肥胖症患者福音:斯坦福研究发现,刺激脑区可减少饮食欲望

神译局 · 2019-10-10
刺激大脑就能控制胃

编者按:全球患肥胖症的人数持续攀升,每5个肥胖症患者里就有1个中国人。在如此严峻的健康形势下,宾夕法尼亚大学特蕾西•贝尔(Tracy Bale)团队的研究结果无疑是一个福音。他们发现,刺激与奖赏有关的脑区能削弱小鼠的暴食行为,这项发现可能为肥胖症提供更持久有效的治疗方法。研究结果日前发表在《神经生物学》(The Journal of Neuroscience)中。本文译自 medium.com 中原标题为“Shocking the Brain to Treat the Stomach”的文章。

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2017年,斯坦福大学医学院的研究人员破译了一种独特的大脑活动模式。

在实验中,一只老鼠被关在笼子里,实验人员在它头上安装了电线来感应老鼠的脑部活动。这只老鼠在笼子里爬行了一会儿后突然在一个装满美味食物颗粒的角落处停了下来。在老鼠不断啃食食物的过程中,测量其脑部活动的折线图开始一次次向上波动。

与此形成对照组的是,另一只老鼠也连接着相同的金属丝,被关在笼子里,笼子里的食物也完全相同。当它靠近食物时,大脑波动曲线也有类似的跳跃。但在老鼠吃东西前,实验人员通过电线对老鼠的大脑施加了微弱的刺激。结果老鼠突然转身走开了。就这样每当老鼠向食物移动、大脑活跃度达到峰值时,电刺激紧随其后,接着老鼠就会改变主意,不再想吃东西。

在试验中,科学家们还训练这些老鼠暴饮暴食的技能:让它们短时间内进食高脂肪食物,然后将其带走。后来,老鼠们发现,美味的食物只存在很短时间,所以它们会在一小时内消耗掉100%的卡路里做准备。

研究人员通过这种独特的大脑活动模式,可以预测老鼠什么时候会暴饮暴食。不仅如此,研究还发现当老鼠的神经活动受到轻微的电刺激时,就会对食物失去兴趣。

肥胖症患者福音:斯坦福研究发现,刺激脑区可减少饮食欲望

领导这项研究的斯坦福大学癫痫外科主任凯西·哈珀恩(Casey Halpern)表示:“当我们刺激老鼠的这一区域时,至少会阻止75%的冲动行为。”

这项实验看上去很有推广意义。

哈珀恩目前正致力于将这一成果推向临床,准备对肥胖者进行同样的试验。他将这些人经历的所谓“饮食失控”定义为:满怀对食物的热情规律地地进食,但吃得比计划的多,或者不能阻止自己一次又一次的饮食进程。实际上这种不可控制的感觉大多数人可能都遇到过,但哈珀恩明确表示,这项手术并不适合那些想减肥的人。为了符合这项研究的条件,人们的体重指数(BMI)必须超过45,并且不能因为之前的肥胖治疗而减轻体重,这些肥胖疗法就包括胃旁路手术和认知行为疗法等。

哈珀恩几乎下了残忍的定论:“这些病人基本上是死于肥胖的那种。”

哈珀恩用来记录和刺激大脑活动的技术被称为反应性神经刺激系统(RNS),最初是由生物技术公司NeuroPace开发的,用于治疗严重癫痫。在使用过程中,电极会被插入大脑的两个特定区域,一台微型计算机和电池组被植入颅骨。整个系统包装整齐而密合,从外部几乎看不到什么乱七八糟的线路。在大脑内部,接入的电极会不断记录,当它们检测到一种特定的活动模式,显示癫痫发作的信号时,就会自动发出轻微的电击,以暂停癫痫发作。

“我们的设备能够定义正常模式和偏离正常模式,”Neuropace医学博士兼首席医疗官玛莎·莫瑞尔(Martha Morrell)说,“这种情况并不是在逐一击破症状难题,而是在预防它们。这是一种非常有吸引力的方法,不仅可以治疗冲动控制障碍,还可以治疗任何发作性的神经疾病。”

在这项新的研究中,哈珀恩与斯坦福大学的同事也在共同测试该设备是否能够检测并阻止其他有害的大脑活动模式,比如暴饮暴食之类。据悉,临床试验将在五年内进行,目前共有六名肥胖患者参加了这次实验,每个人的芯片植入时间将至少维持18个月。在实验开始的前六个月,芯片只负责监测大脑活动,识别食物带来愉快感时的脑活动模型;在六个月的学习之后,芯片将对大脑开始加以电刺激,消除食欲。

哈珀恩说,这个减肥脑芯片不是给任意想减肥的人设计的,只有体重指数在45以上,没有做过胃旁路手术(切胃手术)或认知行为疗法的想减肥的人才符合标准。以1.7米的成年人为例,他的体重需要在130公斤以上才可以参与这项实验。

虽然整个治疗程序看上去很极端,但这种问题恐怕也只能用这种极端的手段来解决了。病态肥胖,目前被定义为体重指数在40或更高,与心血管疾病、糖尿病、中风甚至痴呆症有关的医学疾病。除了胃旁路手术外,目前几乎没有有效的而可持续的治疗方法,而且这种手术又是永久性的,很有可能产生严重的副作用。

耶鲁大学精神病学和心理学教授达纳(Dana Small)博士表示:“鉴于我们对肥胖、痴呆、代谢功能障碍和健康的了解,我会采取更极端的措施——目前我们已经开始向心脏进发了。”

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在其他类似的临床实验中,也有研究人员测试通过深度脑刺激(DBS)的方法治疗肥胖,这种方法现用于治疗帕金森病。与DBS不同的是,RNS是检测到脑电目标活动的时候才发出电击。

早期的DBS治疗肥胖症的试验也集中在大脑中一个叫做下丘脑的区域,该区域能够控制与饥饿感、饱足感以及身体新陈代谢有关的激素水平。理论上,刺激下丘脑会增加新陈代谢,帮助某人燃烧更多的能量。然而科学家们发现实际的结果却并非如此。

在巴西进行的一项试验中,六名受试者中有一人成功减肥超过100磅。其他三个体重减轻了一些,但没有实质性的减少,其余两个人的体重甚至没有任何变化。在宾夕法尼亚州阿勒格尼·辛格研究所的另一项研究中,三分之一的人体重减轻并保持在正常水平。

领导这项研究的圣保罗科拉桑医院神经科学主任安东尼奥·德萨尔斯(antonio de salles)推测,导致研究结果不尽人意的原因可能是,这些被试为了补偿实验中较高的新陈代谢而吃了更多的食物。尽管燃烧了更多卡路里,但同时也摄入了更多的卡路里。他认为这些人可能符合哈珀恩关于饮食失控的标准,并能从刺激大脑的不同区域中受益。

不过哈珀恩并没有瞄准下丘脑来做实验,而是将注意力集中在一个叫做伏隔核(nucleus accumbens)的区域上。伏隔核是奖赏系统的重要结构,与促进动机行为有关。每当你体验到令人愉悦的事情,无论是和朋友在一起、听音乐,还是品味美食,伏隔核都会亮起来。当然,这一块区域对人们最喜欢的高脂肪和高糖的食物也特别敏感。

在试验中,受试小鼠能够自由摄食高脂肪食物。利用脑深层刺激术,研究人员直接向经常暴食的小鼠(1小时内就摄入每日卡路里摄入量的25%)的伏隔核传送电脉冲。未受到脑深层刺激前,这些小鼠的饮食习惯并没有改变,但刺激过后,这些小鼠对高脂肪食物的兴趣被显著削弱。研究人员同时也测定了脑深层刺激对肥胖小鼠的长期影响。经过4天的连续脑深层刺激,肥胖小鼠摄入的卡路里减少,体重也下降了。

“小鼠脑部那些负责奖赏的神经中枢的活动可能正是问题的关键,这些活动能驱使小鼠过量进食,而无视其对健康造成的后果。”贝尔说:“这些研究结果是激动人心的,它们为我们提供了目前最有力的证据,证明我们可能能够对与体重变化及肥胖有关的特定行为进行调节。”

研究表明,肥胖的人对高热量食物的图像有更多的伏隔核活动。另一项研究表明,伏隔核对食物的反应越大,人就越有可能增加体重。

“有很多证据表明伏隔核是一个重要的靶点,”斯莫尔说。“目前有许多着眼于测试大脑对食物线索反应的研究,在这些研究中伏隔核非常频繁地被激活,并与各种与暴饮暴食或发展肥胖症风险相关的因素相关。”

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植入装置后,研究人员将在启动刺激前,记录下志愿者们伏隔核历时六个月的正常波动情况。在记录中,研究人员将监测人们在家中和实验室中的大脑活动情况。其中,在实验室里主要记录志愿者们面临食物诱惑、大吃大喝的状态。当志愿者们独自一人的时候,研究员会记录下他们每次暴饮暴食的情况,这样就可以通过那些特定的时间来分析这群人的大脑活动。

“目前我们已经能够在老鼠身上精确定义大脑活动了,这使得我们能够相当准确地预测老鼠是否会进食,而且这种精准的信号经得起反复试验,可以用来指导刺激的生成,”哈珀恩进一步解释道,“由于我们此前并不知道暴饮暴食的状态是什么样的,也不知道人类对食物的渴求是什么样的,所以我们需要首先对其进行定义。”

这一步非常重要,因为研究人员可不希望当人们进食中的愉悦感从别处来的时候误对其进行刺激。在老鼠身上,研究人员没有影响正常的饮食和社交行为。然而,在对一名植入者的初步试验研究中,中彩票赢大奖的机会也导致了同样的大脑兴奋。一方面,这证实了大脑活动的模式可能是相同的,研究人员不用费劲去区分;但另一方面,也表明这种活动并不仅限于对食物的渴望,而是可以推广到其他诱人的奖励上。

需要注意的是,这项研究面临的一个很大的挑战在于:如何正确区分大脑对高糖、高脂肪食物和健康食物的反应,以及区分将日常其他事物带来的喜悦反应区隔开来。否则,大脑产生的任何愉快反应都会被电击刺激消除,那么患者将无法体验快乐,对生活失去兴趣,从而进一步导致精神抑郁或失眠,这也是我们不愿面对的。然而,哈珀恩认为,当刺激被打开时,它更有可能以积极的方式影响人们的情绪。因为此前有强迫症患者表示,当对他们大脑的邻近区域进行深度脑刺激治疗时,也改善了他们快感缺失和抑郁症的问题。

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毫无疑问,这种治疗方法是有争议的。佛罗里达大学临床与健康心理学系助理教授凯瑟琳·罗斯表示,人们的饮食行为比某个大脑区域的活动要复杂得多。

“我们曾发现一些能够帮助人们抑制食欲、控制饮食的药物,以为这就是解决方法。但后来发现,这些药物只在短期内有效,或者仅对某些人群有效,”她如是说。换言之,这种药物可能对一些有特殊冲动和症状的人有效,但对那些体重增加与暴饮暴食无关的人无效。

而实验证明,真正意义上有助于永久减肥的方法就是行为的改变。即使是极端的干预措施,如胃旁路手术,也只有在与行为改变相结合的情况下才是长期有效的。否则,人们可以通过回到他们以前的行为来抹杀治疗的效果。

罗斯称:“尽管人们总是在寻找新的最棒的东西,但控制体重的基本原理在很长一段时间内都没有改变:吃得少,动得多”,“如果不帮助人们更彻底地改变他们的行为,我认为就没有其他快速的解决办法了。”

哈珀恩承认手术“无疑比药物或认知行为疗法更具侵入性”,但他也表示,“作为一名神经外科医生,这是我能为病人提供的最温和的手术。”

更重要的是,这种手术比胃旁路手术风险小,胃旁路手术会切除或限制胃功能的某些部分,并可能导致严重和永久性的副作用,如肠梗阻、倾倒综合征和胃穿孔。相比之下,神经刺激的一个主要好处是,如果人们不喜欢它或经历了副作用就能马上把它关闭。

巴西神经外科医生德萨尔斯(de Salles)说:“目前针对肥胖症的手术过于猛烈。减肥手术虽说有效到能让人迅速瘦下来,但也有一些后果和副作用很难避免。”

尽管脑部刺激得到了医生们的认可,但目前还面临着一个严峻的挑战,即:人们是否愿意接受脑部手术来减肥,以及是否应该这样做。

《饮食本能:美国的饮食文化、身体形象和内疚情感(The Eating Instinct: Food Culture, Body Image, and Guilt in America)》一书的作者维吉尼亚说,任何一种减肥手术的问题都是“我们必须一切手段来解决这个问题的必然结论”。

相反,她认为,与改变个体相比,改变环境以更好地接纳肥胖患者,减少体重带来的耻辱感,才是更助于减轻人们日常压力和不适感的正确之道。

“改变我们的大脑确实能达到目的,”她说,“但这项研究让我感到沮丧的是,它说我们可以通过限制人类来解决问题,而不是关注我们医疗保健系统中的系统问题,即我们如何对待体重较高的人。”

不过,最重要的还是报名参加的这些志愿者的看法。作为这项实验的领导者,斯坦福大学的临床研究协调员特里西亚·坎宁安表示,她采访的一位候选人认为,“他们应该接受脑部手术,而不是胃旁路手术来解决他们的问题。”

当然现在他们有机会了,希望环境的改变也不要太晚。

译者:小灼

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