Vagus Nerve guida la motivazione e la ricompensa in modi sorprendenti

Una nuova ricerca mappa una superstrada di comunicazione intestinale attraverso il nervo vago.

Questi sono tempi entusiasmanti quando si tratta di una ricerca all’avanguardia che fa progredire la nostra comprensione del nervo vago e di come funziona. Questa settimana sono stati pubblicati due nuovi studi che illustrano come il nervo vago comunichi i messaggi direttamente dall’intestino al cervello come parte di un sistema di ricompensa e motivazione. Il primo studio, condotto da ricercatori della Scuola di Medicina del Monte Sinai, “Un circuito neurale per la ricompensa indotta dall’intestino”, è stato pubblicato il 20 settembre sulla rivista Cell . Il secondo studio, condotto da ricercatori della Duke University School of Medicine, “Un circuito neurale gastrointestinale per la trasduzione sensoriale dei nutrienti”, appare nel numero del 21 settembre di Science .

Disegno anatomico precoce del nervo vago. Vagus significa “errante” in latino. Vagus è il nervo più lungo nel corpo umano. I rami vagali destro e sinistro “vagano” dal tronco cerebrale ai visceri più bassi dell’intestino.

Fonte: Wellcome Library / Public Domain

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Come puoi vedere guardando questa lunga illustrazione anatomica del nervo vago, il nervo “errante” è il più lungo del corpo umano; viaggia in due rami a più punte dal tronco cerebrale ai visceri più bassi dell’intestino.

Nel 1921, Otto Loewi isolò il primo neurotrasmettitore conosciuto quando osservò che il nervo vago schizza sul cuore una sostanza inibitoria che aiuta a calmare il sistema nervoso e controbilanciare le risposte di lotta o fuga. Oggi chiamiamo questo neurotrasmettitore “acetilcolina”, ma Loewi originariamente coniò il termine “vagusstoff” (tedesco per “sostanza vagamente”) per descrivere questa secrezione simile al tranquillante. Ogni volta che fai un respiro diaframmatico di pancia, il ramo cardiaco del tuo nervo vago schizza un po ‘di vagusstoff sul tuo cuore mentre espiri, che è uno dei motivi per cui fare un respiro profondo è un aspetto fondamentale della cosiddetta “risposta di rilassamento”. Per ulteriori informazioni, “Esercizi di respirazione diaframmatica e il tuo nervo vago” e “Nervo di vago agevolano l’intestino – ingegno e grazia sotto pressione”.)

Ora, quasi un secolo dopo che Loewi ha scoperto il vagusstoff, due studi pionieristici hanno fatto avanzare in modo significativo la nostra comprensione di come i rami del nervo vago comunicano messaggi gut-to-brain entro millisecondi come parte di un’autostrada neurale nota come asse del cervello.

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Storicamente, la maggior parte degli esperti riteneva che gli ormoni circolanti – al contrario della comunicazione diretta attraverso i segnali di ricompensa del nervo vago trasmessi dall’intestino al cervello come parte del nostro sistema di motivazione. Insieme, questi due studi del settembre 2018 di diverse riviste sottoposte a valutazione inter pares individuano sorprendenti modi in cui i circuiti gut-to-brain creano un percorso neurale di comunicazione diretto.

Nel primo studio sopra menzionato, i ricercatori del Monte Sinai usarono optogenetica per illuminare il modo in cui specifici neuroni di ricompensa nel vago destro collegano le cellule sensoriali periferiche a una popolazione di neuroni ricompensanti nel cervello. In particolare, i ricercatori furono sorpresi di scoprire che i neuroni del nervo vago sinistro erano legati alla sazietà ma non alla ricompensa. Questa ricerca pionieristica rivela anche che i rami sinistro e destro del nervo vago si elevano asimmetricamente nel sistema nervoso centrale.

Ci sono quattro punti salienti degni di nota da questo lavoro: (1) i ricercatori identificano un ruolo critico per l’asse vagale da intestino a cervello in motivazione e ricompensa, (2) la stimolazione optogenetica dell’asse vaginale da intestino a cervello produce comportamenti di ricompensa (3) Percorsi cerebrali asimmetrici di origine vagale mediate la motivazione e l’attività della dopamina, (4) I neuroni sensoriali vagali innervosi sono componenti principali del circuito di ricompensa.

“Il nostro studio rivela, per la prima volta, l’esistenza di una popolazione neuronale di” neuroni ricompensati “tra le cellule sensoriali del ramo destro del nervo vago,” Ivan de Araujo del Dipartimento di Neuroscienze presso la Icahn School of Medicine a Il Monte Sinai e l’autore principale dell’articolo hanno detto in una dichiarazione. “Ci siamo concentrati su come sfidare la visione tradizionale secondo cui il nervo vago non è correlato alla motivazione e al piacere e abbiamo scoperto che la stimolazione del nervo, in particolare il ramo superiore dell’intestino, è sufficiente per eccitare fortemente i neuroni ricompensati che si trovano nel profondo del cervello.”

“Siamo stati sorpresi di apprendere che solo il ramo vagale destro contatta i neuroni premianti contenenti dopamina nel tronco cerebrale”, ha detto in una dichiarazione il principale autore Wenfei Han, che è attualmente al John B. Pierce Laboratory della Yale University.

La dopamina è stata a lungo conosciuta come un trasmettitore neurale che guida la ricompensa e la motivazione. Secondo i ricercatori, l’identificazione di come i neuroni vagali giusti trasmettano segnali di ricompensa direttamente al cervello apre la possibilità di nuovi e più specifici obiettivi di stimolazione del nervo vago (VNS) che possono aumentare l’efficacia delle terapie di stimolazione del nervo vagale, come quelle utilizzate per il trattamento -resistente depressione. (Per ulteriori informazioni, “Stimolazione del nervo vago offre una nuova speranza per la depressione maggiore”.)

L’asse Gut-Brain può essere cablato (e non ormonale)

Il secondo studio recente sulla comunicazione intestinale attraverso il nervo vago suggerisce che, poiché le “sensazioni istintive” viaggiano a velocità così fulminee, superano la diffusione ormonale. In effetti, i ricercatori del Duca rimasero scioccati nello scoprire che un segnale che va dall’intestino al tronco cerebrale nei topi attraverso l’asse dell’intestino cerebrale si muoveva attraverso un’unica sinapsi in meno di 100 millisecondi.

Nel 2015, l’autore senior Diego Bohórquez della Duke University School of Medicine ha pubblicato un documento di riferimento nel Journal of Clinical Investigation che mostrava che cellule specifiche nell’intestino contenevano sinapsi che erano collegate ad un tipo di arazzo neurale. Per il loro ultimo studio di follow-up (2018), Bohórquez e il suo team di laboratorio Duke Neurobiology si sono proposti di mappare questo circuito neurale gut-to-brain.

Fonte: metamorworks / Shutterstock

Quando il primo autore Maya Kaelberer ha etichettato un virus della rabbia utilizzando una tintura fluorescente verde e l’ha iniettato nello stomaco dei topi, ha osservato un circuito del nervo vago diretto tra l’intestino e il tronco cerebrale. Kaelberer e colleghi sono stati in grado di ricreare questo circuito neurale gut-brain attraverso la crescita di cellule intestinali sensoriali di topi nella stessa capsula di Petri, fianco a fianco con i neuroni vagali. Con suo grande stupore, Kaelberer osservò i neuroni del nervo vago che strisciavano lungo la superficie del piatto e si collegavano alle cellule dell’intestino. Quindi, questo engram neurale iniziò a sparare segnali sinaptici. Se al mix è stato aggiunto zucchero, la frequenza di cottura delle sinapsi è notevolmente aumentata. Quando Kaelberer ha misurato la velocità con cui venivano comunicate queste informazioni, è stata sorpresa di scoprire che stava accadendo in millisecondi e sospettava che il glutammato fosse un attore chiave in questo processo. Lei aveva ragione.

Come riassumono gli autori, “Questo circuito più diretto per la segnalazione gut-brain utilizza il glutammato come neurotrasmettitore. Pertanto, gli stimoli sensoriali che stimolano l’intestino potrebbero potenzialmente essere manipolati per influenzare specifiche funzioni e comportamenti cerebrali, compresi quelli legati alle scelte alimentari. ”

Sebbene questo studio fosse su topi, Bohórquez e il suo team ipotizzano che la struttura e la funzione di questo circuito neurale saranno gli stessi negli esseri umani. “Pensiamo che questi risultati saranno la base biologica di un nuovo senso”, ha detto Bohórquez in una dichiarazione. “Uno che funge da punto di ingresso per come il cervello sa quando lo stomaco è pieno di cibo e calorie. Porta legittimità all’idea di ‘sentimento istintivo’ come sesto senso. “(Per ulteriori informazioni,” Come il nervo vago trasmette l’istinto al cervello? “)

Nelle ricerche future, Bohórquez e il suo team Duke sono desiderosi di individuare in che modo i segnali comunicati dall’intestino al cervello attraverso il nervo vago ci aiutano a distinguere intuitivamente il contenuto calorico e la nutrizione contenuti in ciò che mangiamo e beviamo.

Riferimenti

Wenfei Han, Luis A. Tellez, Matthew H. Perkins, Isaac 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, Ivan E. de Araujo. “Un circuito neurale per la cellula di ricompensa indotta dall’intestino” (Pubblicata la prima volta il 20 settembre 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. “Un circuito neurale gastrointestinale per la trasduzione sensoriale dei nutrienti.” Scienza (Prima pubblicazione: 21 settembre 2018) DOI: 10.1126 / science.aat5236