حان وقت تناول وجبتك.. اكتشف العلماء دائرة دماغية بسيطة تتحكم في وقت تناول الطعام

توصلت إحدى الدراسات إلى أن دائرة دماغية بسيطة تتضمن خلايا عصبية من نوع BDNF تتحكم في حركات الفك وسلوك الأكل، وتعمل مثل رد الفعل، وقد يلقي هذا الاكتشاف الضوء على السمنة وغيرها من السلوكيات المرتبطة بالأكل من خلال إظهار كيف تؤثر الإشارات التي تنظم الشهية بشكل مباشر على المضغ.

التحدث والغناء والسعال والضحك والصراخ والتثاؤب والمضغ ـ كل هذه الأفعال تتطلب استخدام الفكين، وكل من هذه الأفعال تعتمد على التنسيق المعقد للعضلات، بتوجيه من الخلايا العصبية في المخ.

ولكن تبين أن الدائرة العصبية وراء حركة الفك الأكثر أهمية للبقاء على قيد الحياة – تناول الطعام – بسيطة بشكل مدهش، كما وصفها باحثون من جامعة روكفلر مؤخرًا في ورقة بحثية جديدة في مجلة Nature .

حددت كريستين كوسي وعلماء آخرون من مختبر علم الوراثة الجزيئي، برئاسة جيفري إم فريدمان، دائرة مكونة من ثلاث خلايا عصبية تربط هرمون إشارات الجوع بحركات الفك أثناء المضغ.

الوسيط بين هذين هو مجموعة من الخلايا العصبية في منطقة معينة من منطقة تحت المهاد والتي من المعروف منذ فترة طويلة أنها تسبب السمنة عند تلفها.

الوقت قد حان لتناول الطعام

ومن المثير للدهشة أن تثبيط هذه الخلايا العصبية التي تسمى الخلايا العصبية المشتقة من الدماغ لا يؤدي إلى دفع الحيوانات إلى استهلاك المزيد من الطعام فحسب، بل ويحفز الفك أيضاً على القيام بحركات المضغ حتى في غياب الطعام أو أي مدخلات حسية أخرى تشير إلى أن الوقت قد حان لتناول الطعام، وتحفيز هذه الخلايا يقلل من تناول الطعام ويوقف حركات المضغ، ويعمل ككبح فعال ضد الجوع.

يشير الهيكل البسيط لهذه الدائرة إلى أن الدافع لتناول الطعام قد يكون أكثر تشابهًا مع رد الفعل مما كان يُعتقد سابقًا – وقد يوفر دليلًا جديدًا حول كيفية التحكم في بدء التغذية.

تقول كريستين كوسي، المؤلفة الأولى للدراسة، وهي باحثة مشاركة في المختبر: “من المدهش أن هذه الخلايا العصبية مرتبطة بشكل وثيق بالتحكم في الحركة، لم نتوقع أن تعمل الحركة الجسدية المحدودة للفك كنوع من مثبطات الشهية”.

أكثر من مجرد شعور؟

إن الدافع إلى تناول الطعام لا ينشأ فقط بسبب الجوع، بل بسبب العديد من العوامل الأخرى، فنحن نأكل أيضاً من أجل المتعة، أو من أجل المجتمع، أو من أجل الطقوس، أو من أجل العادة؛ كما أن الشم والتذوق والعواطف قد تؤثر على ما إذا كنا نأكل أيضاً، وفي البشر، يمكن تنظيم تناول الطعام أيضاً من خلال الرغبة الواعية في استهلاك المزيد أو القليل.

وأسباب السمنة معقدة بنفس القدر، وهي نتيجة للتفاعل الديناميكي بين النظام الغذائي والبيئة والجينات، على سبيل المثال، تؤدي الطفرات في العديد من الجينات، بما في ذلك هرمون اللبتين، وهرمون قمع الجوع، وعامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF)، إلى الإفراط الشديد في تناول الطعام، والتغيرات الأيضية، والسمنة المفرطة، مما يشير إلى أن كلا العاملين يعملان عادة على قمع الشهية.

عندما بدأ فريق فريدمان هذه الدراسة، سعوا إلى تحديد موقع الخلايا العصبية في بروتين التغذية العصبية المشتق من الدماغ التي تحد من الإفراط في تناول الطعام.

وقد ظل هذا الأمر بعيد المنال بالنسبة للعلماء لسنوات، لأن الخلايا العصبية في بروتين التغذية العصبية المشتق من الدماغ، والتي تعمل أيضاً كمنظمات أساسية لتطور الخلايا العصبية وتمايزها وبقائها، منتشرة على نطاق واسع في الدماغ.

وفي الدراسة الحالية، ركز الباحثون على منطقة تحت المهاد البطني الإنسي (VMH)، وهي منطقة عميقة في الدماغ مرتبطة بتنظيم الجلوكوز والشهية.

سلوك التغذية

ومن المعروف أن الضرر الذي يصيب منطقة تحت المهاد البطني الإنسي يمكن أن يؤدي إلى الإفراط في تناول الطعام، وفي نهاية المطاف إلى السمنة لدى الحيوانات والبشر، تماماً كما تفعل بروتينات عامل التغذية العصبي المشتق من الدماغ (BDNF)، وربما لعبت منطقة تحت المهاد البطني الإنسي دوراً تنظيمياً في سلوك التغذية.

وقد أمل الباحثون أن يتمكنوا من خلال توثيق تأثير عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ على سلوك الأكل من اكتشاف الدائرة العصبية التي تدعم عملية تحويل الإشارات الحسية إلى حركات الفك.

ثم اكتشفوا بعد ذلك أن الخلايا العصبية لعامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ في منطقة البطن البطني ـ ولكن ليس في أي مكان آخر ـ تنشط عندما يصاب الحيوان بالسمنة، وهو ما يشير إلى أنها تنشط عندما يكتسب الوزن من أجل قمع تناول الطعام. وعلى هذا فإن الحيوانات تصبح بدينة عندما تكون هذه الخلايا العصبية مفقودة، أو عندما يحدث طفرة في عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ.

المضغ بدون طعام

في سلسلة من التجارب، استخدم الباحثون بعد ذلك علم البصريات الوراثية للتعبير عن أو تثبيط الخلايا العصبية للعامل العصبي المستمد من الدماغ في منطقة تحت المهاد البطني الأوسط لدى الفئران.

وعندما تم تنشيط الخلايا العصبية، توقفت الفئران عن التغذية تمامًا، حتى عندما كان من المعروف أنها تشعر بالجوع. وكان لإسكات هذه الخلايا التأثير المعاكس: حيث بدأت الفئران في تناول الطعام – وتناول الطعام وتناوله وتناوله، والتهام ما يقرب من 1200٪ من الطعام أكثر مما كانت تتناوله عادة في فترة زمنية قصيرة.

يقول كوسي: “عندما رأينا هذه النتائج، اعتقدنا في البداية أن الخلايا العصبية في بروتين BDNF ربما تكون مسؤولة عن ترميز التكافؤ. وتساءلنا عما إذا كان الفئران تشعر بالجوع السلبي أو ربما الشعور الإيجابي بتناول الطعام اللذيذ عندما نقوم بتنظيم هذه الخلايا العصبية”.

ولكن التجارب اللاحقة دحضت هذه الفكرة. فبغض النظر عن الطعام الذي تناولته الفئران ــ سواء كان طعامها المعتاد أو طعاماً مليئاً بالدهون والسكر، مثل كعكة موس الشوكولاتة التي يتناولها الفئران ــ فقد وجد الباحثون أن تنشيط الخلايا العصبية في عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ يعمل على قمع تناول الطعام.

ولأن الجوع ليس الدافع الوحيد لتناول الطعام ــ كما يستطيع أي شخص غير قادر على تجنب تناول الحلوى أن يشهد ــ فقد قدم الباحثون أيضاً طعاماً شهياً للفئران التي كانت تتغذى جيداً بالفعل.

واستمرت الحيوانات في تناول الطعام حتى نجح الباحثون في تثبيط الخلايا العصبية المسؤولة عن إنتاج عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ، وعند هذه النقطة توقفت على الفور عن تناول الطعام.

“كانت هذه النتيجة محيرة في البداية، لأن الدراسات السابقة أشارت إلى أن هذا الدافع “اللذيذ” لتناول الطعام من أجل المتعة يختلف تمامًا عن دافع الجوع، والذي يمثل محاولة لقمع الشعور السلبي، أو القيمة السلبية، المرتبطة بالجوع من خلال تناول الطعام”، كما يلاحظ كوسي. “لقد أثبتنا أن تنشيط الخلايا العصبية BDNF يمكن أن يقمع كلا الدافعين”.

ومن اللافت للنظر أن تثبيط عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ أدى إلى دفع الفئران إلى القيام بحركات مضغ بفكها، موجهة نحو أي شيء في محيطها حتى عندما لم يكن الطعام متاحاً. وكان هذا الإكراه على المضغ والعض قوياً إلى الحد الذي دفع الفئران إلى قضم أي شيء حولها ــ فوهة معدنية لمغذيات المياه، أو كتلة من الخشب، بل وحتى الأسلاك التي تراقب نشاطها العصبي.

 ولكن كيف يرتبط مفتاح التحكم الحركي هذا باحتياج الجسم أو رغبته في الطعام؟

ومن خلال رسم خريطة لمدخلات ومخرجات خلايا BDNF، اكتشف الباحثون أن خلايا BDNF هي المحور الرئيسي لدائرة عصبية مكونة من ثلاثة أجزاء تربط الإشارات الهرمونية التي تنظم الشهية بالحركات المطلوبة لاستهلاكها.

في أحد طرفي الدائرة توجد خلايا عصبية خاصة في منطقة النواة المقوسة (Arc) في منطقة تحت المهاد تلتقط إشارات الجوع مثل هرمون اللبتين الذي تنتجه الخلايا الدهنية، (تعني كمية عالية من اللبتين أن خزان الطاقة ممتلئ، في حين يشير مستوى اللبتين المنخفض إلى أنه حان وقت تناول الطعام، تصبح الحيوانات التي لا تحتوي على اللبتين بدينة)، تنتقل الخلايا العصبية القوسية إلى منطقة تحت المهاد البطني الإنسي، حيث تلتقط الخلايا العصبية BDNF إشاراتها، والتي تنتقل بعد ذلك مباشرة إلى مركز جذع الدماغ المسمى Me5 الذي يتحكم في حركة عضلات الفك.

“وقد أظهرت دراسات أخرى أنه عندما تقتل الخلايا العصبية Me5 في الفئران أثناء النمو، فإن الحيوانات سوف تموت جوعاً لأنها غير قادرة على مضغ الأطعمة الصلبة”، كما يقول كوسي. “لذا فمن المنطقي أن نرى حركات الفك عندما نتلاعب بالخلايا العصبية BDNF البارزة هناك”.

ويقول فريدمان، إن هذا يفسر أيضًا لماذا يتسبب الضرر الذي يصيب الغشاء المبطن للرحم في السمنة. “تظهر الأدلة المقدمة في بحثنا أن السمنة المرتبطة بهذه الآفات هي نتيجة لفقدان خلايا عصبية من البروتين العصبي المستمد من الدماغ، وتوحد النتائج الطفرات المعروفة التي تسبب السمنة في دائرة متماسكة نسبيًا”.

ويضيف أن النتائج تشير إلى شيء أعمق فيما يتصل بالعلاقة بين الإحساس والسلوك.

فيه عوامل عديدة على ما إذا كنت ستبدأ السلوك أم لا، ولكن لا أحد منها يضمن ذلك. ومن ناحية أخرى، فإن المنعكس بسيط: حافز محدد واستجابة ثابتة.

وبمعنى ما، فإن ما يظهره هذا البحث هو أن الخط الفاصل بين السلوك والمنعكس ربما يكون أكثر ضبابية مما كنا نظن. ونحن نفترض أن الخلايا العصبية في هذه الدائرة هي هدف لخلايا عصبية أخرى في الدماغ تنقل إشارات أخرى تنظم الشهية”.

وتتوافق هذه الفرضية مع عمل عالم الأعصاب تشارلز شيرينجتون في أوائل القرن العشرين، والذي أشار إلى أنه في حين يتم تنظيم السعال من خلال رد فعل نموذجي، فإنه يمكن تعديله من خلال عوامل واعية، مثل الرغبة في قمعه في مسرح مزدحم.

ويضيف كوسي: “نظرًا لأن التغذية ضرورية للغاية للبقاء على قيد الحياة، فإن هذه الدائرة التي تنظم تناول الطعام ربما تكون قديمة، ربما كانت بمثابة ركيزة لمعالجة أكثر تعقيدًا حدثت مع تطور الدماغ”.

ولتحقيق هذه الغاية، يريد الباحثون في المستقبل استكشاف منطقة جذع الدماغ المعروفة باسم Me5، مع فكرة أن عناصر التحكم الحركية في الفك قد تكون نموذجًا مفيدًا لفهم السلوكيات الأخرى، بما في ذلك تصرفات الفم القهرية المرتبطة بالتوتر مثل قضم ممحاة قلم الرصاص أو خصلات من الشعر.

وتقول: “من خلال فحص هذه الخلايا العصبية الحركية الأولية في Me5، قد نتمكن من فهم ما إذا كانت هناك مراكز أخرى تنطلق إلى المنطقة وتؤثر على سلوكيات فطرية أخرى، مثلما تفعل الخلايا العصبية BDNF في تناول الطعام، هل هناك خلايا عصبية تنشط بالتوتر أو خلايا عصبية أخرى تنطلق إلى هناك أيضًا؟”