粮食不安全对小鼠的大脑和行为有持久的影响

加州大学伯克利分校神经科学家的一项新研究模拟了幼儿小鼠食物不安全的影响，并发现了以后生活中的持久变化。

“我们表明，在青少年晚期和青少年早期不规则地获取食物会影响成年期的学习，决策和多巴胺神经元，”加州大学伯克利分校心理学教授，海伦威尔斯神经科学研究所成员Linda Wilbrecht说。

行为上的一个关键区别涉及认知灵活性：在世界变化时产生新解决方案的能力。

“寻找奖励的老鼠可能不灵活，即使它不再产生奖励，也只坚持一种策略，或者它们可能很灵活，可以快速尝试新的策略。我们发现，小鼠年轻时食物供应的稳定性决定了它们长大后在不同条件下的灵活性，“她说。

流行病学研究将儿童和青少年的粮食不安全与晚年体重增加以及学习问题和数学、阅读和词汇分数降低联系起来。但这些研究被其他与贫困有关的问题所混淆，例如母亲抑郁症和环境压力源。这项新研究旨在研究在使用人类受试者无法控制的受控环境中粮食不安全的发展和行为影响。

这项研究对人类有影响。政策制定者认识到从幼儿期到高中的良好营养的重要性，美国各地的学校都有联邦政府资助的免费或减价早餐和午餐计划。联邦补充营养援助计划(SNAP)还提供福利，以补充贫困家庭的食品预算。对于薪水靠薪水生活的家庭来说，这些食品计划已经显示出效果 - 特别是提高了学校的表现和毕业率。

但有时孩子们可能无法参加食品计划，例如在暑假期间。当福利在两次付款之间分配数周时，计划也可能无意中造成盛宴和饥荒周期，可能使贫困家庭在每个付款周期结束时无法负担食物。根据美国农业部最近的一份报告，2021年有孩子的家庭中有6.2%(总共230万户家庭)处于粮食不安全状态。

“我认为我们必须明白，即使是暂时的食物不安全也很重要，大脑也不会在以后赶上。粮食不安全会对某人的大脑功能产生长期影响，“威尔布雷希特说。“学习和做出决定的能力是在童年和青春期发展起来的，我们看到这些关键技能如何受到食物获取的影响。获得食物是我们可以在这个县解决的问题。喂养和福利计划是存在的，我们可以通过使获得福利或食物更加可靠和一致来使它们变得更好。支持大脑发育是支持食品计划的一个很好的理由。

这项研究是与加州大学伯克利分校的教职员工海伦·贝特乌普，斯蒂芬·拉梅尔和他们的实验室同事一起进行的，将出现在即将出版的《当代生物学》杂志的印刷版中。它于7月20日在网上发布。

规则变化下的灵活性

Wilbrecht和她的同事，包括罗伯特伍德约翰逊基金会健康与社会学者Ezequiel Galarce，通过不规则地提供食物来模仿小鼠的人类食物不安全，同时仍然允许足够的食物来维持安全的体重。这种食物方案在小鼠青春期开始前一周开始，相当于人类儿童晚期，并持续20天，直到小鼠的青少年晚期。另一组老鼠在他们想要的时候就得到食物。

然后，他们使用觅食任务测试成年期的认知能力，其中老鼠在不断变化的环境中寻找奖励。例如，一种行为 - 在这种情况下，了解哪种气味导致了蜂蜜坚果Cheerios - 可能会在短时间内成功，但不是永远成功。第二种气味现在预测了奖励的隐藏位置。

在某些和不确定的环境中，将喂养良好和食物不安全的小鼠作为成年人进行测试，在认知灵活性方面存在显着差异。食物不安全的小鼠在不确定的情况下比喂养良好的小鼠更灵活，而喂养良好的小鼠在更稳定的情况下更灵活。

“你必须在现场进行测试，看看这些不同的灵活性特征如何影响生存，”她说。“这些发现是微妙的，但有希望的，因为我们确定了学习和决策中功能的获得和丧失，这些都是由稀缺经验造成的。

虽然食物不安全对雄性小鼠认知的影响是强大的，但雌性小鼠对认知没有影响。

“这是我们在模拟逆境时见过的最强大的行为效应之一，”Wilbrecht说。

然而，粮食不安全对雌性小鼠也有其他明显的负面影响。那些在成长过程中粮食不安全的女性在成年后获得不受限制的食物时往往会变得超重，这在粮食不安全的环境中长大的人类中得到了反映。雄性小鼠没有表现出这种效果。

博士生Wan Chen Lin和Bateup和Lammel实验室的研究人员还研究了大脑的奖励网络，该网络由神经递质多巴胺控制，并在雄性小鼠中发现了变化。

“我们发现多巴胺系统中的神经元，这对学习，决策和奖励相关行为(如成瘾)至关重要，它们的输入和输出都发生了显着变化，”Wilbrecht说。“这表明大脑中的学习和决策系统存在更广泛的变化。

例如，研究人员发现了投射到伏隔核的多巴胺神经元突触的变化，并且还发现了背纹状体中多巴胺释放的变化。这些多巴胺神经元已被证明在许多其他研究中在学习和决策中发挥作用。

研究人员正在继续对食物不安全的小鼠进行研究，以确定它们是否更容易成年后更容易患上成瘾行为，这些行为与多巴胺网络有关。

该论文的其他加州大学伯克利分校作者是前博士后研究员Polina Kosillo，前博士生克里斯汀·刘和高级科学家戴龙浩。这项工作得到了美国国立卫生研究院(R21 AA025172，U19NS113201)和罗伯特伍德约翰逊基金会的支持。Bateup是陈·扎克伯格生物中心研究员和威尔神经枢纽研究员。