新的研究揭示了大脑如何解释营养和水分需求并将其转化为行动。为了确保我们获得所需的卡路里和水分，大脑依赖于一个复杂的细胞、信号和通路网络，指导我们何时进食、饮水或停止。然而，关于大脑如何解读身体需求并将其转化为行动的许多细节仍然未知。来自马克斯·普朗克生物智能研究所的研究人员与雷根斯堡大学和斯坦福大学合作，确定了杏仁核中一些特定人群的神经元——大脑的情感和动机中心——在这一过程中起着关键作用。
这些专门的“口渴”和“饥饿”神经元通过不同的电路运作，影响进食或饮水的驱动。该研究是在小鼠身上进行的，揭示了杏仁核在调节我们营养需求方面的作用，并可能为饮食失调和成瘾提供见解。
杏仁核，是一个通常与情感和决策相关的脑区，也在塑造我们饮食和饮水欲望方面起着关键作用。早期由鲁迪格·克莱因（Rüdiger Klein）领导的马克斯·普朗克生物智能研究所的研究揭示，杏仁核的中央核中的神经元将食物与情感联系起来——将美味的饮食与积极情感配对，将糟糕的食物与厌恶关联起来，并在恶心出现时抑制食欲。该团队还演示了改变这些神经元的活动可以改变行为，使小鼠即使在饱腹或感到不适时也会进食。
在这些发现的基础上，新的研究详细描述了杏仁核相同中心区域中两组不同的神经元，一组专门响应口渴，另一组响应饥饿，由复杂的分子线索网络引导。“这些神经元中有一组专门负责调节喝水欲望，这是在杏仁核中发现的第一个‘口渴神经元’，”领导该研究的费德里卡·费尔马尼（Federica Fermani）解释道。“当我们激活这些神经元时，小鼠喝得更多，而当我们抑制它们的活动时，小鼠喝得更少。我们还在杏仁核的同一区域中发现了另一组神经元，既驱动口渴又在调节饥饿中发挥作用。这些发现突显出一些神经元在特定行为上的显著特化，而其他神经元则在指导食物和饮料选择方面具有更一般的作用。”
为了探究杏仁核中央核中的神经元如何调节饮水和进食，研究人员使用先进的遗传工具来研究小鼠在饥饿、口渴以及已经饱腹和水分充足时的脑活动。一种名为光遗传学的方法使团队能够利用对光敏感的蛋白质和精确调谐的激光激活特定神经元。他们还使用抑制神经元的方式，观察它们的缺失如何影响小鼠的饮食或饮水倾向。通过将此与能够监测多个脑区中单个神经元的新方法结合，研究人员绘制了这些神经元接收信息的位置，并确定了它们与其他脑区的通信。
绘制这些神经元与其他脑区通信的路径揭示了与处理食物和水的感官信息相关的区域的连接，例如旁脑桥复合体。该研究还探讨了大脑如何在塑造行为时平衡其他因素，例如味道。例如，通过将不太受欢迎的饮料风味与中央杏仁核中神经元的有针对性刺激相结合，研究人员发现他们可以改变小鼠的选择，将以前回避的风味转变为新的最爱。由于杏仁核的结构在小鼠和人类中相似，研究人员建议这些发现可能增强我们对情感和动机如何影响我们自己的饮食和饮水习惯的理解。
“口渴和饥饿等基本驱动确保我们在正确的时间进食和饮水，给予我们的身体生存所需的水分和营养，鲁迪格·克莱因说，马克斯·普朗克生物智能研究所的主任。“但是，这些相同的神经电路也可能导致过量进食或少食，具体取决于它们在大脑中遇到的信号。通过揭示这些过程，我们更好地理解了大脑如何情感地评估食物和饮料，学习将它们与愉悦或厌恶相关联，以及神经发育如何塑造天生和学习的行为。”
这项工作为新的问题打开了大门——例如大脑如何平衡食欲、口渴和情感；我们如何知道何时食物和饮料过少或过量；如何同时管理相互竞争的需求；以及在肥胖、厌食症或酒精成瘾等情况下这些电路如何受到影响。
