Biobehavioural mechanisms of feeding behaviour: associative learning, hedonic preference and motivation

Abstract

The neurobiolgical mechanisms that contribute to the regulation of food ingestion are still incompletely understood, not only because of the complex neural circuitry involved but also because feeding behaviour is regulated through an intricate integration of peripheral and central pathways and signals. Meanwhile, there is much interest in the biological mechanisms underlying overeating and obesity in light of the hypotheses that suggest that obesity and drug addiction are similar diseases, and that obesity is a result of a reward deficency and altered cognitive processing. This study focused on three major questions: 1) can overweight and obesity be considered a consequence of food addiction? 2) does obesity cause cognitive impairment and reward deficiency? and 3) does the risk of becoming obese change with ageing? The results of this work add objective evidence for why overeating should not be viewed as an addictive behaviour. Specifically, since sign tracking (ST) in pavlovian conditioning appears to mark vulnerability to compulsive behaviour, and hyper-responsiveness to stress, features that are also seen in drug addiction, we tested whether these characteristics can be generalized to eating behaviour.We found that ST mice are neither prone to overeating or development of obesity and, do not display signs of impaired emotionality or motivation. Second, we showed that the assumption that overeating and drug addiction are similar disorders are likely to be false since obese mice do not display behavioural sensitization to morphine, and conversely, because obese mice that are sensitized to morphine do not over-consume a highly rewarding food. By testing the influence of overweight and obesity on various key components of feeding behaviour, we showed that increased body mass (adiposity) contributes to diminished interest in learning appetitive tasks but that overweight and obese mice do not suffer from reward deficit syndrome. Accordingly, it is concluded that energy stores, rather than cognitive factors, primarily determine appetitive behaviour. Lastly, our experiments demonstrated that mice of all ages can form action-outcome as well as stimulus-reward associations, in appetitive associative learning; when given highly-palatable foods alongside their maintenance diets, aged mice display an ability to adjust their ingestion of both hedonic and standard chows so as to match their usual daily caloric intake. Our findings are important insofar that they indicate that pharmacological treatments designed for drug abuse are unlikely to be effective at reducing overeating. We show that energetic state dominates over sensory stimuli in the regulation of feeding behaviour in mice, raising awareness about the limitations of extrapolating findings in rodent models to humans. Finally, the results reported in this work suggest that there is lifelong risk for overeating in response to reward cues. However, aged mice appear to be physiologically and behaviourally equipped to avoid becoming obese, in contrast to humans who tend to overeat because of an overriding of physiological signals by hedonic principles in the form of palatable foods and environmental food cues.

Os mecanismos neurobiológicos que contribuem para a regulação da ingestão de alimentos ainda não são totalmente conhecidos, não só devido aos circuitos neuronais complexos que estão envolvidos nestes processos, mas também porque o comportamento alimentar é regulado através de uma complexa integração de sinais e sistemas centrais e periféricos. Existe também bastante interesse em compreender os mecanismos biológicos envolvidos em obesidade e excesso de alimentação, uma vez que, cada vez mais, surgem hipóteses que a obesidade e vício em drogas são patologias semelhantes e que a obesidade é o resultado de uma deficiência nos mecanismos de recompensa e de uma alteração no processamento cognitivo. Este trabalho foca-se em três grandes questões: 1) podem o excesso de peso e obesidade ser considerados uma consequência do vício em alimentos?; 2) a obesidade causa problemas cognitivos e nos mecanismos de recompensa?; e 3) o risco de nos tornarmos obesos altera-se com a idade? Os resultados deste trabalho indicam objectivamente porque uma alimentação excessiva não deve ser considerada um comportamento aditivo. Especificamente, o seguimento de sinais (do inglês, ST) no condicionamento pavloviano parece ser um indicador de susceptibilidade para comportamento compulsivo e para híper-responsividade para o stresse, características que são também observadas em situações de vício em drogas; testámos se estas características podem ser generalizadas para comportamento alimentar. Observámos que ratinhos ST não apresentam maior propensão para se alimentarem em excesso ou para desenvolverem obesidade, e não apresentam sinais de alteração emocional ou na sua motivação. Mostramos também que a hipótese de vício em drogas e excess de alimentação serem patologias semelhantes é falsa uma vez que ratinhos obesos não apresentam sensibilização comportamental a morfina e, além disso, ratinhos obesos que apresentam sensibilidade a morfina não consomem em excesso alimentos dados como recompensa. Ao testar a influência do excesso de peso em vários componentes do comportamento alimentar, mostramos que o aumento de massa corporal (adiposa) contribuí para a diminuição do interesse em aprender tarefas relacionadas com o apetite mas que ratinhos obesos não apresentam deficiência no sistema de recompensa. Em concordância, concluímos que a reserva energética, mais do que factores cognitivos, é o factor mais importante no apetite. Finalmente, as nossas experiências demonstram que ratinhos de todas as idades têm a capacidade de fazer associações acção – resultado e de estímulo-recompensa, em comportamento associativo de apetite; quando são sujeitos a alimentos com sabor agradável juntamente com a sua dieta normal, ratinhos de maior idade apresentam a capacidade de ajustar a ingestão da dieta normal e melhorada para manter o consumo calórico diário em valores normais. Os nossos resultados são bastante relevantes, uma vez que indicam que tratamentos farmacológicos destinados ao tratamento de drogas de abuso têm pouca possibilidade de ser um tratamento para o excesso de consumo de alimentos. Mostramos que o estado energético é dominante sobre os estímulos sensoriais na regulação da alimentação de ratinhos, alertando para as limitações de extrapolar as conclusões tiradas com um modelo de roedor para humanos. Finalmente, os resultados deste trabalho sugerem que existem um risco para toda a vida causado pelo excesso de alimentação em reposta a estímulos de recompensa. No entanto, ratinhos de maior idade parecem estar equipados em termos fisiológicos e de comportamento para evitar tornarem-se obesos, contrastando com os humanos, que apresentam tendência a comer em excesso devido a uma sobreposição de princípios hedónicos apresentados na forme de alimentos saborosos em relação aos sinais fisiológicos.