肥胖症流行病導致了科學界對大腦如何控制人類進食行為的興趣增加。我們為什麼會感到飢餓？哪些生物機制告訴我們該吃什麼以及何時停止進食？
長期以來，人們一直認為兩種神經生物學機制主要控制食物攝入：一種控制進食的需要，另一種控制進食的慾望。大腦中的下丘腦透過接收、協調和響應來自消化系統的代謝線索和訊號來調節食物攝入的穩態控制。透過整合這些代謝訊號，下丘腦告訴我們何時需要進食以維持身體體重“設定點”，就像恆溫器設定在特定溫度一樣。然而，很明顯，控制進食慾望的更高大腦中樞也極大地影響著我們的食物消費。多巴胺獎勵系統就是這樣一個大腦中樞。（當您晚餐後渴望一碗巧克力冰淇淋時，這是一種您不需要為了飢餓而吃但想要吃的食物，正是您的多巴胺獎勵系統會感到興奮。）在許多情況下，這種進食慾望會凌駕於進食需要之上，導致人們即使在不飢餓的情況下也會食用美味的食物。我們無法放棄食物攝入的這些獎勵方面，從而凌駕於長期穩態控制之上，導致肥胖。
為獎勵而吃 vs. 為生存而吃
儘管下丘腦會根據食物的代謝價值來指導攝入——當您非常飢餓時，您會尋找高熱量的食物——但多巴胺獎勵系統是否也能感知食物的能量含量仍有待確定。換句話說，多巴胺系統關心卡路里嗎，還是隻關心味道和愉悅感？神經科學家伊萬·德·阿勞霍和杜克大學的同事（德·阿勞霍現在在耶魯大學附屬的研究機構約翰·皮爾斯實驗室）探索了這個問題，他們使用了一種基因工程改造的小鼠品系，這種小鼠缺乏檢測甜味所必需的功能性受體。在這些小鼠中，獎勵行為的任何變化都不可能是由於食物的適口性或甜味感覺造成的。因此，如果這些小鼠偏愛甜味，那是因為較甜的食物含有更多的卡路里，這意味著卡路里的消耗本身就具有獎勵性。
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在第一組行為實驗中，作者表明，基因改造小鼠完全對蔗糖（食糖）的“甜”獎勵特性不敏感，並且與水相比，對蔗糖沒有偏好。相比之下，沒有基因突變的對照小鼠強烈偏愛蔗糖溶液。
然後，科學家們讓不同品系的小鼠接受“條件反射方案”，其中齧齒動物在六天內交替接觸水或蔗糖。在這些條件反射過程中，基因改造小鼠能夠將甜味溶液與攝入後的熱量負荷聯絡起來，因為糖水比純水含有更多的卡路里。有趣的是，現在兩種品系的小鼠都消耗了明顯更多的蔗糖。儘管基因改造小鼠無法品嚐到甜味，但它們學會了偏愛更甜的水。這一發現表明，沒有功能性甜味受體的小鼠能夠在沒有甜味受體的情況下檢測到蔗糖的增強熱量特性。攝入含有卡路里的食物似乎本身就令人愉悅。
作為關鍵對照，然後使用三氯蔗糖（又名 Splenda）重複了這些實驗，三氯蔗糖是一種人造甜味劑，味道甜，但不含卡路里。儘管正常小鼠在條件反射期間比水消耗了更多的三氯蔗糖——它們仍然偏愛甜味——但基因改造小鼠卻沒有。
甜味作為獎勵
這些結果表明，感知代謝價值可以影響進食行為。然而，仍有待確定的是，已知對甜味有反應的多巴胺獎勵系統是否也參與了卡路里監測。為了解決這個重要問題，作者表明，使用一種稱為體內微透析的技術，在基因改造小鼠中，熱量負荷增加了大腦中一個稱為伏隔核的區域的多巴胺水平，而與味道無關。儘管蔗糖和三氯蔗糖都增加了正常小鼠多巴胺的基線水平以上，但基因改造小鼠僅在真正的糖中顯示出多巴胺的增加，這表明熱量負荷（而不是甜味）正在觸發它們的多巴胺獎勵系統。即使這些結果無疑表明，在基因改造小鼠中，熱量負荷會影響大腦多巴胺獎勵系統，而與味道無關，但正常小鼠對蔗糖的多巴胺釋放量並不比三氯蔗糖更多。這一發現表明，與味道本身相比，卡路里的存在並不會為獎勵增加更多的強化能力。未來還需要進行研究來闡明，這種熱量負荷成分是否會在不依賴食物味道的情況下影響肥胖症。
必須提及一個重要的警告；所有實驗都涉及食物和水的剝奪。因此，本文中觀察到的熱量負荷對多巴胺獎勵系統的啟用可能受到小鼠食物受限狀態的影響。
這項研究提出了許多有趣的未來問題。多巴胺獎勵系統如何感知熱量負荷？某些糖（例如，果糖）是否以不同的方式影響多巴胺獎勵系統？當卡路里來自不同型別的食物時，是否會發生相同的現象？例如，來自脂肪的卡路里是否具有更強的影響？所有這些問題對於理解人類肥胖症的根本原因都很重要。瞭解某些食物的獎勵特性將有助於我們設計有效的方法來限制進食慾望，一旦進食需要得到滿足。這項研究也增加了越來越多的資訊，表明代謝線索不僅僅是下丘腦的領域，並且代謝線索與涉及進食慾望的更高大腦中樞之間發生的串擾比以前認為的要多得多。因此，將食物攝入歸類為享樂性與穩態性不僅可能是多餘的，而且具有誤導性。當談到進食時，需要和慾望並非如此分離。
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