Почему мозг учится любить горький кофе

Учёные обнаружили медленный дофаминовый сигнал, который помогает мозгу запоминать не только вкус пищи, но и её последствия для организма

Почему знакомый вкус со временем начинает нравиться

Первая чашка чёрного кофе нередко разочаровывает. Вместо ожидаемого удовольствия человек ощущает выраженную горечь, которую вкусовая система обычно воспринимает как предупреждающий сигнал.

Но через несколько месяцев или лет тот же напиток может стать любимым. Причём некоторые люди постепенно отказываются от сахара и молока, предпочитая именно горький вкус.

Как мозг переучивается?

Традиционные объяснения связывают этот процесс с привыканием, повторным воздействием вкуса, положительными ассоциациями и действием кофеина.

Однако международная группа исследователей под руководством Закари Найта (Zachary Knight) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско обнаружила ещё один механизм, способный изменять пищевые предпочтения.

Оказалось, что мозг может оценивать пищу дважды.

Первый раз — когда вкусовые рецепторы сообщают, что мы положили в рот.

Второй — когда пищеварительная система начинает распознавать поступившие питательные вещества.

Именно второй сигнал способен изменить отношение к вкусу, который предшествовал поступлению пищи.

Как кишечник сообщает мозгу, какую еду стоит запомнить

Представьте, что человек пробует совершенно новый продукт.

Язык немедленно передаёт информацию о его вкусе. Но в этот момент мозг ещё не знает, насколько питательным окажется продукт.

Через некоторое время питательные вещества достигают пищеварительного тракта. Специализированные сенсорные механизмы распознают, в частности, глюкозу и жиры.

Эта информация поступает в нервную систему и может запускать дофаминовый сигнал.

Дофамин часто называют «гормоном удовольствия», хотя такое определение слишком упрощает его функции. Это вещество участвует в работе систем мотивации, подкрепления и обучения. Оно помогает мозгу запоминать события и действия, которые имеют значение для организма.

Исследователи обнаружили особый дофаминовый путь, который реагирует на питательные вещества сравнительно медленно.

Его нейроны находятся в вентральной области покрышки среднего мозга (VTA), а нервные окончания передают сигнал в переднюю часть базолатерального комплекса миндалевидного тела (BLA).

Миндалина известна участием в эмоциональном обучении и формировании ассоциаций. Новая работа показывает, что определённая область этой структуры также помогает связывать вкусовые ощущения с последующими последствиями употребления пищи.

В отличие от быстрых дофаминовых реакций, возникающих при виде или непосредственном употреблении привлекательной еды, обнаруженный сигнал развивается постепенно и может сохраняться несколько минут.

Это позволяет мозгу объединять события, разделённые во времени: сначала вкус, затем поступление питательных веществ.

Что произошло, когда учёные обошли вкусовые рецепторы

Чтобы понять происхождение сигнала, исследователи провели серию экспериментов на мышах.

Животным вводили питательные растворы непосредственно в желудок. Среди использованных веществ были глюкоза и смеси, содержащие другие питательные компоненты, включая жиры.

Такой подход позволял исключить непосредственное воздействие вкуса на рецепторы языка и отдельно исследовать реакцию мозга на вещества, поступившие в пищеварительную систему.

Одновременно учёные регистрировали изменения дофаминовой активности в различных областях мозга.

После поступления питательных веществ они обнаружили выраженное и продолжительное повышение дофаминового сигнала в передней части BLA.

Причём эта реакция отличалась от привычных быстрых сигналов в структурах полосатого тела, которые традиционно изучают в связи с вознаграждением.

Последующие эксперименты помогли определить молекулярные механизмы распознавания питательных веществ и популяции дофаминовых нейронов, участвующих в передаче информации.

Но обнаружить сигнал ещё не означает доказать, что он действительно изменяет пищевые предпочтения.

Поэтому исследователи перешли к следующему этапу.

Мыши продолжали есть, но перестали учиться любить новый вкус

Учёные избирательно подавляли активность компонентов обнаруженной нейронной системы.

При этом животные сохраняли способность нормально питаться и употреблять знакомую пищу.

Однако происходило другое изменение.

Мыши теряли способность формировать новую связь между определённым вкусом и последующим поступлением питательных веществ.

Иными словами, они могли есть, но переставали усваивать информацию о том, какой новый вкус предсказывает получение калорий.

Это принципиальное различие.

Исследователи обнаружили не просто очередной механизм голода или насыщения, а нейронную систему, необходимую для определённого вида пищевого обучения.

Затем был проведён обратный эксперимент.

Животным предлагали жидкость с новым вкусом, не содержащую калорий. После её употребления исследователи искусственно активировали дофаминовые нервные окончания в передней части BLA.

В результате у мышей формировалось предпочтение этого вкуса, несмотря на отсутствие питательного подкрепления.

Это один из наиболее убедительных результатов работы.

Подавление активности системы нарушало формирование предпочтений, а её искусственная стимуляция позволяла такое предпочтение создать.

Таким образом, исследователи получили причинные доказательства участия обнаруженного нейронного пути в обучении на основе связи вкуса и питательной ценности.

Почему левое полушарие оказалось важнее правого

Ещё более неожиданным результатом стала асимметрия мозга.

В экспериментах на мышах дофаминовый ответ на поступление питательных веществ был значительно сильнее в левой BLA, чем в соответствующей области правого полушария.

Для проверки возможного сходства с человеком исследователи обратились к данным нейровизуализации.

В одном исследовании участвовали 13 мужчин. С помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) оценивали изменения, связанные с высвобождением дофамина, после употребления калорийного молочного коктейля или некалорийного напитка.

Анализ выявил значимый дофаминовый ответ в левой BLA. При этом прямое статистически значимое различие между левым и правым полушариями в данном ПЭТ-анализе установлено не было.

В другом исследовании 38 взрослых обследовали с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) после употребления глюкозы.

Здесь активность в левой BLA оказалась выше, чем в правой.

Важно учитывать, что фМРТ регистрирует изменения, связанные с кровоснабжением и нейронной активностью, а не непосредственно выделение дофамина.

Тем не менее результаты двух методов согласуются с предположением об особой роли левой BLA в обработке сигналов о поступлении питательных веществ.

Почему такая система имеет выраженную асимметрию, исследователи пока не знают.

Возможные объяснения включают различия в нервных связях, передающих сигналы от внутренних органов, и особенности взаимодействия нейронных сетей двух полушарий.

Но действительно ли это объясняет любовь к чёрному кофе?

Здесь необходимо сделать важное уточнение.

В описанных экспериментах исследователи не изучали привыкание человека к горечи кофе.

Основные причинные доказательства получены на мышах, у которых формировали предпочтения к новым вкусам посредством питательного подкрепления.

Чёрный кофе без сахара и молока содержит очень мало калорий. Поэтому механизм, связанный с распознаванием глюкозы и жиров, не может автоматически объяснить, почему человек начинает получать удовольствие именно от несладкого кофе.

Кроме того, кофе содержит кофеин, обладающий собственными фармакологическими эффектами.

Он влияет на бодрость и работу нервной системы. Повторяющаяся связь между вкусом напитка, ощущением бодрости и привычными обстоятельствами употребления также может участвовать в формировании предпочтений.

Свою роль способны играть изменение чувствительности к горечи, накопленный вкусовой опыт и психологические ассоциации.

Новое исследование не исключает эти механизмы и не доказывает, что обнаруженный путь необходим для приобретения любви к кофе.

Но оно демонстрирует более общий принцип.

Восприятие пищевого продукта формируется не только под воздействием его непосредственного вкуса. Организм способен использовать информацию о последствиях употребления пищи, чтобы корректировать дальнейшее поведение.

Особенно очевидное значение этот механизм может иметь для продуктов, содержащих сахар и жиры.

Можно ли изменить пищевые привычки, воздействуя на дофамин?

Обнаруженный нейронный путь представляет интерес далеко за пределами изучения вкусовых предпочтений.

Он помогает понять, как энергетическая ценность пищи может закреплять предпочтение к определённым вкусам даже тогда, когда человек или животное не осознаёт соответствующих внутренних сигналов.

Это направление потенциально важно для исследований переедания, пищевого поведения и ожирения.

Однако между открытием нейронного механизма у мышей и возможностью управлять пищевыми привычками человека лежит значительное расстояние.

В частности, исследователи обсуждают возможное взаимодействие обнаруженной системы с препаратами, действующими через рецепторы глюкагоноподобного пептида-1 (ГЛП-1 / GLP-1).

Такие препараты применяются, в частности, при сахарном диабете 2-го типа и ожирении. Они способны изменять аппетит, потребление пищи и пищевое поведение.

Авторы предполагают, что некоторые эффекты подобных препаратов теоретически могут быть связаны с изменением пищевого подкрепления.

Но в данном исследовании препараты ГЛП-1 не изучались.

Поэтому пока неизвестно, влияет ли эта терапия на обнаруженный дофаминовый путь и какую роль подобное взаимодействие могло бы играть в клинических результатах.

Следующий этап исследований — установить, насколько аналогичные нейронные механизмы необходимы для формирования пищевых предпочтений у человека, как они взаимодействуют с другими системами вознаграждения и можно ли воздействовать на них безопасно.

Для медицины особенно важно отделить изменения чувства голода от изменений способности мозга запоминать и предпочитать определённые продукты.

Это разные процессы, даже если в повседневной жизни они тесно связаны.