Καφές: Πώς μαθαίνει ο εγκέφαλος να απολαμβάνει την πικρή γεύση του

Η πρώτη γουλιά σκέτου καφέ μπορεί να είναι δυσάρεστα πικρή. Κι όμως, πολλοί άνθρωποι μαθαίνουν με τον καιρό να απολαμβάνουν αυτή τη γεύση και να περιμένουν με ανυπομονησία τον πρωινό τους καφέ. Ερευνητές του UC San Francisco εντόπισαν μια οδό ντοπαμίνης που συνδέει το πεπτικό σύστημα με τον εγκέφαλο και ενδέχεται να εξηγεί πώς η επαναλαμβανόμενη εμπειρία διαμορφώνει τις προτιμήσεις μας για ορισμένες γεύσεις.

Η ντοπαμίνη είναι χημικός αγγελιοφόρος που συμμετέχει στα κίνητρα, στην ανταμοιβή και στη μάθηση. Οι επιστήμονες γνωρίζουν εδώ και καιρό ότι βοηθά τον εγκέφαλο να αναγνωρίζει ποιες εμπειρίες αξίζει να επαναληφθούν. Οι περισσότερες μελέτες, ωστόσο, έχουν εξετάσει τα ταχέα σήματα ντοπαμίνης, τα οποία εμφανίζονται μέσα σε δευτερόλεπτα από την επαφή με κάτι ευχάριστο, όπως η θέα ενός αγαπημένου φαγητού.

Η νέα έρευνα, που δημοσιεύτηκε στις 4 Νοεμβρίου στο Nature, εξετάζει ένα διαφορετικό, βραδύτερο σύστημα. Αυτό ανταποκρίνεται σε πληροφορίες που προέρχονται από το εσωτερικό του σώματος και επιτρέπει στον εγκέφαλο να μαθαίνει για τα οφέλη της τροφής αφού αυτή καταναλωθεί.

«Δείξαμε ότι αυτό το αργό σύστημα ντοπαμίνης είναι εκείνο που μας οδηγεί να μάθουμε να απολαμβάνουμε ορισμένα τρόφιμα με την πάροδο του χρόνου, και μπορούμε να δούμε πού και πώς συμβαίνει αυτό», δήλωσε ο Zachary Knight, PhD, καθηγητής Φυσιολογίας και κύριος συγγραφέας της μελέτης.

Τα ευρήματα προσφέρουν μια πιθανή εξήγηση για το πώς μια γεύση που αρχικά είναι δυσάρεστη μπορεί σταδιακά να γίνει απολαυστική. Όταν ο εγκέφαλος συνδέσει τη γεύση του καφέ με τις διεγερτικές επιδράσεις της καφεΐνης, εξήγησε ο Knight, «ο καφές αρχίζει να έχει πολύ καλύτερη γεύση».

Πώς το έντερο στέλνει σήματα ανταμοιβής στον εγκέφαλο

Οι επιστήμονες μελετούν εδώ και δεκαετίες την ντοπαμίνη και την επίδρασή της στη συμπεριφορά. Τα γνωστά, ταχείας δράσης σήματά της μάς βοηθούν να ανταποκρινόμαστε σε ευκαιρίες ανταμοιβής. Η ντοπαμίνη, όμως, λειτουργεί και σε πιο αργό ρυθμό, μέσω ενός συστήματος που έχει μελετηθεί πολύ λιγότερο.

Σύμφωνα με τον Knight, αυτή η βραδύτερη διαδικασία εξελίσσεται σε μεγάλο βαθμό χωρίς να την αντιλαμβανόμαστε συνειδητά.

Όταν η τροφή εισέρχεται στο πεπτικό σύστημα, ειδικοί αισθητήρες ανιχνεύουν θρεπτικά συστατικά, όπως τα σάκχαρα και τα λιπαρά. Οι πληροφορίες γι’ αυτά μεταφέρονται προς τον εγκέφαλο και μπορούν να προκαλέσουν μια σταδιακή απόκριση ντοπαμίνης, η οποία διαρκεί αρκετά λεπτά.

Για να μελετήσουν τη διαδικασία, ο Knight συνεργάστηκε με τον James Grove, PhD, ο οποίος τότε ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής. Οι ερευνητές χορήγησαν θρεπτικά συστατικά απευθείας στο στομάχι ποντικών, παρακολουθώντας παράλληλα τη δραστηριότητα της ντοπαμίνης σε όλο τον εγκέφαλό τους.

Χρησιμοποίησαν είτε ζαχαρόνερο είτε ένα υγρό που έμοιαζε με μιλκσέικ. Η απευθείας χορήγηση στο στομάχι επέτρεψε στους ερευνητές να διαχωρίσουν την επίδραση των θρεπτικών συστατικών από την εμπειρία της γεύσης.

Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν μια ισχυρή και παρατεταμένη απόκριση ντοπαμίνης σε μια συγκεκριμένη περιοχή του εγκεφάλου, την πρόσθια βασοπλάγια αμυγδαλή, ή BLA.

Η αμυγδαλή συμμετέχει στην επεξεργασία των συναισθημάτων και στη μάθηση, μεταξύ άλλων στη δημιουργία συνδέσεων ανάμεσα στις εμπειρίες και τις συνέπειές τους. Οι επιστήμονες γνώριζαν ήδη ότι απελευθερώνεται ντοπαμίνη στη συγκεκριμένη περιοχή, αλλά ο ρόλος της εκεί παρέμενε ασαφής.

«Μπορούσαμε να δούμε ότι αυτή η ντοπαμίνη αποτελεί μέρος ενός διαφορετικού συστήματος και να αρχίσουμε να κατανοούμε τον ρόλο της», δήλωσε ο Knight.

Ένα εγκεφαλικό κύκλωμα που αλλάζει τις διατροφικές προτιμήσεις

Ο εντοπισμός του σήματος ντοπαμίνης ήταν μόνο η αρχή. Στη συνέχεια, οι ερευνητές θέλησαν να διαπιστώσουν αν επηρεάζει πράγματι τον τρόπο με τον οποίο τα ζώα μαθαίνουν να προτιμούν διαφορετικές γεύσεις.

Αρχικά, διέκοψαν τη νεοανακαλυφθείσα οδό σε ποντίκια. Τα ζώα συνέχισαν να τρώνε κανονικά, γεγονός που έδειξε ότι η παρέμβαση δεν τα εμπόδισε να καταναλώνουν τροφή. Ωστόσο, δεν μπορούσαν πλέον να μάθουν ότι μια άγνωστη γεύση συνδεόταν με την πρόσληψη θερμίδων.

Έπειτα, η ομάδα έκανε το αντίστροφο πείραμα. Αφού τα ποντίκια δοκίμασαν μια γεύση χωρίς θερμίδες, οι ερευνητές ενεργοποίησαν τεχνητά τις ίνες ντοπαμίνης στην BLA. Τα ζώα ανέπτυξαν προτίμηση για τη συγκεκριμένη γεύση, παρότι αυτή δεν τους προσέφερε διατροφική ανταμοιβή.

Με άλλα λόγια, η διέγερση της οδού αναπαρήγαγε το σήμα μάθησης που θα δημιουργούσαν κανονικά τα θρεπτικά συστατικά.

Συνολικά, τα πειράματα έδειξαν ότι αυτό το σύστημα ντοπαμίνης παίζει καθοριστικό ρόλο στη μάθηση του ποιες γεύσεις προβλέπουν ευεργετικές διατροφικές συνέπειες.

Ένα απρόσμενο εύρημα στην αριστερή πλευρά του εγκεφάλου

Οι ερευνητές αναζήτησαν επίσης ενδείξεις ότι ανάλογη διαδικασία συμβαίνει στους ανθρώπους. Απεικονιστικές μελέτες του εγκεφάλου, τις οποίες πραγματοποίησαν συνεργάτες του Knight, αποκάλυψαν ένα εντυπωσιακά παρόμοιο μοτίβο.

Η Dana Small, PhD, ψυχολόγος στο Πανεπιστήμιο Yale, επανεξέτασε δεδομένα παλαιότερης μελέτης τομογραφίας εκπομπής ποζιτρονίων (PET) στην οποία συμμετείχαν 13 άνδρες. Οι συμμετέχοντες είχαν καταναλώσει είτε ένα μιλκσέικ είτε ένα ρόφημα χωρίς θερμίδες.

Η ανάλυσή της έδειξε ότι η απελευθέρωση ντοπαμίνης μετά την πρόσληψη θρεπτικών συστατικών συγκεντρωνόταν ιδιαίτερα στην αριστερή πλευρά της BLA.

Πρόσθετα στοιχεία προέκυψαν από ξεχωριστή μελέτη με επικεφαλής τον Marc Tittgemeyer, PhD, και τους συνεργάτες του. Με τη λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI), η οποία μετρά μεταβολές στην εγκεφαλική δραστηριότητα που σχετίζονται με τη ροή του αίματος, οι ερευνητές εξέτασαν 38 ενήλικες αφού κατανάλωσαν γλυκόζη, ένα απλό σάκχαρο.

Παρατήρησαν αυξημένη δραστηριότητα στην ίδια εγκεφαλική περιοχή.

Ένα από τα πιο απρόσμενα ευρήματα ήταν ότι η απόκριση δεν ήταν ίδια στα δύο εγκεφαλικά ημισφαίρια. Τόσο στα ποντίκια όσο και στους ανθρώπους, τα θρεπτικά συστατικά προκαλούσαν πολύ ισχυρότερη απόκριση ντοπαμίνης στην αριστερή BLA απ’ ό,τι στην αντίστοιχη περιοχή στα δεξιά.

Η ασυμμετρία εξέπληξε τον Knight, επειδή τα εγκεφαλικά δίκτυα που είναι υπεύθυνα για βασικές λειτουργίες, όπως η πρόσληψη τροφής, αναμένεται γενικά να λειτουργούν με σχετικά συμμετρικό τρόπο.

Δεν είναι ακόμη σαφές γιατί η αριστερή πλευρά έχει τόσο σημαντικό ρόλο. Το εργαστήριο του Knight διερευνά τώρα τι προκαλεί αυτή την ασυνήθιστη διαφορά.

Μπορεί η ανακάλυψη να βοηθήσει στην αλλαγή των διατροφικών επιθυμιών;

Ο εντοπισμός αυτής της οδού βοηθά τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα πώς το πεπτικό σύστημα επηρεάζει τις μαθημένες αντιδράσεις του εγκεφάλου στην τροφή. Δημιουργεί, επίσης, ένα ενδιαφέρον ερώτημα: θα μπορούσε μελλοντικά αυτή η γνώση να αξιοποιηθεί για να αλλάξει το ποια τρόφιμα βρίσκουν οι άνθρωποι ελκυστικά;

Ένα πεδίο ενδιαφέροντος είναι τα φάρμακα GLP-1, μια κατηγορία φαρμάκων που μιμούνται μια ορμόνη η οποία απελευθερώνεται φυσιολογικά από το έντερο. Τα φάρμακα αυτά μπορούν να μεταβάλουν σημαντικά την όρεξη και τη διατροφική συμπεριφορά.

Η ομάδα του Knight δεν εξέτασε φάρμακα GLP-1 στη νέα μελέτη, επομένως παραμένει άγνωστο αν επηρεάζουν την οδό ντοπαμίνης που εντόπισαν οι ερευνητές.

Ο Knight προτείνει, πάντως, ότι μια πιθανή εξήγηση για ορισμένες επιδράσεις τους θα μπορούσε να είναι η μείωση των σημάτων ντοπαμίνης που δημιουργούνται όταν τα θρεπτικά συστατικά φτάνουν στο πεπτικό σύστημα. Αν συμβαίνει αυτό, ορισμένα τρόφιμα μπορεί σταδιακά να γίνονται λιγότερο ανταποδοτικά, επειδή ο εγκέφαλος λαμβάνει ασθενέστερα σήματα που ενισχύουν τη γεύση τους.

Προς το παρόν, αυτή παραμένει υπόθεση και όχι αποδεδειγμένη επίδραση των φαρμάκων.

Οι ευρύτερες επιπτώσεις της ανακάλυψης αφορούν περισσότερα από την πείνα και το αίσθημα πληρότητας. Πολλές προσεγγίσεις για την αλλαγή της διατροφικής συμπεριφοράς εστιάζουν στη μείωση της όρεξης ή στην ενίσχυση του αισθήματος κορεσμού μετά το γεύμα. Η νέα χαρτογράφηση της οδού υποδεικνύει ότι στο μέλλον θα μπορούσε να αποτελέσει στόχο και η διαδικασία με την οποία ο εγκέφαλος μαθαίνει τις διατροφικές προτιμήσεις.

Επηρεάζοντας τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος συνδέει τις γεύσεις με τις συνέπειές τους, μελλοντικές θεραπείες ίσως βοηθήσουν τους ανθρώπους να αναπτύξουν διαφορετικές προτιμήσεις, αντί απλώς να αισθάνονται λιγότερη πείνα.

«Κατανοώντας τα βήματα από την ανίχνευση των θρεπτικών συστατικών στο έντερο έως τη μάθηση στον εγκέφαλο, ίσως καταστεί δυνατό να τα ρυθμίσουμε με ακρίβεια, ώστε να αλλάξουμε διακριτικά τις προτιμήσεις μας για διαφορετικά τρόφιμα», δήλωσε ο Knight.

Η ανακάλυψη προσφέρει μια νέα οπτική για το γιατί οι γευστικές μας προτιμήσεις αλλάζουν με τον καιρό. Από το να μάθουμε να απολαμβάνουμε τον πικρό καφέ έως την ανάπτυξη προτίμησης για τρόφιμα πλούσια σε θερμίδες, όσα αγαπάμε να τρώμε μπορεί να εξαρτώνται εν μέρει από την επικοινωνία ανάμεσα στο έντερο και τον εγκέφαλο, η οποία συνεχίζεται πολύ μετά την πρώτη μπουκιά.

Η έρευνα υποστηρίχθηκε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας των ΗΠΑ (National Institutes of Health), μέσω των επιχορηγήσεων R01-DK106399, R01-DK138127, R01-NS116626 και R01-DK145100, καθώς και F31-NS120468.