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复旦大学脑科学研究院科普系列丨你是......饿了还是渴了?

2021-06-09 丛玮 段树民

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其实在生活中,我们并没有很明确的仅存饥饿或者口渴的状态,多的是一会儿饿了,一会儿渴了。


吃饭和饮水是维持机体生理状态稳定的日常行为活动。无论是吃、喝对应的食物、饮品,还是饥饿、口渴的感受状态,都很容易作出区分。比如说,饿了我想吃饭;或者渴了我想喝水。但其实从生理功能来看,水和食物并没有很明确的界限:食物中本身含有水分,并且代谢过程中也会内源性产生水分;另外,市面上的功能性饮料也会补充机体所需要的能量。但通常情况下,我们会很准确的摄食、饮水来满足机体的需求。这其中大脑参与的调控也没有很明确。





利用小鼠模型,模拟真实情境下对于含水食物和饮水的选择。发现饿了三天或者渴了三天的小鼠,它们可以准确的选择食物或者水分来填肚子或者解渴(图1)。

图1. 饥饿/口渴状态的小鼠可以准确区分含水食物/水。


我们知道内侧前额叶皮层(medial prefrontal cortex,mPFC)在决策中起到重要作用。用电极记录饥饿或者口渴状态的小鼠,能够记录到分别响应“进食”和“口渴”的神经元(图2)。

图2. 在饥饿或者口渴状态下,mPFC有偏好响应进食或者饮水的神经元。


那么抑制mPFC的功能是否会造成小鼠对于进食或者饮水决策的混乱?下图所示,将小鼠禁食三天(给予水分)或者禁水三天(给予食物)后,让它们作出选择来获取食物或者水分,并在选择阶段和进食/饮水阶段抑制mPFC的功能(图3)。

图3. Two-alternative forced choice 行为范式。


但结果小鼠并不受影响,饿了就选择进食,渴了就选择喝水。不论是在选择阶段进行抑制,或者是在进食/饮水阶段进行抑制,小鼠都会作出正确的选择,并且吃喝的很开心。这表明,mPFC对于生理机能方面的决策并不是必须的(图4)。

图4. mPFC的抑制不影响饥饿/口渴状态的小鼠的决策选择和行为响应。


既然如此,每三天切换一次状态(三天饥饿—测试—三天口渴—测试),会不会对小鼠的机能需求的决策产生影响呢?结果表明,在切换状态初始阶段,小鼠会有选择的偏差,然后慢慢趋近于连续的饥饿/口渴状态下的选择正确性(图5)。

图5. 切换饥饿/口渴状态下的小鼠会产生决策的错误。


在以上条件下,如果让小鼠在决策前提前看到食物或者水,那么即便在不断切换需求状态,小鼠仍然能做出正确的决策(图6)。

图6. 决策前提前看到水和食物有助于小鼠作出正确决策。


在饥饿/口渴的状态切换下,如果抑制mPFC,那么会对小鼠的决策产生影响。并且仅影响到口渴状态下对于饮水的选择,而不会影响到饥饿的小鼠对食物的选择(图7)。

图7. 抑制mPFC会影响喝水的选择而不会影响进食的选择。





其实在生活中,我们并没有很明确的仅存饥饿或者口渴的状态,多的是一会儿饿了,一会儿渴了。而前额叶皮层也不是起到开关的作用,定点驱动机体响应饿和渴的行为。就像上述实验的结果,单独的饥饿或者口渴,抑制前额叶皮层不会产生决策的错误;而在状态切换时,抑制前额叶皮层会对饮水行为产生影响而对摄食行为影响较小,暗示机体天然会对摄食产生偏好。因此,临床专家会建议在进食前少量饮用水分,来养成我们摄取水分的习惯。



原文链接:

Eiselt AK, Chen S, Chen J, Arnold J, Kim T, Pachitariu M, Sternson SM. Hunger or thirst state uncertainty is resolved by outcome evaluation in medial prefrontal cortex to guide decision-making. Nat Neurosci. 2021 May 10.

doi: 10.1038/s41593-021-00850-4.‍


复旦大学脑科学转化研究院

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