Wie Ihr Gehirn gelernt hat, Kaffee, Schokolade, Fett und Zucker zu lieben
Wissenschaftler haben einen „langsamen“ Dopamin-Signalweg entdeckt, der den Darm und das Gehirn verbindet und unsere Essgewohnheiten mitbestimmt
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Wenn Sie sich an Ihren ersten Schluck Kaffee erinnern können, ist diese Erinnerung vielleicht keine besonders angenehme. Der bittere Geschmack von Kaffee ist etwas, das wir von Natur aus meiden. Wie lernen Kaffeeliebhaber also, ihn zu lieben?
Die Antwort könnte in einem bislang wenig erforschten „langsamen“ Dopamin-Signalweg liegen, der den Darm und das Gehirn verbindet. Eine neue Studie der UC San Francisco zeigt, dass dieser Signalweg dem Gehirn hilft, einen Geschmack mit den positiven Effekten zu verknüpfen, die nach dem Verzehr eintreten.
Wissenschaftler vermuten schon lange, dass Dopamin bei dieser Art des Lernens eine Rolle spielt. Doch der Großteil der Dopaminforschung hat sich bisher auf schnelle Signale konzentriert, die innerhalb von Sekunden durch Ereignisse außerhalb des Körpers ausgelöst werden, wie zum Beispiel den Anblick eines Lieblingsessens.
Die neue Studie, die am 4. November in „Nature“ veröffentlicht wurde, untersucht einen wesentlich langsameren Dopamin-Signalweg, der auf Signale reagiert, die aus dem Körperinneren kommen.
„Wir haben gezeigt, dass dieses langsame Dopaminsystem dafür sorgt, dass wir im Laufe der Zeit lernen, bestimmte Lebensmittel zu mögen, und wir können sehen, wo und wie das geschieht“, sagte Dr. Zachary Knight, Professor für Physiologie und leitender Autor der Studie.
Sobald Ihr Gehirn gelernt hat, den Geschmack Ihres Lieblingskaffees mit dem durch Koffein ausgelösten Stimmungsaufschwung zu verbinden, so Knight, „fängt dieser Kaffee an, viel besser zu schmecken.“
Der langsame Dopaminweg vom Darm zum Gehirn
Dopamin wurde intensiv erforscht, da es unser Verhalten lenkt, indem es uns lehrt, was es wert ist, angestrebt zu werden. Wissenschaftler wissen bereits viel über seine schnell wirkenden Bahnen.
Die langsamere Seite von Dopamin ist jedoch weitaus rätselhafter, und wir nehmen sie in unserem Alltag viel weniger wahr, so Knight. Sensoren im Verdauungssystem erkennen Nährstoffe wie Zucker und Fett und senden Signale an das Gehirn. Das daraus resultierende Dopamin-Signal baut sich auf, nachdem die Nahrung den Darm erreicht hat, und kann viele Minuten lang anhalten.
Um dieses Signal nachzuverfolgen, verabreichten Knight und James Grove, PhD, der damals noch Doktorand war, Nährstoffe – entweder Zuckerwasser oder eine milchshakeähnliche Flüssigkeit – direkt in den Magen von Mäusen, während sie die Dopaminfreisetzung im gesamten Gehirn maßen. Durch die Umgehung des Mundes konnten sie die Reaktion des Gehirns auf die im Darm ankommenden Nährstoffe isolieren und so die Auswirkungen des Geschmacks aus der Gleichung herausnehmen.
Die Nährstoffe lösten eine starke und anhaltende Dopaminfreisetzung in der vorderen basolateralen Amygdala (BLA) aus. Es war zwar bekannt, dass dieser Bereich der Amygdala Dopamin freisetzt, doch welche Funktion dieses Dopamin hatte, war unbekannt.
„Wir konnten feststellen, dass dieses Dopamin Teil eines anderen Systems ist, und beginnen, seine Rolle zu verstehen“, sagte er.
Als Nächstes testeten die Forscher, ob dieser Signalweg tatsächlich das Lernen steuert. Als sie ihn blockierten, fraßen die Mäuse zwar weiterhin normal, konnten aber nicht mehr lernen, dass ein bestimmter neuer Geschmack Kalorien ankündigte.
Dann kehrten sie das Experiment um. Als die Wissenschaftler die Dopaminfasern in der BLA künstlich stimulierten, nachdem die Mäuse einen kalorienfreien Geschmack probiert hatten, lernten die Tiere, diesen zu bevorzugen. Die Stimulation hatte die Nährstoffe effektiv ersetzt.
Bildgebende Untersuchungen des menschlichen Gehirns durch Knights Mitarbeiter zeigten ein ähnliches Muster.
Die Yale-Psychologin Dr. Dana Small analysierte eine frühere PET-Studie mit 13 Männern neu, die entweder einen Milchshake oder ein kalorienfreies Getränk zu sich genommen hatten, und stellte fest, dass sich die Dopaminfreisetzung auf die linke Seite des BLA konzentrierte, nachdem die Nährstoffe den Darm erreicht hatten. In einem separaten Experiment setzten Dr. Marc Tittgemeyer und seine Kollegen bei 38 Erwachsenen fMRT ein und stellten nach der Einnahme von Glukose eine erhöhte Aktivität in derselben Region fest.
Sowohl bei Mäusen als auch bei Menschen beobachteten die Forscher, dass Nährstoffe im linken BLA eine deutlich stärkere Dopaminreaktion auslösten als im rechten. Diese ungleiche Reaktion sei unerwartet gewesen, so Knight, da man allgemein davon ausgehe, dass neuronale Schaltkreise, die grundlegende Funktionen wie die Nahrungsaufnahme steuern, symmetrisch über beide Gehirnhälften hinweg funktionieren.
Warum das System die linke Seite bevorzugt, ist eine Frage, die Knights Labor derzeit zu beantworten versucht.
Lassen sich Nahrungspräferenzen feinabstimmen?
Die Kartierung des Signalwegs eröffnet Wissenschaftlern neue Ansatzpunkte, um zu untersuchen, wie Nahrungspräferenzen erlernt werden – und vielleicht irgendwann auch, wie sie verändert werden könnten.
Eine spannende Frage betrifft GLP-1-Medikamente. Diese Medikamente ahmen ein im Darm produziertes Hormon nach und können das Essverhalten drastisch verändern. Knights Team hat GLP-1-Medikamente nicht untersucht, und ob sie den neu identifizierten Signalweg beeinflussen, ist unbekannt.
Knight vermutet jedoch, dass die Medikamente möglicherweise die durch Nährstoffe ausgelöste Dopamin-Signalübertragung reduzieren könnten, wodurch Lebensmittel mit der Zeit an Belohnungseffekt verlieren würden.
Das eröffnet eine weitreichendere Möglichkeit: Anstatt lediglich zu beeinflussen, wie hungrig oder satt sich jemand fühlt, könnten zukünftige Behandlungen eines Tages den zugrunde liegenden Lernprozess beeinflussen, der bestimmte Lebensmittel besonders begehrenswert macht.
„Indem wir die Schritte zwischen der Nährstofferkennung im Darm und dem Lernprozess im Gehirn verstehen, könnte es möglich sein, diese so fein abzustimmen, dass sich unsere Vorlieben für verschiedene Lebensmittel subtil verändern“, sagte Knight.
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