוף באוכל?
על ידי מיפוי הכניסות והפלטים של נוירוני ה-BDNF, גילו החוקרים כי נוירוני BDNF הם נקודת השיניים של מעגל עצבי בן שלושה חלקים המקשר בין אותות הורמונליים המווסתים את התיאבון לתנועות הנדרשות כדי לצרוך אותו.
בקצה אחד של המעגל נמצאים נוירונים מיוחדים באזור הגרעין הקשתי (Arc) של ההיפותלמוס הקולטים אותות רעב כמו הורמון לפטין, המיוצר על ידי תאי שומן. (כמות גבוהה של לפטין פירושה שמיכל האנרגיה מלא, בעוד שרמת לפטין נמוכה מציינת שהגיע הזמן לאכול. בעלי חיים ללא לפטין הופכים להשמנת יתר.) נוירוני הקשת יוצאים אל ההיפותלמוס הונטרומדיאלי, שם האותות שלהם נקלטים על ידי ה-BDNF נוירונים, אשר מקרינים לאחר מכן ישירות למרכז גזע המוח הנקרא Me5 השולט בתנועת שרירי הלסת.
"מחקרים אחרים הראו שכאשר אתה הורג נוירונים Me5 בעכברים במהלך הפיתוח, החיות יגוועו ברעב כי הם לא מסוגלים ללעוס מזון מוצק", אומר קוסה. "אז זה הגיוני שכאשר אנו מתפעלים את נוירוני ה-BDNF המקרינים לשם, אנו רואים תנועות לסת."
זה גם מסביר מדוע נזק ב-VMH גורם להשמנה, אומר פרידמן. "הראיות שהוצגו במאמר שלנו מראות שההשמנה הקשורה לנגעים אלה היא תוצאה של אובדן של נוירוני BDNF אלה, והממצאים מאחדים את המוטציות הידועות הגורמות להשמנה למעגל קוהרנטי יחסית".
הממצאים מראים משהו עמוק יותר על הקשר בין תחושה והתנהגות, הוא מוסיף. "הארכיטקטורה של מעגל ההזנה אינה שונה מאוד מהארכיטקטורה של רפלקס", אומר פרידמן. "זה מפתיע, כי אכילה היא התנהגות מורכבת; כזו שבה גורמים רבים משפיעים אם תתחיל את ההתנהגות, אבל אף אחד מהם לא מבטיח זאת. מצד שני, רפלקס הוא פשוט: גירוי מוגדר ותגובה בלתי משתנה. במובן מסוים, מה שהמאמר הזה מראה הוא שהגבול בין התנהגות לרפלקס כנראה מטושטש ממה שחשבנו שהנוירונים במעגל הזה הם המטרה של נוירונים אחרים במוח שמעבירים אותות אחרים המווסתים את התיאבון. "
השערה זו עולה בקנה אחד עם העבודה של תחילת 20ה' הנוירופיסיולוג צ'ארלס שרינגטון, שציין כי בעוד שיעול מווסת על ידי רפלקס טיפוסי, הוא יכול להיות מווסת על ידי גורמים מודעים, כמו הרצון לדכא אותו בתיאטרון צפוף.
קוס מוסיף, "מכיוון שהאכלה כל כך חיונית להישרדות בסיסית, המעגל הזה המווסת את צריכת המזון עשוי להיות עתיק יומין. אולי זה היה מצע לעיבוד מורכב יותר ויותר שהתרחש עם התפתחות המוח".
לשם כך, בעתיד החוקרים רוצים לחקור את אזור גזע המוח הידוע בשם Me5 מתוך רעיון שהבקרות המוטוריות של הלסת עשויות להיות מודל שימושי להבנת התנהגויות אחרות, כולל פעולות פה כפייתיות הקשורות ללחץ כמו כרסום בעיפרון. מחק או קווצות שיער.
"על ידי בחינת הנוירונים הפרה-מוטוריים הללו ב-Me5, נוכל אולי להבין אם ישנם מרכזים אחרים שיוצאים לאזור ומשפיעים על התנהגויות מולדות אחרות, כמו נוירוני BDNF לאכילה", היא אומרת. "האם יש נוירונים המופעלים על ידי מתח או אחרים שמזרימים לשם גם כן?"