进食似乎在细胞级别上类似于接力赛的组织：当我们消费食物时，不同的神经元群体轮流工作，直到我们摄入足够的能量。这一见解来自于德国弗里德里希-亚历克萨大学的科学家们最近的一项研究。通过这一复杂的过程，大脑可能会调节我们的食物摄入，以防止过量进食或进食不足。这一机制的干扰可能会导致饮食障碍，例如厌食症或暴食。这些发现已在《神经科学杂志》上发表。
为了保持健康，我们必须通过食物摄入来不断恢复我们的能量水平。这一调节发生在下丘脑，这是大脑内一个关键的控制中心。下丘脑不断从我们的身体和周围环境中收集重要信息，包括时间或血糖水平等因素。根据这些信息，它促使某些本能行为，例如在天黑时入睡或在感到饥饿时走向冰箱。
但是大脑是如何确保我们在最初的饥饿感消退后继续进食的，尽管腹中的拉伸感受器已经发出食物存在的信号呢？负责系统神经生理学的亚历克谢·波诺马连科教授说：“当我们进食时，我们会迅速从所谓的‘食欲’行为过渡到‘消费’行为。” “我们对大脑如何调节这一消费阶段的持续时间仍有很多不理解。它需要恰到好处——既不能太长也不能太短——以提供合适的能量摄入。”
在波诺马连科教授的指导下，FAU团队与科隆大学医院的研究人员合作，调查了进食过程中大脑的活动。他们关注了小鼠的下丘脑，该结构与人类的下丘脑具有结构相似性。“我们采用人工智能的方法来分析下丘脑特定部分的电活动，”研究的合著者、FAU的数学家兼博士生马赫莎·阿尔塔菲解释说。“这使我们能够识别在进食的特定时刻，哪些神经元变得活跃或产生电冲动。”
四个不同神经元群体的顺序激活
研究人员发现，在进食过程中，有四组不同的神经元按照特定顺序激活。这些神经元群体的协作就像接力赛跑者，各自在过程的不同阶段扮演角色。波诺马连科教授表示：“我们相信这些群体对身体信号的评估方式不同，例如血糖水平、饥饿激素和胃部满度。”举例来说，第四组可能比第一组更重视拉伸传感器的信号。“这一机制使下丘脑能够有效调节我们的食物摄入。”
科学家们还探讨了每组内的神经元是如何相互通信的。众所周知，神经元的活动节律各不相同：有时它们非常兴奋，而有时其活动很少。这些交替的阶段往往每秒发生多次。为了有效通信，神经元需要以相同的节律振荡。这就像使用对讲机：如果设备未调到同一频率，你听到的只是杂音。
波诺马连科教授表示：“我们已经证明参与进食的神经元组使用相同的频率进行通信。” “相比之下，参与其他活动（如探索或社交互动）的神经元组倾向于在不同的频道进行通信。”这可能有利于参与进食的神经元之间的信息交换，允许过程适当结束。这一发现可能具有临床意义：已经取得的进展使得可以通过外部手段影响神经元的节律，例如，使用振荡磁场。增强这些“进食团队”之间的通信可能是有益的。如果成功，这可能有助于治疗饮食障碍，这是一个长期的目标。
FAU的研究员波诺马连科说：“在小鼠中，可以通过光遗传学方法直接影响神经元的振荡行为。”“我们计划进行后续研究，以考察这些影响如何影响它们的进食习惯。”
