Кава може не сподобатися з першого ковтка: вона гірка, а люди зазвичай схильні уникати гірких смаків. Проте з часом багато хто починає її любити. Нове дослідження допомагає зрозуміти, як мозок поступово формує харчові вподобання та чому їжа, яка спочатку не приваблює, згодом може стати улюбленою.
Працюючи переважно з мишами, науковці виявили повільний дофаміновий сигнал, який допомагає мозку пов’язувати смак із калоріями, що надходять до кишківника. Цей сигнал активує невелику ділянку мигдалеподібного тіла — структури мозку, пов’язаної, зокрема, з емоціями та навчанням. Сканування людського мозку також вказало на схожу ділянку.
Основну частину експериментів провів Джеймс Ґроув, тоді аспірант Каліфорнійського університету в Сан-Франциско, у лабораторії професора фізіології Захарі Найта. Повне дослідження опубліковане в журналі Nature.
Як учені відокремили смак від калорій
Під час звичайного прийому їжі смак і калорійність надходять разом. Щоб з’ясувати, який саме сигнал запускає вивільнення дофаміну, дослідники розділили ці два чинники.
Мишам встановили тонку трубку через стінку шлунка, щоб вводити безпосередньо туди солодку воду або рідину, схожу на молочний коктейль. Протягом 10 хвилин тварини отримували приблизно п’яту частину чайної ложки рідини, а датчики відстежували рівень дофаміну в чотирьох ділянках мозку.
Дослідники очікували побачити реакцію в прилеглому ядрі та дорсальному стріатумі — структурах, які часто фігурують у дослідженнях системи винагороди. Однак ці ділянки не реагували на надходження поживних речовин. Натомість рівень дофаміну зростав у передній частині базолатеральної мигдалини. У мишей ця структура має лише близько 2,5 мм завдовжки.
Повільний сигнал, який допомагає навчатися
Реакція на поживні речовини відрізнялася від швидкого дофамінового сигналу, пов’язаного зі смаком. Якщо смакові сигнали виникають і зникають за лічені секунди, то виявлений сигнал починав зростати приблизно через 48 секунд після потрапляння поживних речовин до шлунка. Після завершення введення рідини він залишався підвищеним ще близько дев’яти хвилин.
Далі мишам запропонували два підсолоджені сахарином напої — зі смаком лимона й лайма та винограду. Коли тварина облизувала один із них, у шлунок надходила глюкоза, а під час пиття іншого — звичайна вода.
За шість днів миші з нормальною дофаміновою активністю почали значно частіше обирати смак, пов’язаний із глюкозою. Частка облизувань цього напою зросла приблизно з 35% до 81%.
Коли під час навчання дослідники за допомогою світла вимикали дофамінові нейрони середнього мозку, перевага майже не формувалася: частка облизувань напою з глюкозою збільшилася лише з 48% до 53%.
Водночас здатність навчатися уникати неприємного смаку зберігалася. Миші, які після нового смакового досвіду отримували хлорид літію, що викликає нудоту, все одно вчилися уникати відповідного напою. Отже, формування позитивної переваги через поживність і навчання уникати їжі, яка спричиняє нездужання, залежать від різних мозкових механізмів.
Світло замінило калорії
Наступний експеримент показав, що сам дофаміновий сигнал може сприяти формуванню смакової переваги. Мишам запропонували два напої без калорій, а після облизування одного з них дослідники через 20 секунд активували світлом дофамінові волокна в передній частині мигдалини.
Тварини навчилися віддавати перевагу саме цьому смаку, хоча жодних поживних речовин не отримували. Подібна стимуляція в прилеглому ядрі, дорсальному стріатумі, центральній мигдалині або задній частині базолатеральної мигдалини такого ефекту не давала. У дорсальному стріатумі результат був протилежним: частка облизувань пов’язаного зі стимуляцією напою зменшилася приблизно з 61% до 37%.
При цьому стимуляція не збільшувала кількість їжі, яку споживали миші, і вони не натискали на важіль спеціально заради отримання такого сигналу. Отже, він, схоже, не є винагородою сам по собі, але допомагає закріпити смакову перевагу, якщо поєднується з певним ароматом чи смаком.
Чому важливо, з якого боку мозку надходить сигнал
Дослідники також виявили несподівану асиметрію. Коли вони виміряли дофамінову реакцію в обох півкулях мозку, з’ясувалося, що надходження поживних речовин підвищувало сигнал приблизно на 18% у лівій півкулі й лише на 5% у правій.
Подібну закономірність помітили й у даних досліджень за участю людей. Переаналіз сканувань 13 чоловіків, які випили молочний коктейль або несмачний напій, показав концентрацію вивільнення дофаміну в передній частині лівої мигдалини. Інше дослідження за участю 38 дорослих також зафіксувало посилення активності в цій ділянці після вживання напою з глюкозою.
Однак людські результати поки що не доводять, що саме цей сигнал формує харчові вподобання. На відміну від експериментів на мишах, у цих дослідженнях поживні речовини не вводили безпосередньо до шлунка з одночасним вимірюванням дофамінової відповіді.
Науковці також з’ясували, що реакція на цукор залежить від білка SGLT1, який переносить певні цукри через стінку кишківника. Фруктоза й манітол не викликали такого самого дофамінового сигналу. Для жирів діє інший набір сенсорних механізмів.
Дослідники продовжують вивчати, чому сигнал сильніший у лівій півкулі та як взаємодіють між собою острівцева кора й мигдалина. Поки що вони також не перевіряли, чи впливають на цей механізм препарати GLP-1. Захарі Найт припускає, що такі ліки можуть послаблювати дофамінову реакцію на поживні речовини, але ця гіпотеза ще потребує перевірки.
У перспективі краще розуміння зв’язку між виявленням поживних речовин у кишківнику та навчанням мозку може допомогти знайти способи м’яко змінювати харчові вподобання. Проте поки що основні докази цього механізму отримані в експериментах на мишах.