Как сообщает новостное издание, специализирующееся на научных открытиях, недавние эксперименты проливают свет на неожиданную роль желудочно-кишечного тракта в формировании воспоминаний, связанных с приёмом пищи. Оказывается, сигналы, поступающие из кишечника через блуждающий нерв, способны влиять на то, какие впечатления от еды мозг сочтёт достойными сохранения, а какие — проигнорирует. Однако, как предупреждают исследователи, хроническое увлечение продуктами с высоким содержанием сахара и жиров может нарушить эту тонкую связь и привести к ослаблению памяти.
В центре внимания учёных, возглавляемых Скоттом Каноски, профессором биологических наук Колледжа литературы, искусств и наук Университета Южной Калифорнии, оказался феномен, напоминающий знаменитый эпизод из романа Марселя Пруста, где вкус пирожного «мадлен» воскрешал целый пласт детских воспоминаний. Но, как показало исследование, опубликованное в авторитетном журнале Nature Communications, подобные мнемонические процессы не ограничиваются лишь работой мозга — в них активно участвует пищеварительная система. Блуждающий нерв, уже известный своей ролью в регуляции пищеварения, аппетита и чувства насыщения, выступает ключевым каналом передачи данных, позволяя кишечнику сообщать мозгу о питательной ценности потребляемой пищи.
В ходе серии экспериментов на лабораторных крысах было обнаружено, что употребление продуктов, богатых питательными веществами, стимулирует повышенное выделение ацетилхолина — нейромедиатора, отвечающего за запись новой информации и формирование устойчивых воспоминаний. Эта активность наблюдалась в нейронах, связанных с гиппокампом — областью головного мозга, играющей центральную роль в процессах обучения и памяти. Причём увеличение выброса ацетилхолина напрямую зависело от сигналов, поступающих из кишечника по блуждающему нерву. Когда экспериментаторы искусственно нарушали эту связь, уровень нейромедиатора переставал расти после кормления, а крысы испытывали заметные трудности в тестах, требующих вспомнить местонахождение недавно обнаруженной пищи.
Питательная ценность, а не сладость, запускает механизм запоминания
Особый интерес вызвало то, что система памяти мозга реагировала именно на реальную питательную ценность еды, а не на её вкусовые качества, будь то приятная сладость или жирность. Крысы, получавшие сахар или жир, демонстрировали ярко выраженную активацию мозговых путей, связанных с памятью. В то же время животные, которым предлагали низкокалорийные или вовсе некалорийные жидкости со сладким вкусом, не показывали аналогичного отклика. Это говорит о том, что мозг способен различать вкус и фактическую энергетическую ценность продукта: одного лишь сладкого вкуса недостаточно для активации мнемонического механизма.
«Мы полагаем, что данный механизм, вероятно, сформировался в ходе эволюции, чтобы помогать животным запоминать всю информацию об источниках пищи, — поясняет первый автор исследования Логан Лауэр, аспирант лаборатории Каноски. — Вспоминая, когда весной прорастают те или иные растения, голодающее животное может найти жизненно важные питательные вещества. Сигналы из кишечника как бы говорят мозгу: «Эта еда содержит ценные вещества, поэтому запомни, где и как ты её получил»».
Для диких животных способность точно указывать на место надёжного источника пищи имеет критическое значение для выживания. Продукты, богатые полезными нутриентами, запускают кишечные сигналы, которые побуждают мозг фиксировать не только вкусовые ощущения, но и пространственное расположение находки, а также способ её добычи. Именно этим может объясняться особая запоминаемость чувства сытости после полноценной еды: организм устроен так, чтобы уделять повышенное внимание пище, дающей энергию и ценные вещества.
Однако, как выяснилось в ходе дальнейших экспериментов, частое употребление нездоровой пищи — богатой сахаром и жиром — способно разрушить эту адаптивную связь. Крысы, которых в молодом возрасте кормили диетой с низким содержанием энергии и избытком сахара, впоследствии демонстрировали ослабление коммуникации между кишечником и гиппокампом. Даже после возвращения к здоровому питанию активность их мозговых структур, ответственных за память, оставалась сниженной. Эти животные также хуже справлялись с задачами на пространственную память, что подтверждает долгосрочный негативный эффект несбалансированного рациона на когнитивные функции.
я их способность запоминать, где находится еда. Результаты показывают, что потребление нездоровой пищи может влиять на работу той же системы кишечника-мозга, которая изначально помогает записывать сигналы, связанные с пищей.
Возможные связи с передачей когнитивных функций
Результаты могут иметь более серьезные последствия для здоровья человека. Ожирение, плохое питание и нарушения обмена веществ, такие как диабет, уже с более высоким риском снижения когнитивных функций.
Это исследование дает одно, возможно, биологическое объяснение. Повторное воздействие нездоровой пищи может постепенно нарушать связь между кишечником и мозгом, что затрудняет нормальное функционирование системы памяти.
Результаты также могут дать представление о нейродегенеративных заболеваниях.
«Нарушение передачи сигналов ацетилхолина в гиппокампе является одним из самых ранних нейрохимических изменений у больного Альцгеймера», — сказал он. — говорит Каноски. «Открывая, что эта система управляет счетной передачей сигналов от блуждающего нерва в кишечнике, новые терапевтические цели могут использовать эту информацию для изучения подходов, основанных на использовании блуждающего нерва, таких как стимуляция блуждающего нерва».
Новые возможности памяти лечения
Это открытие повышает уровень защиты от того, что будущие методы лечения могут быть комплексными по усилению связи между процедурой и мозгом.
Подходы, стимулирующие блуждающий нерв или улучшающие здоровье кишечника, в конечном итоге могут быть исследованы как способы поддержки памяти и сохранения когнитивных функций. Стимуляция блуждающего нерва уже изучается при ряде неврологических и психиатрических заболеваний, и новые результаты позволяют предположить, что память может стать еще одной областью интересов.
Исследователи предупреждают, что необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, происходит ли тот же процесс у людей. На данный момент эксперименты предоставляют дополнительные доказательства того, что кишечник и мозг работают вместе гораздо теснее, чем считалось ранее.
Об организации
Помимо Каноски и Лауэра, в число авторов исследования входят Анна Хейс, Андреа Суарес, Александр Башоу, Молли Клуг, Алисия Као, Роберт Ченг, Джессика Ри, Кешав Субраманиан, Анна Нурбаш, Кристен Донохью и Линдси Шир из USC Dornsife; Кевин Майерс из Бакнеллского университета; и Леа Декари-Испания из Университетаé де Монреаль.
Эта работа поддержана грантами диабета диабета, нарушений органов пищеварения и почек DK104897, DK123423, F31AG092136; Постдокторская премия Рут Л. Киршштейн Национальной исследовательской службы от учреждения института проблем старения, грант F32AG077932; Постдокторская стипендия Квебекского исследовательского фонда 315201; и стипендии Ассоциации по исследованию болезни Альцгеймера в целях обеспечения разнообразия.