Vagus Nerve treibt Motivation und Belohnung auf überraschende Weise an

Neue Forschungen kartieren eine Darm-Gehirn-Autobahn für die Kommunikation über den Vagusnerv.

Dies sind aufregende Zeiten, wenn es um modernste Forschung geht, die unser Verständnis des Vagusnervs und seiner Funktionsweise verbessert. In dieser Woche wurden zwei neue Studien veröffentlicht, die beleuchten, wie der Vagusnerv als Teil eines Belohnungs- und Motivationssystems Nachrichten direkt vom Darm zum Gehirn überträgt. Die erste Studie von Forschern der Mount Sinai School of Medicine, „Ein neuronaler Schaltkreis für Darmbelebung“, wurde am 20. September in der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht . Die zweite Studie von Forschern der Medizinischen Fakultät der Duke-Universität, „Ein neuronaler Kreislauf für die sensorische Transduktion von Nährstoffen“, erscheint in der Science- Ausgabe vom 21. September.

Frühe anatomische Zeichnung des Vagusnervs. Vagus bedeutet im Lateinischen “Wandern”. Vagus ist der längste Nerv im menschlichen Körper. Linke und rechte Vagusäste wandern vom Hirnstamm zu den untersten Eingeweiden des Darms.

Quelle: Wellcome Library / Public Domain

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Wie Sie anhand dieser langen anatomischen Darstellung des Vagusnervs sehen können, ist der „wandernde“ Nerven der längste im menschlichen Körper; es wandert in zwei vielzinkigen Zweigen vom Hirnstamm zu den niedrigsten Eingeweiden des Darms.

Im Jahr 1921 isolierte Otto Loewi den ersten bekannten Neurotransmitter, als er beobachtete, dass der Vagusnerv eine hemmende Substanz auf das Herz spritzt, die dazu beiträgt, das Nervensystem zu beruhigen und Kampf- oder Fluchtreaktionen auszugleichen. Heute nennen wir diesen Neurotransmitter “Acetylcholin”, aber Loewi prägte ursprünglich den Begriff “vagusstoff”, um diese beruhigende Sekretion zu beschreiben. Jedes Mal, wenn Sie einen Zwerchfell-Atemzug nehmen, spritzt der Herzast Ihres Vagusnervs beim Ausatmen etwas Vagusstoff auf Ihr Herz. Dies ist einer der Gründe, warum das Einatmen tief einatmend ein wesentlicher Aspekt der sogenannten „Entspannungsreaktion“ ist. Weitere Informationen finden Sie unter “Zwerchfell-Atemübungen und Ihr Vagusnerv” und “Vagusnerv erleichtert die Wehwehchen und die Gnade unter Druck.”)

Jetzt, fast ein Jahrhundert, nachdem Loewi den vagusstoff entdeckt hatte, verbessern zwei wegweisende Studien unser Verständnis darüber, wie Äste des Vagusnervs innerhalb von Millisekunden als Teil einer als Darm-Hirn-Achse bekannten neuralen Autobahn von Darm zu Gehirn kommunizieren.

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In der Vergangenheit glaubten die meisten Experten, dass zirkulierende Hormone – im Gegensatz zur direkten Kommunikation über den Vagusnerv – Belohnungssignale vom Darm zum Gehirn als Teil unseres Motivationssystems transportierten. Diese beiden Studien vom September 2018 aus verschiedenen, von Experten begutachteten Zeitschriften zeigen auf überraschende Weise, wie die Schaltung von Bauch aus Gehirn einen direkten neuronalen Kommunikationsweg schafft.

In der ersten oben genannten Studie haben Forscher am Berg Sinai mithilfe von Optogenetik beleuchtet, wie spezifische Nervenzellen im rechten Vagus periphere Sinneszellen mit einer Population von Nervenzellen im Gehirn verbinden. Die Forscher waren überrascht, als sie herausfanden, dass Neuronen des linken Vagusnervs an Sättigung gebunden waren, jedoch keine Belohnung. Diese bahnbrechende Forschung zeigt auch, dass der linke und der rechte Ast des Vagusnervs asymmetrisch in das Zentralnervensystem aufsteigen.

Es gibt vier bemerkenswerte Highlights aus diesem Artikel: (1) Die Forscher identifizieren eine entscheidende Rolle für die Vagus-Achse zwischen Bauch und Gehirn bei der Motivation und Belohnung. (2) Optogenetische Stimulation der Vagal-Achse zwischen Bauch und Gehirn führt zu Belohnungsverhalten (3) Asymmetrische Hirnbahnen vagalen Ursprungs vermitteln Motivation und Dopaminaktivität. (4) Bauchinnervierende vagale sensorische Neuronen sind Hauptkomponenten der Belohnungsschaltung.

“Unsere Studie zeigt zum ersten Mal die Existenz einer neuronalen Population von” Belohnungsneuronen “inmitten der Sinneszellen des rechten Vagusnervs,” Ivan de Araujo von der Abteilung für Neurowissenschaften an der Icahn School of Medicine an der Der Berg Sinai und der leitende Autor der Zeitung sagten in einer Erklärung. “Wir konzentrierten uns darauf, die traditionelle Ansicht in Frage zu stellen, dass der Vagusnerv keinen Bezug zu Motivation und Vergnügen hat, und wir stellten fest, dass die Stimulation des Nervs, insbesondere seines oberen Darmzweigs, ausreicht, um Belohnungsneuronen zu erregen, die tief im Gehirn liegen.”

“Wir waren überrascht zu erfahren, dass nur der rechte Vaguszweig letztendlich die Dopamin-haltigen Nervenzellen im Hirnstamm berührt”, sagte der Hauptautor Wenfei Han, der sich derzeit am John B. Pierce Laboratory der Yale University befindet, in einer Erklärung.

Dopamin ist seit langem als neuronaler Transmitter bekannt, der Belohnung und Motivation fördert. Den Forschern zufolge ermittelte die Identifizierung der richtigen vagalen Neuronen Belohnungssignale direkt an das Gehirn. Dies eröffnet die Möglichkeit für neue und spezifischere VNS-Ziele (VNS), die die Wirksamkeit von Vagusnervstimulationstherapien erhöhen können, beispielsweise zur Behandlung -resistente Depression (Weitere Informationen finden Sie unter „Vagusnervstimulation bietet neue Hoffnung für eine schwere Depression.“)

Die Achse des Darms ist möglicherweise fest verdrahtet (und nicht hormonell)

Die zweite kürzlich durchgeführte Studie zur Darm-zu-Gehirn-Kommunikation über den Vagusnerv legt nahe, dass „Bauchgefühle“, die mit blitzschnellen Geschwindigkeiten reisen, die hormonelle Diffusion übertreffen. In der Tat waren die Duke-Forscher schockiert, als sie herausfanden, dass ein Signal, das vom Darm zum Hirnstamm bei Mäusen über die Darm-Gehirn-Achse geleitet wird, sich in weniger als 100 Millisekunden über eine einzige Synapse bewegte.

Im Jahr 2015 veröffentlichte der leitende Autor Diego Bohórquez von der Duke University School of Medicine eine wegweisende Studie im Journal of Clinical Investigation , aus der hervorgeht, dass bestimmte Zellen im Darm Synapsen enthielten, die mit einer Art neuronalen Gobelin verbunden waren. Für ihre jüngste Folgestudie (2018) wollten Bohórquez und sein Duke Neurobiology-Laborteam diese neuronalen Schaltkreise von Kopf bis Gehirn abbilden.

Quelle: Metamorworks / Shutterstock

Als die Erstautorin Maya Kaelberer ein Tollwutvirus mit einem grünen Fluoreszenzfarbstoff markierte und es in den Magen von Mäusen injizierte, beobachtete sie einen direkten Vagusnervenkreislauf zwischen Darm und Hirnstamm. Kaelberer und Kollegen waren in der Lage, diese neuronalen Schaltkreise des Darms zu rekonstruieren, indem sie sensorische Darmzellen von Mäusen in derselben Petrischale nebeneinander mit vagalen Neuronen züchteten. Zu ihrem Erstaunen beobachtete Kaelberer, wie die Nerven des Vagusnervs entlang der Oberfläche der Schale krabbelten und sich mit Darmzellen verbanden. Dann begann dieses neurale Engramm synaptische Signale auszulösen. Wenn der Mischung Zucker hinzugefügt wurde, wurde die Geschwindigkeit der Synapsen merklich schneller. Als Kaelberer misst, wie schnell diese Informationen übermittelt wurden, stellte sie überrascht fest, dass dies in Millisekunden der Fall war, und vermutete, dass Glutamat bei diesem Prozess eine Schlüsselrolle spielte. Sie hatte recht.

Die Autoren fassen zusammen: „Diese direktere Schaltung für die Darm-Hirn-Signalgebung verwendet Glutamat als Neurotransmitter. So könnten sensorische Signale, die den Darm anregen, möglicherweise manipuliert werden, um bestimmte Gehirnfunktionen und Verhalten zu beeinflussen, einschließlich derer, die mit der Auswahl von Nahrungsmitteln zusammenhängen. “

Obwohl diese Studie an Mäusen durchgeführt wurde, spekulieren Bohórquez und sein Team, dass die Struktur und Funktion dieser neuronalen Schaltkreise beim Menschen gleich sein wird. “Wir glauben, dass diese Erkenntnisse die biologische Grundlage für einen neuen Sinn sein werden”, sagte Bohórquez in einer Erklärung. „Eine, die als Einstiegspunkt für das Wissen des Gehirns dient, wenn der Magen voller Nahrung und Kalorien ist. Die Idee des „Bauchgefühls“ als sechster Sinn wird legitimiert. “(Weitere Informationen finden Sie unter„ Wie vermittelt der Vagusnerv die Darminstinkte an das Gehirn? “)

In zukünftigen Forschungen möchten Bohórquez und sein Duke-Team herausfinden, wie Signale, die über den Vagusnerv vom Darm zum Gehirn übertragen werden, uns helfen, den Kaloriengehalt und die Ernährung, die in dem, was wir essen und trinken, enthalten, intuitiv zu erkennen.

Verweise

Wenfei Han, Luis A. Tellez, Matthew H. Perkins, Isaak O. Perez, Taoran Qu, Jozelia Ferreira, Tatiana L. Ferreira, Daniele Quinn, Zhong-Wu Liu, Xiao-Bing Gao, Melanie M. Kaelberer, Diego V. Bohórquez, Sara J. Shammah-Lagnado, Guillaume de Lartigue und Ivan E. de Araujo. “Eine neuronale Schaltung für die durch den Darm induzierte Belohnung” (Erstveröffentlichung: 20. September 2018) DOI: 10.1016 / j.cell.2018.08.049

Melanie Maya Kaelberer, Kelly L. Buchanan, Marguerita E. Klein, Bradley B. Barth, Marcia M. Montoya, Xiling Shen, Diego V. Bohórquez. “Ein neuronaler Schaltkreis aus dem Gehirn für die sensorische Nährstofftransduktion.” Wissenschaft (Erstveröffentlichung: 21. September 2018) DOI: 10.1126 / science.aat5236