มาเผชิญหน้ากัน อาจเป็นเรื่องน่าดึงดูดใจพอๆ กับความคิดที่จะเริ่มต้นมื้อเที่ยงด้วยเค้กช็อกโกแลต มีเพียงไม่กี่คนที่ตัดสินใจเลือกแบบนั้นเมื่อพูดถึงเรื่องนั้น และเมื่อทานอาหารเสร็จ หลายคนก็หยิบเค้กชิ้นนั้นออกมาโดยไม่ลังเล
สาเหตุเบื้องหลังปรากฏการณ์นี้คือสภาวะภายในของร่างกายที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา: ในช่วงกลางวัน ร่างกายมักต้องการโปรตีน ดังนั้นสมองจึงส่งเสริมการเลือกอาหารเฉพาะนั้น อย่างไรก็ตาม หลังจากที่กินโปรตีนเข้าไปแล้ว คาร์โบไฮเดรตอาจเป็นส่วนเสริมที่ดีในการเติมไขมันสะสมในร่างกาย
แต่สถานะภายในนั้นแทบจะไม่มีมิติเดียว บุคคลอาจขาดสารอาหารหลายอย่างไปพร้อม ๆ กัน (เช่นโปรตีนและเกลือ) และยังตั้งครรภ์ ซึ่งเป็นสภาวะที่มีความต้องการมากมาย สมองสรุปสถานะภายในคู่ขนานเหล่านี้เพื่อเป็นแนวทางในพฤติกรรมอย่างไร
การศึกษาที่ตีพิมพ์ในวันนี้ (6 กรกฎาคม) ใน Nature ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับปัญหาที่ซับซ้อนนี้ “เราแสดงให้เห็นว่าวิธีที่สมองประมวลผลข้อมูลทางประสาทสัมผัสนั้นขึ้นอยู่กับว่าสัตว์ขาดสารอาหารที่เฉพาะเจาะจงหรือกำลังตั้งครรภ์” ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาวิจัย Carlos Ribeiro นักวิจัยหลักของมูลนิธิ Champalimaud ในโปรตุเกสกล่าว “จากงานนี้ เราได้ระบุหลักการทั่วไปที่สภาวะภายในถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อกำหนดหน้าที่ของสมองและการตัดสินใจ นอกจากนี้ กลยุทธ์กล้องจุลทรรศน์แบบใหม่ที่เราพัฒนาขึ้นในการศึกษานี้อาจพิสูจน์ได้ว่ามีคุณค่าสำหรับการทำความเข้าใจพื้นฐานของพฤติกรรมทางประสาททั้งในและนอกการเลือกอาหาร”
เข้าสู่ดินแดนประสาทที่ไม่จดที่แผนที่
เพื่อตรวจสอบว่าสถานะภายในกำหนดพฤติกรรมอย่างไร ทีมของ Ribeiro ได้มุ่งเน้นไปที่บริเวณที่เข้าใจได้ค่อนข้างไม่ค่อยดีของสมองแมลงวันผลไม้ที่เรียกว่า SEZ (โซนย่อยหลอดอาหาร) คิดว่าภูมิภาคนี้มีบทบาทสำคัญในการเลือกอาหารเพราะได้รับปัจจัยการผลิตส่วนใหญ่และเป็นที่ตั้งของเซลล์ประสาทสั่งการที่ควบคุมการให้อาหาร อย่างไรก็ตาม เนื่องจากบริเวณนี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเส้นใยประสาทพันกันหนาแน่น โครงสร้างย่อยทางกายวิภาคจึงไม่ชัดเจน
เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการดำเนินการ ทีมงานจึงตัดสินใจสร้าง “แผนที่การทำงาน” ของเขตเศรษฐกิจพิเศษและเขตเศรษฐกิจเฉพาะ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือพวกเขากำหนดโครงสร้างย่อยที่ประกอบขึ้นเป็นภูมิภาคนี้และคุณลักษณะเฉพาะของฟังก์ชันแต่ละอย่าง ด้วยเหตุนี้ Daniel Münch ผู้เขียนหลักของการศึกษาจึงได้แสดงนักข่าวกิจกรรมเรืองแสงในเซลล์ประสาททั้งหมดในสมองของแมลงวัน จากนั้นเขาก็ทำการสร้างภาพประสาท 3 มิติขั้นสูงในกลุ่มแมลงวันสี่กลุ่ม ซึ่งแต่ละกลุ่มแสดงถึงสภาวะภายในที่แตกต่างกัน
“เราต้องการทำความเข้าใจว่าตัวปรับความอยากอาหารโปรตีนที่มีประสิทธิภาพสองตัว – การกีดกันโปรตีนและสถานะการสืบพันธุ์ – มีปฏิสัมพันธ์ในสมองอย่างไร ดังนั้นเราจึงกำหนดกลุ่มทดลองสี่กลุ่ม: หญิงพรหมจารีที่ได้รับอาหารครบถ้วน, หญิงพรหมจารีที่ขาดโปรตีน, แมลงวันผสมพันธุ์โดยสมบูรณ์ และแมลงวันผสมพันธุ์ที่ขาดโปรตีน เราบันทึกกิจกรรมของระบบประสาทในเขตเศรษฐกิจพิเศษและเขตเศรษฐกิจพิเศษ ขณะที่แมลงวันได้ลิ้มรสซูโครส น้ำ และยีสต์ (แหล่งโปรตีนตามธรรมชาติของแมลงวัน)” มึนช์อธิบาย
แผนที่ความอยากอาหาร
แผนที่ที่ทีมสร้างขึ้นประกอบด้วย 81 ภูมิภาคซึ่งครอบคลุมทั่วทั้ง SEZ ภูมิภาคเหล่านี้สอดคล้องกับพื้นที่ส่วนใหญ่ของประสาทสัมผัสและการเคลื่อนไหวที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ของ SEZ และยังรวมถึงบริเวณใหม่ซึ่งไม่ได้ระบุก่อนหน้านี้
“ Atlas ของเราจับภาพภูมิภาคที่รู้จักบางส่วน ตัวอย่างเช่น รูปร่างคล้ายกล้วย ซึ่งรับข้อมูลจากเซลล์ประสาทรับรสที่อยู่ในงวง (ปากของแมลงวัน)” Münch กล่าว “เรายังได้ค้นพบพื้นที่รูปปีกที่เราตั้งชื่อว่าภูมิภาคบอร์โบเลตา (คำภาษาโปรตุเกสสำหรับผีเสื้อ) ในส่วนหลังของเขตเศรษฐกิจพิเศษ ต่อมาภูมิภาคนี้มีบทบาทสำคัญในการขับเคลื่อนความอยากโปรตีน”
นอกเหนือจากการระบุภูมิภาคใหม่แล้ว Atlas ยังเปิดเผยผลกระทบของสถานะภายในต่อการทำงานของระบบประสาท โดยระบุ “ภูมิภาค Borboleta” ว่าเป็นตัวขับความอยากโปรตีน การตอบสนองต่อน้ำและซูโครสแทบจะไม่เปลี่ยนแปลงในทั้งสี่กลุ่ม อย่างไรก็ตาม อาหารที่อุดมด้วยโปรตีนมีผลอย่างน่าทึ่ง
“อาหารที่อุดมด้วยโปรตีนกระตุ้นกิจกรรมที่เพิ่มขึ้นอย่างมากในส่วนใหญ่ของ SEZ ในสัตว์ที่ขาดโปรตีน อย่างไรก็ตาม การผสมพันธุ์ส่วนใหญ่ส่งผลกระทบต่อกิจกรรมในพื้นที่ยานยนต์ของ SEZ สิ่งนี้ค่อนข้างน่าประหลาดใจ เนื่องจากเป็นที่ทราบกันดีว่าการผสมพันธุ์และการกีดกันโปรตีนจะเพิ่มความอยากอาหารของโปรตีน ดังนั้นเราจึงไม่คาดหวังว่าจะพบรูปแบบการตอบสนองที่แตกต่างกันเช่นนี้” Münch กล่าว
พวกเขายังเห็นผลเสริมฤทธิ์กันที่สภาวะภายในที่รวมกันมีต่อการทำงานของระบบประสาท Münch อธิบายว่า “ผู้หญิงที่ผสมพันธุ์และขาดโปรตีนมีกิจกรรมสูงสุดในภูมิภาคยานยนต์ของ SEZ” “ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าสถานะภายในที่มีอยู่ร่วมกัน – การกีดกันโปรตีนและการตั้งครรภ์ – จะได้รับการประมวลผลผ่านวงจรประสาทที่แตกต่างกัน แต่ก็มาบรรจบกันที่บริเวณเดียวกันเพื่อส่งเสริมความอยากอาหารโปรตีน”
การจัดการเซลล์ประสาทเพื่อกระตุ้นความอยากโปรตีน
ทีมงานได้ระบุภูมิภาคใหม่ๆ ในเขตเศรษฐกิจพิเศษและเขตเศรษฐกิจพิเศษ และได้เห็นความแตกต่างของรสนิยมและสภาวะภายในที่ส่งผลต่อการทำงานของระบบประสาทในภูมิภาคเหล่านี้ แต่พวกเขาจะทราบได้อย่างไรว่าพื้นที่เหล่านี้เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นความชอบด้านอาหารจริงๆ หรือไม่?
“นั่นคือตอนที่เราหันไปใช้พื้นที่ borboleta ที่เพิ่งค้นพบซึ่งรสชาติของโปรตีนทำให้เกิดกิจกรรมทางประสาทที่แข็งแกร่ง” Münchกล่าว “เราให้เหตุผลว่าถ้ามันเกี่ยวข้องกับพฤติกรรมนี้จริงๆ เราอาจมีอิทธิพลต่อความอยากโปรตีนโดยการกระตุ้นเซลล์ประสาทในบริเวณนี้”
ทีมงานได้จัดแนวแผนที่ที่พวกเขาสร้างขึ้นกับแผนที่ที่มีอยู่แล้วอีกอันหนึ่งซึ่งทำแผนที่รูปแบบการปกคลุมด้วยเส้นของกลุ่มเซลล์ประสาท จากนั้นจึงเลือกเซลล์ประสาทในบริเวณบอร์โบเลตาและกระตุ้นเซลล์ประสาทในแมลงวันที่ได้รับอาหารเต็มที่ ซึ่งปกติแล้วจะชอบซูโครสมากกว่าโปรตีน การจัดการนี้ส่งผลให้ความอยากอาหารโปรตีนเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด
“เรารู้สึกว่าเรามาเต็มวงแล้ว: จากการสังเกตไปสู่การทำงาน” Münch เล่า “อย่างแรก เราสังเกตความชอบด้านอาหารในกลุ่มแมลงวันสี่กลุ่ม โดยสังเกตว่าแมลงวันที่ถูกกีดกันโปรตีนและแมลงวันผสมพันธุ์ชอบโปรตีนสูง จากนั้น เราถ่ายภาพกิจกรรมของระบบประสาทในเขตเศรษฐกิจพิเศษและเขตเศรษฐกิจพิเศษ สร้างแผนที่ และระบุภูมิภาคใหม่ สุดท้ายนี้ เรายืนยันว่าภูมิภาคใดภูมิภาคหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการสร้างพฤติกรรมที่เราสังเกตเห็นในตอนแรกโดยจัดการกับกิจกรรมของมัน”
“โดยรวมแล้ว วิธีการของเราช่วยให้สามารถระบุและเชื่อมโยงเซลล์ประสาทกับพฤติกรรมเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการเลือกอาหารและอื่น ๆ ได้เช่นกัน” Ribeiro กล่าวเสริม “คงเป็นการยากที่จะนำแนวทางของเราไปใช้กับระบบอื่นนอกจากแมลงวันผลไม้ เครื่องมือที่เรามีในปัจจุบันทำให้แมลงวันผลไม้เป็นระบบทดลองที่น่าอัศจรรย์ที่ช่วยให้เราสามารถวิเคราะห์การทำงานของสมองได้ ที่สำคัญ SEZ นั้นคล้ายกับก้านสมองของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ผลลัพธ์ของเราจึงมีความหมายในวงกว้างสำหรับประสาทวิทยาศาสตร์ นอกจากนี้ยังอาจสร้างแรงบันดาลใจในการศึกษาในอนาคตโดยมุ่งเป้าไปที่การเชื่อมโยงการทำแผนที่กิจกรรมทั่วทั้งสมองด้วยการผ่าวงจรการทำงาน นี่เป็นช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นในการเป็นนักประสาทวิทยา!” เขากล่าวสรุป
