Джанк-фуд: реакция мозга на вредные вкусности

Во всем есть своя логика, даже если мы не видим ее сразу. Даже размещение товаров в супермаркетах это целая наука, нацеленная, естественно, на то, чтобы получить от каждого покупателя максимальную выгоду. Ну и, конечно, обеспечить покупателям комфортное пребывание в магазине, но только для того, чтоб они дольше там находились и больше потратили. Таков уж материальный мир. Еще одной особенностью супермаркетов являются их кассы, которые буквально завалены всякими мелочами, от батареек до шоколадных батончиков. И несмотря на обилие информации о том, что полезно, а что вредно, мы продолжаем «баловать» себя чипсами, шоколадками и прочей «гадостью», которую диетологи очень не любят, но которая так вкусна. Так почему же мы продолжаем есть, то что вредно, несмотря на полное понимание этой вредности? Ученые из Общества научных исследований имени Макса Планка (Мюнхен, Германия) провели исследование, в котором выявили корреляцию между потреблением пищи с высоким содержанием сахаров (или жиров) и определенной активностью мозга. Что именно чипсы творят с нашими мозгами мы узнаем из доклада ученых.

Основа исследования

Пища нам необходима, не так сильно как воздух или вода, но все же. Употребление пищи позволяет организму получать жизненно необходимую энергию. При этом в организме формируются определенные связи. Например, сигналы окружающей среды становятся связанными с результатами питания, а затем впоследствии используются организмами в качестве сенсорных сигналов «упреждающей связи», которые предвосхищают будущее потребление и восстановление энергетического баланса. К примеру, вывеска кондитерской, которая раньше была для вас нейтральным сигналом, становится связанной с потреблением ваших любимых конфет, которые вы тут раньше обнаружили в продаже. В результате этот сигнал перестает быть нейтральным, а начинает формировать будущие сложные модели поведения для реализации команды «купить еще конфет», даже если вы не голодны.

Критические внутренние сигналы, формирующие сенсорное ассоциативное обучение, генерируются во время приема пищи и передаются подсознательно в центральную нервную систему, чтобы можно было изучить питательную ценность продуктов и сигналы, предсказывающие эту ценность. Например, когда кишечные клетки ощущают жир, блуждающий нерв* генерирует сигнал и передает его в мозг для регуляции дофаминергической функции, кодирования ценности и мотивационного побуждения.

Блуждающий нерв* — десятая пара черепных нервов (Х пара), идущая от мозга к брюшной полости.

Точно так же способность потребления сахара задействовать чувствительные к дофамину стриарные цепи и вызывать мотивированное поведение зависит от генерации сигналов, производимых, когда клетки используют глюкозу в качестве топлива, то есть в процессе окисления глюкозы. Соответственно, у людей величина ответа фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография) на пищевой сигнал, предсказывающий калорийность, пропорциональна метаболическим сигналам, генерируемым при употреблении этой пищи или напитка.

В ранее проведенных исследованиях было показано, что немедленная реакция мозга на некалорийный напиток была тесно связана с изменениями уровня глюкозы в плазме, которые вызывал напиток при употреблении с калориями. Другими словами, более сильный нейронный сигнал отражает большую доступную энергию.

Эта фундаментальная связь между сенсорной обратной связью и энергетическими свойствами пищи имеет важное значение для понимания процессов, посредством которых современная пищевая среда способствует ожирению. Во-первых, есть обширные доказательства того, что сенсорное ассоциативное обучение и, как следствие, способность стимула контролировать поведение (т. е. реактивность на пищевой сигнал) значительно различаются у разных людей и связаны с риском увеличения веса. Во-вторых, многие современные обработанные пищевые продукты обладают высокой энергетической плотностью и часто содержат как жир, так и сахар, которые взаимодействуют между собой, усиливая подкрепление сверх энергетической ценности. Таким образом, современные обработанные пищевые продукты являются мощными стимуляторами, и, как и в случае с наркотиками, экспериментальные модели на животных показали, что их частое употребление приводит к перенастройке мозговых цепей даже у потомства, рожденного от матерей, потребляющих пищу с высоким содержанием жиров (HFD от high-fat diet) во время лактации.

HFD в отсутствие прибавки в весе также могут усиливать побудительные мотивационные реакции на сигналы, предвосхищающие калорийность, в контексте снижения мотивации к поиску пищи как таковой. Один прием пищи с высоким содержанием жиров также может вызывать длительное усиление возбуждающей синаптической передачи на дофаминовые нейроны у мышей, что согласуется с критической ролью дофамина в управлении ассоциативным обучением с помощью пищевых сигналов для стимулирования приема пищи и стимулирующей сенсибилизации. Таким образом, как и в случае наркотиков, вызывающих привыкание, существуют доказательства причинной роли диеты (т. е. жиров/сахаров) в перенастройке мозговых цепей, чтобы способствовать дальнейшему поиску высококалорийных продуктов. Однако подобного рода исследования дают мало данных, которых недостаточно для полноценного вывода относительно влияния HFD на мозг человека. Потому ученые и решили провести рассматриваемое нами сегодня исследование.

Изображение №1

Ученые намерены были установить вызывает ли частое воздействие тонкого вмешательства с высоким содержанием жиров/сахара (HF/HS от high-fat/high-sugar) в течение 8 недель следующие реакции:

• сдвиги в предпочтениях жиров;
• изменения нервной реакции во время воздействия вкусных продуктов;
• усиленное нейронное кодирование ошибок прогнозирования (PE от prediction error) во время задачи ассоциативного обучения.

PE являются жизненно важными обучающими сигналами в вычислительных теориях адаптивного поведения, представленными в мозге дофаминергическими сигналами, регулирующими мотивацию и подкрепляющими действия посредством дофамин-зависимой пластичности. Следовательно, если HFD изменяет нейронное кодирование PE, то это будет убедительным доказательством того, что HFD играют важнейшую роль в изменении ассоциативного обучения у людей.

Результаты исследования

Первым делом ученые проверили, влияет ли HF/HS или LF/LS (low-fat/low-sugar) питание на массу тела, метаболический статус или общий режим питания. Для этого было проведено линейное моделирование со смешанными эффектами для проверки эффекта вмешательства (HF/HS или LF/LS) и сеанса (базовый уровень, после вмешательства) отдельно для каждого из следующих параметров:

• индекс массы тела (BMI);
• индекс жировой массы (FMI);
• модель гомеостаза для оценки резистентности к инсулину (HOMA-IR);
• уровней лептина в сыворотке;
• уровень липидов в крови (триглицеридов, холестерина);
• самооценки потребления жиров и сахара с использованием краткого опросника о диетическом жире и свободном сахаре (DFS).

Испытуемые были поделены на две группы: HF/HS, которые в свой обычный рацион вносили дополнительное питание с высоким содержанием жира и сахара; LF/LS, которые в свой обычный рацион вносили дополнительное питание с низким содержанием жира и сахара.

В ходе анализа данных из опросников было обнаружено небольшое снижение в самооценке количества потребляемой пищи от исходного уровня до уровня после вмешательства, что потенциально указывает на компенсаторное изменение в рационе питания в обеих группах.

Тем не менее BMI и FMI незначительно увеличились в обеих группах, что подтверждает увеличение веса за счет увеличения потребляемых калорий ввиду дополнительного «перекуса» между основными приемами пищи. В соответствии с увеличением жировой массы уровень лептина в крови повысился в обеих группах. Диетическое вмешательство не влияло на резистентность к инсулину и липиды крови. Куда важнее тот факт, что эти параметры не отличались между группами HF/HS и LF/LS. Другими словами, HF/HS питание не оказало дифференциального влияния на массу тела или метаболические параметры.

Чтобы оценить влияние HF/HS или LF/LS вмешательства на восприятие вкуса и предпочтения человека, испытуемые оценивали пудинги с различной концентрацией жира (0%, 3.1%, 5.6%, 16.9%) и яблочный сок с различной концентрацией сахарозы (0, 0.1, 0.56, 1 М) по так называемым жирности, сливочности, маслянистости, сладости, желанию и предпочтению. С этой целью были использованы визуальные аналоговые шкалы — маркированную гедонистическую шкалу и общую маркированную шкалу магнитуд.

Сначала ученые проверили оба типа диетических вмешательств, чтобы на исходном уровне испытуемые могли определить уровень жирности и сладости продукта для различных концентраций жира и сахара.

Изображение №2

Испытуемые сообщили о значительном увеличении воспринимаемой жирности по уровням концентрации жира и воспринимаемой сладости по концентрациям сахарозы (2A и 2B). Другими словами, испытуемые были способны воспринимать различия в содержании жира и сахара до начала диетического вмешательства.

Затем была проведена оценка того, изменило ли вмешательство HF/HS по сравнению с вмешательством LF/LS вкусовое восприятие жирности и сладости по отношению к соответствующим базовым уровням. Значимого эффекта обнаружено не было. Следовательно, диета не влияла на восприятие увеличения концентрации жира и сахара.

Учитывая опыты на мышах, стоит предположить, что HF/HS рацион может снизить предпочтение к пище с низким содержанием жира. Предпочтение количественно определялось субъективными оценками по шкалам желания (хочу / не хочу) и симпатии (нравится / не нравится). Апостериорный анализ (с поправкой на множественные сравнения) показал, что предпочтение к самой низкой (0%) и самой высокой (15.6%) концентрации жира было снижено после HF/HS диеты, но не после LF/LS (2C). Также анализ показал, что HF/HS рацион по сравнению с LF/LS значительно снижал симпатию к самой низкой концентрации жира (2E). Ни возраст, пол, ни изменения BMI и жировой массы, ни резистентность к инсулину не оказывали прямого влияния на показатели желания и симпатии и не взаимодействовали с рационом или концентрацией.

Недавние исследования на животных показали, что предпочтение жира и сахара по-разному модулируется HF/HS рационом. Следовательно, ученые проверили, модулируется ли потребность в различных концентрациях сахарозы с помощью HF/HS по сравнению с LF/LS. В результате был обнаружен только значительный основной эффект концентрации. Другими словами, как HF/HS, так и LF/LS снижали потребность в более низких концентрациях сахарозы (0 и 0.1 М; 2D) по сравнению с исходным уровнем. Не было обнаружено какого-либо значительного влияния концентрации или рациона на изменения симпатии (2F). Кроме того, возраст, пол, изменение BMI и жировой массы или резистентность к инсулину не оказывали влияния на предпочтение сахарозы.

В дополнение к влиянию на восприятие вкуса HF/HS по сравнению с LF/LS может влиять на нейронные реакции на ожидание и потребление пищи в нейроцепях, связанных с питанием и вознаграждением. Для оценки этого была проведена фМРТ испытуемых, употребляющих молочный коктейль. Ученые стремились определить области мозга, активность которых повышалась в ответ на сигналы о молочном коктейле и от его потребление в большей степени после HF/HS, чем после LF/LS.

Изображение №3

Анализ показал, что только после HF/HS нейронный ответ на сигналы, предвосхищающие молочный коктейль, усиливался в среднем мозге (вентральная область покрышки), в правой дорсолатеральной префронтальной коре, в таламусе (вентральное заднелатеральное ядро) и в двусторонней затылочной коре.

Во время употребления молочного коктейля после HF/HS по сравнению с LF/LS наблюдалась повышенная нейронная реакция в левой задней островковой коре и правой средней и передней островковой коре, распространяющаяся на вышележащий оперкулум.

Изображение №4

Затем ученые предположили, что если HF/HS модулирует предпочтения и изменяет нейронные реакции на потребление пищи, то процессы формирования предпочтений должны быть связаны с ответами дофаминергических путей, лежащих в основе изучения ассоциаций сигнал-результат в более общем плане. Потому была проведена еще одна сессия фМРТ во время выполнения человеком задачи ассоциативного сенсорного обучения, которая не включала стимулы, связанные с едой. В частности, ученые оценили способность испытуемых узнавать ассоциации между слуховыми сигналами и последующими визуальными результатами. Во время эксперимента эти ассоциации колебались между высокой предсказуемостью и непредсказуемостью, что требовало адаптивного обучения.

Чтобы оценить различные эффекты HF/HS или LF/LS рациона на нейронные корреляты обучения, данные фМРТ были проанализированы для выявления областей мозга, кодирующих адаптивные PE. Затем необходимо было проверить, усиливает ли HF/HS рацион это нейронное кодирование сильнее, чем LF/LS.

Этот анализ действительно выявил усиленное рекрутирование нейронных цепей, ранее связанных с адаптивным кодированием PE, после вмешательства HF/HS по сравнению с вмешательством LF/LS. Нейронные реакции включали вентромедиальную префронтальную кору, вентральное полосатое тело, заднюю островковую кору и гиппокамп, даже с учетом индивидуальных различий в чувствительности к инсулину. Примечательно, что дифференциальные эффекты HF/HS на нейронные корреляты обучения не были связаны с возрастом, полом, изменением жировой массы или резистентностью к инсулину.

Из этого можно сделать вывод, что гипотеза о влиянии HF/HS (питания с высоким содержанием жиров или сахаров) действительно влияет на нейронные процессы, участвующие в ассоциативном обучении.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог

В рассмотренном нами сегодня труде ученые задались вопросом — почему людям порой так тяжело отказаться от чипсов или сладостей. Ответ на этот вопрос, как ни удивительно, был сокрыт в мозге человека.

Опыты и анализ фМРТ показал, что мозг человека значительно сильнее реагировал на продукты с высоким содержанием жира или сахара (HF/HS) после предварительного длительного употребления подобных продуктов. Это особенно активировало дофаминергическую систему, область мозга, отвечающую за мотивацию и вознаграждение.

После длительного употребления HF/HS мозг буквально перестраивается и учится отдавать предпочтение именно такой пище, так как ее употребление результирует в виде вознаграждения (проще говоря, мы едим чипсы — они вкусные — мы получаем удовольствие).

Проблема в том, что нейронные связи, которые формируются ввиду изменения рациона путем увеличения HF/HS (как это было с испытуемыми в ходе исследования) не «исчезают» быстро. Следовательно, даже после прекращения употребления в пищу HF/HS продуктов, желание их есть будет сохраняться еще долго. Ведь эти нейронные связи являются результатом не запоминания, а именно обучения.

По словам ученых, их труд позволяет глубже взглянуть на проблемы ожирения, вызванные неправильным питанием. Точно зная, что происходит в мозге такого пациента, можно разработать методику манипулирования нейронными процессами, дабы снизить или нивелировать нейронную активность, вызываемую потреблением вредной пищи.