Attivazione del prosencefalo basale

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 22044 (2022) Citare questo articolo

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I segnali ambientali e gli stati interni come l’umore, la ricompensa o l’avversione influenzano direttamente i comportamenti alimentari oltre la necessità omeostatica. L'ipotalamo è stato ampiamente studiato per il suo ruolo nell'alimentazione omeostatica. Tuttavia, molti dei circuiti neurali che guidano l’alimentazione più complessa e non omeostatica che integra valenza e segnali sensoriali (come gusto e olfatto) rimangono sconosciuti. Qui descriviamo un circuito dal proencefalo basale (BF) all'habenula laterale (LHb) che modula direttamente il comportamento di alimentazione non omeostatico. Utilizzando la mappatura del circuito mediato dal virus, abbiamo identificato una popolazione di neuroni glutamatergici all'interno del BF che proiettano all'LHb, che risponde a diversi segnali sensoriali, inclusi odori avversivi e legati al cibo. L'attivazione optogenetica dei circuiti da BF a LHb determina un'avversione robusta, di tipo riflessivo. Inoltre, l’attivazione di questo circuito sopprime il desiderio di mangiare a digiuno. Insieme, questi dati rivelano un ruolo dei neuroni glutammatergici del prosencefalo basale nel modulare l’avversione associata all’LHb e i comportamenti alimentari rilevando segnali ambientali.

L’alimentazione è un comportamento appetitivo essenziale per la sopravvivenza di tutti gli animali. L'alimentazione omeostatica, o alimentazione per soddisfare il fabbisogno calorico, consiste nel bilanciare l'apporto calorico con l'apporto calorico per mantenere il peso adeguato e la salute metabolica. Tuttavia, questa è solo una componente del comportamento alimentare. I segnali ambientali (come il gusto e l'olfatto), l'umore, la ricompensa e l'avversione influenzano tutti l'alimentazione e possono portare il consumo di cibo al di sopra o al di sotto del normale fabbisogno calorico salutare1,2,3. In contrasto con l’alimentazione omeostatica, questi meccanismi di alimentazione non omeostatica si sono evoluti per rendere gli organismi adattabili ad un ambiente in cambiamento, in cui le fonti di cibo possono essere inaffidabili. Tuttavia, quando il cibo è facilmente accessibile, questi meccanismi possono diventare disadattivi.

Un classico esempio di alimentazione non omeostatica è il comportamento edonico basato sulla ricompensa che spinge un animale a consumare cibo oltre il fabbisogno calorico. Reciprocamente, segnali alimentari avversivi e/o stimoli minacciosi possono impedire l’assunzione di cibo anche in uno stato di digiuno. Ad esempio, segnali che indicano cibo avariato o un predatore nelle vicinanze possono indurre rispettivamente comportamenti di evitamento o di fuga per garantire la sopravvivenza. Sebbene sia generalmente riconosciuto che l’ipotalamo regola gli aspetti chiave dell’alimentazione omeostatica4,5,6,7,8 e che i percorsi di omeostasi, ricompensa e avversione convergono per governare l’alimentazione9,10,11, i circuiti, i costituenti neuronali e i modelli di alimentazione la connettività funzionale che media il comportamento alimentare non omeostatico rimane in gran parte sconosciuta.

Noi e altri abbiamo recentemente identificato il prosencefalo basale come un nodo del circuito che ha un impatto diretto sull'alimentazione non omeostatica12,13,14. In particolare, quando i neuroni eccitatori glutammatergici del BF sono stati geneticamente presi di mira per l’attivazione cronica, i topi hanno mostrato un’ipofagia grave e letale. Questa soppressione dell’alimentazione era accompagnata da avversione al cibo e agli stimoli legati al cibo. Le proiezioni del BF glutamatergico nell'area ipotalamica laterale (LHA) sono state identificate come parzialmente responsabili sia dell'ipofagia che dell'avversione osservate, tuttavia, l'attivazione diretta dei terminali del BF glutamatergico all'interno dell'LHA non ha fenocopiato completamente l'avversione associata al cibo mostrata dall'attivazione del corpo cellulare del BF , suggerendo che altri obiettivi a valle del BF contribuiscono all'avversione legata al cibo osservata12.

Attraverso la mappatura della proiezione anterograda mediata dal virus, abbiamo scoperto che i neuroni glutammatergici del BF proiettano anche all'Habenula laterale (LHb), un importante centro di avversione all'interno del cervello3,15, e che LHb riceve informazioni sensoriali dal BF. Inoltre, quando vengono attivate le proiezioni da BF a LHb, questo circuito determina una potente avversione simile a un riflesso che distrugge la memoria. Questo circuito sopprime la spinta omeostatica a mangiare senza influenzare l’appetito. Insieme, questi dati identificano un circuito cerebrale che collega il prosencefalo basale glutamatergico all’LHb per modulare direttamente l’alimentazione indipendentemente dallo stato omeostatico.