В то время как отсутствие продовольственной безопасности является проблемой для растущего сегмента населения США, усугубляемой пандемией коронавируса, в нескольких исследованиях рассматривалось влияние пиршества или голода на развивающийся мозг в отрыве от других факторов, способствующих невзгодам.

Новое исследование, проведенное нейробиологами из Калифорнийского университета в Беркли, смоделировало последствия отсутствия продовольственной безопасности у молодых мышей и обнаружило устойчивые изменения в более позднем возрасте.

«Мы показываем, что нерегулярный доступ к еде в позднем юношеском и раннем подростковом периоде влияет на обучение, принятие решений и дофаминовые нейроны во взрослом возрасте», — сказала Линда Уилбрехт, профессор психологии Калифорнийского университета в Беркли и член Института неврологии Хелен Уиллс.

Одно из ключевых отличий в поведении связано с когнитивной гибкостью: способностью генерировать новые решения, когда мир меняется.

«Мыши, ищущие награды, могут быть негибкими, придерживаясь только одной стратегии, даже если она больше не приносит вознаграждения, или они могут быть гибкими и быстро пробовать новые стратегии. определяют, насколько гибкими они были в разных условиях, когда росли», — сказала она.

Эпидемиологические исследования связывают отсутствие продовольственной безопасности у детей и подростков с увеличением веса в более позднем возрасте, а также с проблемами в обучении и более низкими баллами по математике, чтению и словарному запасу. Но эти исследования смешиваются с другими проблемами, связанными с бедностью, такими как материнская депрессия и стрессовые факторы окружающей среды. Новое исследование было разработано для изучения влияния отсутствия продовольственной безопасности на развитие и поведение в контролируемых условиях, которые невозможны с использованием людей .

Исследование имеет последствия для людей. Политики признают важность правильного питания в раннем детстве и старшей школе , поскольку в школах по всей территории Соединенных Штатов доступны бесплатные или льготные программы завтраков и обедов, финансируемые из федерального бюджета. Федеральная программа дополнительной продовольственной помощи (SNAP) также предоставляет льготы для пополнения продовольственного бюджета нуждающихся семей. Для семей, живущих от зарплаты до зарплаты, эти продовольственные программы продемонстрировали эффект, в частности, повысили успеваемость в школе и количество выпускников.

Но могут быть случаи, когда дети не могут получить доступ к программам питания, например, во время летних каникул. Программы также могут непреднамеренно создать цикл пиршества и голода, когда пособия распределяются с интервалом в несколько недель между выплатами, что может привести к тому, что обедневшие семьи не смогут позволить себе еду в конце каждого платежного цикла. Согласно недавнему отчету Министерства сельского хозяйства США, в 2021 году 6,2% домохозяйств с детьми — всего 2,3 миллиона домохозяйств — испытывали нехватку продовольствия.

«Я думаю, что мы должны понимать, что даже временное отсутствие продовольственной безопасности имеет значение, мозг не просто наверстывает упущенное позже. Отсутствие продовольственной безопасности может иметь долгосрочные последствия для чьего-либо функционирования мозга», — сказал Уилбрехт. «Способность учиться и принимать решения — это то, что развивается в детстве и подростковом возрасте, и мы видим, как на эти важные навыки влияет доступ к еде. Доступ к еде — это то, что мы можем решить в этом округе. Существуют программы питания и льгот. , и мы можем сделать их лучше, сделав доступ к льготам или еде более надежным и постоянным. Поддержка развития мозга — хороший повод для поддержки продовольственных программ».

Исследование, проведенное с преподавателями Калифорнийского университета в Беркли Хелен Бейтеп, Стефаном Ламмелем и их коллегами по лаборатории, будет опубликовано в следующем печатном выпуске журнала Current Biology . Оно было размещено в сети 20 июля.

Гибкость при изменении правил

Уилбрехт и ее коллеги, в том числе научный сотрудник Фонда здравоохранения и общества Роберта Вуда Джонсона Эсекьель Галарсе, имитировали отсутствие пищевой безопасности человека у мышей, доставляя пищу по нерегулярному графику, но при этом позволяя достаточное количество пищи для поддержания безопасного веса тела. Этот режим питания начинался за неделю до наступления половой зрелости у мышей, что эквивалентно позднему детству у людей, и продолжался в течение 20 дней, что эквивалентно позднему подростковому возрасту у мышей. Другой группе мышей предлагали еду всякий раз, когда они этого хотели.

Затем они проверили познание во взрослом возрасте, используя задания на поиск пищи, когда мыши искали награду в изменяющейся среде. Например, поведение — в данном случае изучение запаха, которое привело к хлопьям Cheerios с медом и орехами, — может быть успешным на короткое время, но не навсегда. Второй запах теперь предсказывал, где спрятана награда.

Сытых и необеспеченных пищей мышей тестировали во взрослом возрасте как в определенных, так и в неопределенных условиях с заметными различиями в когнитивной гибкости. Мыши, испытывающие недостаток пищи, были более гибкими в неопределенных ситуациях, чем сытые мыши, в то время как сытые мыши были более гибкими в более стабильных ситуациях.

«Вам придется провести испытания в полевых условиях, чтобы увидеть, как эти разные профили гибкости влияют на выживаемость», — сказала она. «Результаты имеют нюансы, но обнадеживают, потому что мы определяем как усиление, так и потерю функций в обучении и принятии решений, которые вызваны опытом дефицита».

В то время как влияние отсутствия пищевой безопасности на когнитивные функции у самцов мышей было устойчивым, самки мышей не оказывали никакого влияния на когнитивные функции.

«Это один из самых надежных поведенческих эффектов, которые мы когда-либо видели, когда моделировали невзгоды», — сказал Уилбрехт.

Однако отсутствие продовольственной безопасности имело и другие явно негативные последствия для самок мышей. Те женщины, которые в детстве страдали от нехватки продовольствия, как правило, набирали лишний вес, когда им давали неограниченную пищу во взрослом возрасте, что-то, что отражается у людей, выросших с нехваткой продовольствия . У мышей-самцов такого эффекта не наблюдалось.

Докторант Ван Чен Лин и исследователи из лабораторий Bateup и Lammel также изучили сеть вознаграждения мозга, которая управляется нейротрансмиттером дофамином , и обнаружили там изменения у самцов мышей.

«Мы обнаружили, что нейроны в дофаминовой системе, которая имеет решающее значение для обучения, принятия решений и поведения, связанного с вознаграждением, например зависимости, значительно изменились как на входе, так и на выходе», — сказал Уилбрехт. «Это предполагает более масштабные изменения в системах обучения и принятия решений в мозгу».

Например, исследователи обнаружили изменения в синапсах дофаминовых нейронов, которые проецируются на прилежащее ядро, а также обнаружили изменения в высвобождении дофамина в дорсальном стриатуме. Во многих других исследованиях было показано, что эти дофаминовые нейроны играют роль в обучении и принятии решений.

Исследователи продолжают свои исследования мышей, страдающих от нехватки пищи, чтобы определить, являются ли они более восприимчивыми во взрослом возрасте к аддиктивному поведению, которое связано с дофаминовой сетью.