食物不安全对老鼠的大脑和行为有持久的影响

虽然食品不安全是美国人口中越来越多的人面临的一个问题，冠状病毒大流行使情况变得更糟，但很少有研究将盛宴或饥荒对发育中的大脑的影响与其他导致逆境的因素分离开来。

加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的神经科学家进行了一项新研究，模拟了食物不安全对幼鼠的影响，发现食物不安全对幼鼠日后的生活产生了持久的影响。

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琳达·威尔布雷希特说:“我们发现，青少年晚期和青少年早期不规律的进食会影响成年后的学习、决策和多巴胺神经元。”

行为的一个关键区别涉及认知灵活性:当世界发生变化时产生新的解决方案的能力。

“寻找奖励的老鼠可能是不灵活的，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，很快就会尝试新的策略。我们发现，老鼠幼年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。”

流行病学研究表明，儿童和青少年的食物不安全与晚年体重增加、学习问题以及数学、阅读和词汇成绩较低有关。但这些研究被其他与贫困相关的问题所混淆，比如母亲抑郁和环境压力。这项新研究的目的是在控制环境中观察食物不安全对发育和行为的影响，这是不可能使用人类受试者的。

这项研究对人类也有启示。政策制定者认识到在儿童早期到高中阶段保持良好营养的重要性，美国各地的学校都提供联邦政府资助的免费或减价早餐和午餐项目。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。对于那些靠工资生活的家庭来说，这些食品计划已经显示出了效果——尤其是提高了学业成绩和毕业率。

但有时孩子们可能无法参加食物项目，比如暑假期间。当福利发放间隔数周时，这些项目也可能无意中造成盛宴和饥荒的循环，可能会使贫困家庭在每个支付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年有儿童的家庭中有6.2%(总计230万个家庭)粮食不安全。

“我认为我们必须明白，即使是短暂的食物不安全也很重要，大脑不会在以后才跟上。食物不安全会对一个人的大脑功能产生长期影响，”Wilbrecht说。“学习和决策的能力是在儿童和青少年时期发展起来的，我们看到这些关键技能是如何受到获得食物的影响的。获得食物是我们在这个县可以解决的问题。喂养和福利计划已经存在，我们可以通过使获得福利或食物的途径更加可靠和一致来改善它们。支持大脑发育是支持食品项目的一个很好的理由。”

这项研究由加州大学伯克利分校的海伦·巴提普、斯蒂芬·拉梅尔和他们实验室的同事共同完成，研究结果将发表在即将出版的《科学》杂志印刷版上当代生物学．该视频于7月20日发布在网上。

规则变化下的灵活性

威尔布雷希特和她的同事，包括罗伯特·伍德·约翰逊基金会健康与社会学者埃兹奎尔·加拉尔斯，在老鼠身上模拟了人类的食物不安全问题，他们不定期地喂食，但仍有足够的食物来维持安全体重。这种饮食方案在小鼠青春期开始前一周开始，相当于人类的童年晚期，在小鼠中持续20天，相当于青少年晚期。另一组老鼠随时可以得到食物。

然后，他们用觅食任务测试成年老鼠的认知能力，让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，学习哪种气味会导致蜂蜜坚果Cheerios——可能会在短时间内成功，但不会永远成功。第二种气味可以预测奖赏藏在哪里。

喂养良好和缺乏食物的小鼠成年后分别在确定和不确定的环境中进行了测试，它们的认知灵活性有明显差异。食物不充足的老鼠在不确定的情况下比食物充足的老鼠更灵活，而食物充足的老鼠在更稳定的情况下更灵活。

她说:“你必须在实地进行测试，看看这些不同的灵活性如何影响生存。”“研究结果很微妙，但很有希望，因为我们发现，稀缺经历会导致学习和决策功能的增强和减弱。”

虽然食物不安全对雄性小鼠的认知能力有很强的影响，但雌性小鼠对认知能力没有影响。

Wilbrecht说:“这是我们在模拟逆境时所见过的最强大的行为效应之一。”

然而，食物不安全对雌性小鼠有其他明显的负面影响。那些在成长过程中食物不安全的女性在成年后如果不受限制地进食，往往会变得超重，这在食物不安全的环境中成长的人类身上也有反映。雄性小鼠则没有这种效果。

博士生林万晨和巴提普和拉梅尔实验室的研究人员还观察了大脑的奖励网络，该网络由神经递质多巴胺控制，他们在雄性小鼠身上也发现了变化。

Wilbrecht说:“我们发现多巴胺系统中的神经元在输入和输出方面都发生了显著改变，多巴胺系统对学习、决策和与奖励相关的行为(如成瘾)至关重要。”“这表明，大脑中的学习和决策系统发生了更广泛的变化。”

例如，研究人员观察到投射到伏隔核的多巴胺神经元突触的变化，也发现背侧纹状体中多巴胺释放的变化。在许多其他研究中，这些多巴胺神经元已被证明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，以确定它们成年后是否更容易产生与多巴胺网络有关的成瘾行为。

这篇论文的其他作者是加州大学伯克利分校的前博士后Polina Kosillo，前博士生Christine Liu和高级科学家Tai yong - hao。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Chan Zuckerberg生物中心研究员和Weill神经中心研究员。