| Einführung |
Übermäßiger Verzehr nährstoffarmer, kalorienreicher Lebensmittel ist die Hauptursache für Fettleibigkeit, vermeidbare chronische Krankheiten 1 und vorzeitigen Tod bei Erwachsenen. Ungesunde Ernährungsgewohnheiten und Fettleibigkeit haben negative Auswirkungen auf alle wichtigen Organsysteme des Körpers, einschließlich des Gehirns. Neue Erkenntnisse deuten beispielsweise darauf hin, dass übermäßige Adipositas das Risiko neurodegenerativer Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit erhöht. 2 Aber welche Auswirkungen haben schlechte Ernährung und Fettleibigkeit auf die Entwicklung des Gehirns und Geistes junger Menschen?
Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass das Gehirn von Heranwachsenden möglicherweise besonders anfällig für die Auswirkungen von Fettleibigkeit und übermäßigem Verzehr von nährstoffarmen, kalorienreichen Lebensmitteln ist.3 Die Adoleszenz ist die Entwicklungsphase, die mit dem Beginn der Pubertät beginnt und mit dem Beginn des Erwachsenenalters endet .
Nach Angaben der WHO ist die Adoleszenz der Zeitraum, der das Alter von 10 bis 19 Jahren umfasst, obwohl andere behaupten, dass dieser Zeitraum aufgrund der fortgesetzten körperlichen und neurobiologischen Entwicklung in den frühen 20ern etwas länger ist.4 Unabhängig von der genauen Definition wird Adoleszenz als bezeichnet eine Zeit der Anfälligkeit für Gesundheitsrisiken aufgrund des schnellen Wachstums und der erhöhten psychologischen Plastizität, die diese Zeit kennzeichnet.
Im Vergleich zu allen anderen neurologischen Prozessen scheint diese Anfälligkeit am deutlichsten in den Regulierungsprozessen zu sein, die das Ernährungsverhalten und die Entscheidungsfindung steuern. Regulierungsprozesse sind für eine gesunde Ernährung von entscheidender Bedeutung, da sie dazu beitragen, den Drang zu konsumieren, der sehr schmackhafte und kalorienreiche Lebensmittel enthält. Aufgrund der Weiterentwicklung des präfrontalen Kortex, eines Bereichs des Gehirns, der ständig mit der Selbstregulation verbunden ist, sind die Regulierungsprozesse im Jugendalter jedoch unterentwickelt.
Weniger geschätzt, aber ebenso wichtig ist die Feststellung, dass die Adoleszenz auch eine Zeitspanne ist, in der die nachteiligen neurologischen Auswirkungen fettleibiger Diäten gerade deshalb verstärkt werden könnten, weil das Gehirn in dieser Zeit plastisch ist. Zusammengenommen tragen diese Faktoren zu einer doppelten Anfälligkeit des jugendlichen Gehirns für die Gesundheitsrisiken bei, die mit dem übermäßigen Verzehr kalorienreicher Lebensmittel einhergehen.
In diesem Aufsatz beschreiben die Autoren, wie der Entwicklungszustand des präfrontalen Kortex im Jugendalter das Risiko eines übermäßigen Verzehrs schmackhafter, kalorienreicher Lebensmittel erhöht.
Darüber hinaus beschreiben sie präklinische Tierversuche, die zeigen, dass diese ungesunden Essgewohnheiten zentrale Aspekte der neurochemischen Signalübertragung, der Belohnungsverarbeitung und der inhibitorischen Neurotransmission negativ beeinflussen, die für die adaptive Kognition wesentlich sind, und dass diese biologischen und verhaltensbezogenen Auswirkungen im Jugendalter ausgeprägter sein können als im Jugendalter Erwachsensein.
| Der junge Geist im Aufbau |
Da die Adoleszenz eine Phase ausgeprägter psychologischer Entwicklung und anhaltender Neuroplastizität ist, haben Erfahrungen einen größeren Einfluss auf die Struktur und Funktion des Gehirns als im Erwachsenenalter.5 Während der Adoleszenz unterliegt das Gehirn umfassenden Funktionen. neurobiologische und funktionelle Umgestaltung, insbesondere in Gehirnregionen, die für die Verhaltenskontrolle und Belohnungssuche verantwortlich sind, insbesondere im präfrontalen Kortex und in den dopaminergen Belohnungswegen.6–9
Zu den wichtigsten Reifungsentwicklungen gehören das Beschneiden der Dendriten zur Verfeinerung synaptischer Verbindungen und eine erhöhte axonale Myelinisierung.7,8,10
Die beobachtete Zunahme der Myelinisierung und damit auch der Konnektivität der weißen Substanz erhöht die Geschwindigkeit der Impulsleitung in bestimmten Regionen des Neuroschaltkreises und erleichtert so eine stärkere Integration der Gehirnaktivität, die für kognitive Funktionen höherer Ordnung unerlässlich ist.11 Die Entwicklung des Gehirns im Jugendalter erleichtert die Entstehung von kognitiver Flexibilität, Argumentation, Planung und Impulskontrolle beim Übergang ins Erwachsenenalter.12,13
Das heranreifende jugendliche Gehirn ist in einzigartiger Weise anfällig für Umwelteinflüsse und -erfahrungen, die die Entwicklung von Neuroschaltkreisen durch lokale Umgestaltung beeinflussen können. Dieser Prozess ist als erfahrungsabhängige Neuroplastizität bekannt, 14 ein allgemeiner Begriff, der die dynamische Reorganisation von Gehirnstrukturen und -funktionen als Reaktion auf Umwelteinflüsse beschreibt. Umwelterlebnisse oder -reize können die Verbindungen zwischen präsynaptischen und postsynaptischen Neuronen in einem Prozess stärken, der als Langzeitpotenzierung bezeichnet wird.15
Bei wiederholter Einwirkung derselben Erfahrung oder derselben Umweltreize stabilisieren sich diese Verbindungen und die Verteilung der stabilisierten Verbindungen beeinflusst die Muster des axonalen und dendritischen Wachstums.15 Neurotransmitter, einschließlich Dopamin, spielen eine Schlüsselrolle bei der Modulation der Neuroplastizität und Variabilität. interindividuell in funktionellen Aktivierungsmustern und kognitiven Fähigkeiten.15
Insbesondere dopaminerge und cholinerge Neurotransmittersysteme gelten als wichtig für die Entwicklung kognitiver Kontrolle und Fähigkeiten über die gesamte Lebensspanne; Die Aktivität und Reaktionsfähigkeit dieser Systeme folgt einem umgekehrt U-förmigen Muster und erreicht ihren Höhepunkt im frühen Jugendalter. 16 Die Entwicklung des Gleichgewichts dieser Neurotransmittersysteme im Jugendalter ist daher entscheidend für eine optimale Gehirnfunktion im Erwachsenenalter.
| Ernährungsqualität als Diktator der Gehirngesundheit: eine neurologische Entwicklungsperspektive |
Die Entwicklung des Gehirns kann durch mehrere Umweltfaktoren beeinflusst werden, von denen die Qualität der Ernährung ein wichtiger Faktor ist.17 Im Jahr 2019 stellten die Autoren ein neurokognitives Modell vor, das beschreibt, wie individuelle Unterschiede in den Reizen im lateralen präfrontalen Kortex zu einem übermäßigen Verzehr von schmackhaften, kalorienreichen Lebensmitteln führen können. dichte Lebensmittel.18
Im Laufe der Zeit kann der anhaltende und übermäßige Verzehr von kalorienreichen Lebensmitteln zu dauerhaften Veränderungen in der Struktur und Funktion des präfrontalen Kortex 19 führen, einschließlich einer Veränderung der Dopaminsignalisierung20,21 und hemmender Neurotransmittersysteme in diesem Bereich des Gehirns. .22,23 Diese Veränderung führt zu einer Beeinträchtigung der kognitiven Kontrolle, was zu einer anhaltenden und übermäßigen Aufnahme schmackhafter, kalorienreicher Lebensmittel führt.18
Da der präfrontale Kortex während der Adoleszenz noch große Entwicklungs- und Reifungsprozesse durchläuft,24 könnte der anhaltende und übermäßige Verzehr von fett- und zuckerreichen Nahrungsmitteln während der Adoleszenz einen größeren Einfluss auf die neurologische Entwicklungsverläufe haben als jeder andere Lebensabschnitt. Entwicklung.
Darüber hinaus haben Untersuchungen an Nagetieren gezeigt, dass ein übermäßiger Verzehr von schmackhaften, kalorienreichen Nahrungsmitteln während der Adoleszenz des Nagetiers weitreichende funktionelle Auswirkungen auf das Gehirn haben und zu langanhaltenden Lern- und Gedächtnisdefiziten führen könnte. 25
| Die Adoleszenz als eine Zeit erhöhter Belohnungssensibilität |
Die Adoleszenz ist eine Zeit erhöhter Emotionalität26, in der Heranwachsende einen erhöhten Belohnungstrieb und eine verminderte kognitive Kontrolle zeigen.27 Der präfrontale Kortex entwickelt sich während der Adoleszenz weiter, während limbische Regionen viel früher in der Entwicklung ihre Reife erreichen. Dieser Unterschied im Zeitpunkt der Reifung führt zu einem Ungleichgewicht zwischen belohnungsgesteuertem Verhalten (limbisches System) und kognitiver Regulierung von oben nach unten (präfrontaler Kortex), was sich in einer erhöhten Empfindlichkeit gegenüber Belohnungen und einer verminderten Regulierung des Gehirns äußert. Verhalten.28,29
Eine Unterregulierung des Verhaltens wurde mit einer unterentwickelten Konnektivität zwischen der Amygdala (einem Schlüsselknoten des limbischen Systems) und dem präfrontalen Kortex während der Adoleszenz in Verbindung gebracht30, was bei allen Arten, einschließlich Menschen31 und Nagetieren,32 beobachtet wird
Dieses Ungleichgewicht zwischen Top-Down-Regulierungsregionen und subkortikalen Regionen kann zu exzessivem Essverhalten führen, das durch Essensbelohnungen, 18 emotionales Essen 33 und Essattacken 34 motiviert wird, die wichtige Risikofaktoren für Fettleibigkeit sind.
Insbesondere wurde die im Jugendalter beobachtete erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Belohnungen auf altersabhängige Veränderungen in der Reifung des frontostriatalen Schaltkreises zurückgeführt.8,26
Die Entwicklung des präfrontalen Kortex hinkt der Entwicklung subkortikaler Belohnungsregionen hinterher, was bei Jugendlichen zu einer Neigung zu Impulsivität und sensationslustigem Verhalten führt.12,26
Tatsächlich haben mehrere Belege übereinstimmend gezeigt, dass die striatalen Reaktionen auf Belohnungen im Jugendalter im Vergleich zum Erwachsenenalter übertrieben sind 29 und dass dieses Aktivierungsmuster mit der Impulsivität von Merkmalen und der Wahrscheinlichkeit, sich auf bestimmte Verhaltensweisen einzulassen, verbunden ist. Risiko.35
Insgesamt zeigen neurochemische, strukturelle und elektrophysiologische Beweise, dass die dopaminerge Belohnungsinnervation, die vom ventralen tegmentalen Bereich zum präfrontalen Kortex und zum Nucleus accumbens kommt, während der Adoleszenz reift.36 Dieser Prozess erklärt, warum belohnendes Verhalten, einschließlich des Verzehrs leckerer Lebensmittel, bei jungen Menschen häufig vorkommt. 37
| Warum fällt es jungen Menschen schwer, Nein zu kalorienreichen und appetitlichen Lebensmitteln zu sagen? |
Jugendliche nehmen über die Nahrung mehr raffinierten Zucker und Fett auf als jede andere Altersgruppe.38 Dieser Zusammenhang wurde auf einen erhöhten Nahrungskonsum während dieser Entwicklungsphase, Veränderungen in der Unabhängigkeit bei der Nahrungswahl und eine erhöhte Sensibilität für die natürliche Belohnung zurückgeführt. Im modernen Umfeld fettleibiger Lebensmittel sind Fähigkeiten zur Selbstregulierung der Ernährung unerlässlich, um den Verzehr kalorienreicher Lebensmittel zu kontrollieren.
Das wirksame Herzstück der Selbstregulierung der Ernährung ist die Fähigkeit, Appetitimpulse, die durch appetitanregende und anregende Nahrungsmittelreize hervorgerufen werden, zu hemmen (oder zu unterdrücken) und den Nährwert der verfügbaren Nahrungsmitteloptionen angemessen zu bewerten. Solche Selbstregulationsfähigkeiten waren mit dem kognitiven Kontrollnetzwerk verknüpft, insbesondere mit dem lateralen präfrontalen Kortex.
Die Rekrutierung des lateralen präfrontalen Kortex ist für die Modulation der kortikalen Aktivität in der Belohnungsregion von wesentlicher Bedeutung und ermöglicht die Aktivierung neurokognitiver Mechanismen, die notwendig sind, um durch Nahrung hervorgerufene Heißhungerattacken und die Motivation zum Essen abzufedern, Fähigkeiten, die sich im Jugendalter noch entwickeln.
Heranwachsende haben eine erhöhte Nahrungsaufnahme, teilweise aufgrund der erhöhten Stoffwechselaktivität, die das schnelle körperliche Wachstum und die Entwicklung vorantreibt, die mit der Pubertät einhergehen, einschließlich der Zunahme von Muskelmasse bei heranwachsenden Männern und Fettmasse bei heranwachsenden Frauen.39,40 Schnelles Wachstum wird bei allen Arten beobachtet, so dass jugendliche Ratten in diesem Zeitraum im Verhältnis zu ihrem Körpergewicht die höchste Kalorienaufnahme haben.41
Bei Mäusen kann ein beschleunigtes Heranwachsendenwachstum teilweise die übermäßige Kalorienbelastung fettreicher Diäten ausgleichen, ohne dass es zu der erheblichen Gewichtszunahme kommt, die typischerweise bei erwachsenen Tieren beobachtet wird, die ähnliche Diäten zu sich nehmen.42 Daher könnte die Pubertät einen teilweisen Schutz vor der Entwicklung von Fettleibigkeit bieten.
Wenn jedoch keine negativen Folgen (z. B. Übergewicht) auftreten, könnten im Jugendalter erworbene Verhaltensgewohnheiten den übermäßigen Verzehr kalorienreicher Lebensmittel im Erwachsenenalter begünstigen, und die Folgen sind im späteren Leben möglicherweise nicht erkennbar. sofort. Diese Prämisse unterstreicht die wachsende Notwendigkeit, die Qualität der Ernährung und nicht nur das Gewicht allein als Schlüsselfaktor zu berücksichtigen, der die Gehirngesundheit von Jugendlichen beeinflussen kann.
Belohnungsschaltkreise im Gehirn werden durch den Verzehr schmackhafter Lebensmittel aktiviert.43,44 Die entwicklungsbedingte Veränderung des Kalorienbedarfs, die mit einem erhöhten Drang nach belohnungsgesteuerten Verhaltensweisen einhergeht, kann den Verzehr schmackhafter, kalorienreicher Lebensmittel während der Adoleszenz fördern.45 ,46
In Ermangelung ausgereifter Top-Down-Regulationsprozesse ist die striatale Dopaminausschüttung als Reaktion auf ein belohnendes Ereignis bei Jugendlichen im Vergleich zu Erwachsenen übertrieben, wodurch Jugendliche empfindlicher auf den Belohnungswert reagieren als Erwachsene.12
Darüber hinaus könnte eine erhöhte striatale Dopaminausschüttung als Reaktion auf Reize, die mit belohnenden Nahrungsmitteln verbunden sind, es für Jugendliche schwierig machen, ihren Konsum zu kontrollieren.
Eine verstärkte neuronale Reaktion auf belohnende Ereignisse in Verbindung mit der kontinuierlichen Reifung des präfrontalen Kortex könnte die Anfälligkeit von Jugendlichen für den übermäßigen Verzehr von Nahrungsmitteln erhöhen, denen es an Nährstoffen mangelt und die viele Kalorien enthalten.
Viele Neuroimaging-Studien belegen die Bedeutung präfrontaler Kortexregionen für die Regulierung von Heißhungerattacken und den Verzehr schmackhafter Nahrungsmittel. Bereiche im präfrontalen Kortex, wie zum Beispiel der dorsolaterale präfrontale Kortex, spielen kurzfristig eine entscheidende Rolle bei der Regulierung appetitanregender Belohnungen und ermöglichen es dem Einzelnen, langfristig vorteilhaftere, aber weniger schmackhafte Belohnungen auszuwählen.18
Tatsächlich ist die Motivation, schmackhafte, kalorienreiche Lebensmittel zu sich zu nehmen, negativ mit der Gehirnaktivität (gemessen anhand der vom Blutsauerstoffgehalt abhängigen hämodynamischen Reaktion mittels funktioneller Magnetresonanztomographie) im dorsolateralen präfrontalen Kortex und im medialen präfrontalen Kortex bei Personen verbunden. berichten über einen starken Drang, diese Lebensmittel zu konsumieren.47
Darüber hinaus ist eine verringerte Aktivierung des oberen und mittleren Frontalgyrus, des ventrolateralen präfrontalen Kortex und des medialen präfrontalen Kortex als Reaktion auf Nahrungsbelohnungen mit einem erhöhten Body-Mass-Index bei Jugendlichen verbunden.48 Dementsprechend deuten Hinweise prospektiver Bildgebungsstudien auf eine erhöhte striatale Aktivität als Reaktion hin Der Einfluss schmackhafter Nahrungsmittel ist bei Jugendlichen mit einem erhöhten Körpergewicht und einer erhöhten Fettmasse verbunden.49
Im Gegensatz dazu war ein erfolgreicher Gewichtsverlust bei Jugendlichen mit einer erhöhten Gehirnaktivität im dorsolateralen präfrontalen Kortex als Reaktion auf Bilder von appetitlichen, kalorienreichen Lebensmitteln verbunden, was das Argument stützt, dass eine erhöhte Aktivität im präfrontalen Kortex als Reaktion auf Lebensmittelsignale eine entscheidende Rolle spielen könnte Rolle bei der Modulation der Lebensmittelauswahl.50
Zusammengenommen deuten diese Daten darauf hin, dass das Nahrungssuch- und -konsumverhalten bei jungen Menschen besonders ausgeprägt sein könnte und dass dieser Zusammenhang mit einer Verringerung der präfrontalen Regulierung von Nahrungsbelohnungsreizen zusammenhängt.
Die Industrialisierung der Lebensmittelproduktion hat zu einer massiven Entwicklung billiger, appetitlicher Lebensmittel geführt, die stark auf eine Art und Weise vermarktet werden, die Lustreaktionen ausnutzt, was zu übermäßigem Kauf und Konsum führt. Mehr als 84 % der Medienwerbung, die Kinder und Jugendliche sehen, betrifft kalorienreiche Lebensmittel und Getränke.51
Diese Anzeigen sind im Fernsehen, auf Social-Media-Websites und in Apps präsent.5 Allein in Kanada werden Jugendliche jedes Jahr auf ihren Lieblingswebsites mit mehr als 14,4 Millionen Lebensmittelanzeigen konfrontiert.53 Diese weitverbreitete Vermarktung schmackhafter Lebensmittel in Kombination mit ihrer allgegenwärtigen Verbreitung Präsenz in der modernen Umgebung kann übermäßigen Konsum fördern. Tatsächlich gibt es immer mehr Hinweise darauf, dass diese Werbung die Vorlieben und Einstellungen von Kindern und Jugendlichen gegenüber kalorienreichen Lebensmitteln beeinflussen und das Risiko des Verzehrs und einer ungesunden Ernährung im Allgemeinen erhöhen kann.54
| Denkanstoß |
Wie oben beschrieben, passt sich das Gehirn durch Prozesse der Neuroplastizität an die Umwelt und Erfahrungen an. Die im Rahmen der modernen Ernährung verzehrten Lebensmittel gelten als starker Umwelteinfluss auf die neurologische Entwicklung bei Jugendlichen.
Studien an Nagetieren, bei denen Nagetiere mit Diäten gefüttert wurden, die der menschlichen Ernährung mit hohem Gehalt an gesättigten Fetten und raffiniertem Zucker nachempfunden sind, weisen darauf hin, dass ein übermäßiger Verzehr dieser Lebensmittel Veränderungen in einer Vielzahl von Neurotransmittersystemen in kortikalen Gehirnregionen untermauert, die für die Kontrolle verantwortlich sind. Verhalten.
Eine chronische Stimulation des reifenden mesocorticolimbischen Dopamin-Belohnungssystems während der Adoleszenz durch übermäßigen Verzehr schmackhafter Nahrungsmittel kann zu langanhaltenden neurobiologischen Veränderungen in Neurotransmittern und endokrinen Systemen führen.9,55 Adaptive Veränderungen in der Neurotransmission könnten das Gehirnsystem neu kalibrieren. Belohnung, um eine größere Präferenz für Nahrungsmittelbelohnungen zu fördern und kognitive Dysregulation hervorzurufen.56
In Nagetierstudien führt übermäßiger Verzehr schmackhafter Nahrungsmittel zu adaptiven Veränderungen der Dopamin-Signalwege in Gehirnregionen, die die Belohnungsverarbeitung und Entscheidungsfindung steuern, einschließlich des präfrontalen Kortex, 57 Nucleus accumbens. ,58,59 und der Hippocampus.60,61
Obwohl sich diese Übersicht auf den präfrontalen Kortex als Treiber der Nahrungsmittelauswahl konzentriert, spielt der Hippocampus eine wesentliche Rolle bei der Regulierung der Ernährungsgewohnheiten und des Verzehrs kalorienreicher Nahrungsmittel (siehe Hargrave und Kollegen62 für einen Überblick).
Der Verzehr von sehr schmackhaften Nahrungsmitteln führt zur Freisetzung von Dopamin im mesokortikolimbischen System, so dass der häufige Verzehr dieser Nahrungsmittel zu einer Überstimulation dieses Signalwegs führen kann.63
Adaptive Veränderungen, die in der Rezeptorexpression auftreten, um diese Überstimulation zu kompensieren, einschließlich der Herunterregulierung der Dopamin-D2-Rezeptoren im Striatum, führen zu einer neurochemischen Abschwächung der Belohnungsreaktionen auf typischerweise belohnende Reize.63
Es wurde vermutet, dass adaptive Änderungen an Belohnungssystemen zu beeinträchtigten Belohnungsreaktionen führen und das Futtersuchverhalten weiter vorantreiben können, um das verringerte Belohnungserlebnis auszugleichen.64 Darüber hinaus deuten Studien an Nagetieren darauf hin, dass Auswirkungen auf die dopaminergen Belohnungssignalisierungs-Neuroschaltkreise möglicherweise anhaltend sind.65
Da Dopamin ein Modulator der kortikalen Plastizität ist, können diese adaptiven Reaktionen auf die Qualität der Ernährung möglicherweise die Plastizitätsprozesse während dieser formbaren Phase beeinflussen und zu den beobachteten strukturellen und funktionellen Veränderungen führen, die bei Menschen mit Fettleibigkeit beobachtet werden (Panel).
Die Anfälligkeit des jugendlichen Gehirns für Veränderungen, die durch eine Ernährung mit schmackhaften Nahrungsmitteln hervorgerufen werden, könnte sich in veränderten motivierten Verhaltensweisen äußern. Experimentell wird die Motivation bei Nagetieren durch progressive Verhältnisaufgaben gemessen, die eine zunehmende Anzahl von Reaktionen erfordern, wie z. B. Hebeldrücken, um eine Belohnung zu erhalten.
Männliche Ratten, die im Jugendalter eine zuckerreiche Ernährung zu sich nahmen, im Erwachsenenalter jedoch nicht, waren weniger motiviert, als Erwachsene einen Hebel zu betätigen, um sich mit leckerem Futter zu belohnen, als Ratten, die im Jugendalter keine zuckerreiche Ernährung zu sich genommen hatten. Jugend.77
Im Gegensatz dazu zeigten jugendliche weibliche Ratten, die zuckerreiche Diäten zu sich nahmen, eine erhöhte Motivation für Belohnungen, was auf Verlangen hinweist.77 Diese Studien zeigten, dass zuckerreiche Diäten die belohnungsverarbeitenden Neuroschaltkreise je nach Geschlecht und Alter verändern können größere Anfälligkeit bei heranwachsenden Männern.
| Entwicklung des Gleichgewichts im Gehirn |
Während der Gehirnentwicklung spielt Dopamin eine Schlüsselrolle bei der Steuerung der erregenden und hemmenden Neurotransmission im präfrontalen Kortex.78 Im postnatalen Gehirn ist γ-Aminobuttersäure (GABA) der wichtigste hemmende Neurotransmitter und Glutamat der wichtigste Neurotransmitter. Erreger Das Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung ist für die Funktion des Gehirnnetzwerks und die kognitive Kontrolle von entscheidender Bedeutung.
Das gestörte Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung steht im Zusammenhang mit neuropsychiatrischen Erkrankungen, einschließlich Autismus und Schizophrenie.79,80 Neurochemische Daten deuten darauf hin, dass sich die hemmende GABAerge Neurotransmission, insbesondere im präfrontalen Kortex, noch im Jugendalter entwickelt80 und charakteristische impulsive und riskante Verhaltensweisen fördern könnte der Jugend.29
Die späte Reifung hemmender GABAerger Signale im Gehirn führt auch zu einer längeren Anfälligkeitsperiode im hochplastischen jugendlichen Gehirn. Es wird angenommen, dass der Verzehr minderwertiger, kalorienreicher Nahrungsmittel während der Adoleszenz funktionelle Veränderungen in der dopaminergen Signalübertragung auslöst,59 die wiederum die Entwicklung hemmender GABAerger Signalübertragung im präfrontalen Kortex verändern könnten.77,81
Da das Gleichgewicht der erregenden und hemmenden Neurotransmission im reifen präfrontalen Kortex für die Kognition höherer Ordnung und die Verhaltenskontrolle wichtig ist,82 können diese Veränderungen der dopaminergen und anschließend GABAergen Signalübertragung, die durch den Verzehr von Junkfood aktiviert werden, tiefgreifende Auswirkungen auf das Verhalten haben.
Erwachsene Ratten, die beispielsweise einer fettreichen Ernährung ausgesetzt waren, veränderten die GABAerge Signalübertragung im Hippocampus und im präfrontalen Kortex.83 Die Untersuchungen der Autoren zeigten, dass der Verzehr einer Diät mit hohem Saccharosegehalt während der Adoleszenz mit einer Verringerung der GABAergen Neuronen im Kortex verbunden ist Regionen, die für die Wahrnehmung wesentlich sind, und manifestieren sich in kognitiven Defiziten und gestörter Verhaltenskontrolle.22,81
Darüber hinaus deuten Untersuchungen an Nagetieren auf durch Fettleibigkeit verursachte Veränderungen in extrazellulären Matrixstrukturen rund um Gehirnneuronen hin, die als perineuronale Netzwerke bezeichnet werden.84 Diese Strukturen regulieren die Aktivierung kortikaler Neuronen, die an der Kognition beteiligt sind und sich häufig zusammen mit Parvalbumin-Interneuronen befinden, wodurch die Plastizität und Kontrolle eingeschränkt wird Synapsenbildung.84
Da perineuronale kortikale Netzwerke einen langen Entwicklungsverlauf aufweisen und regional abhängig im Jugend- und Jugendalter eine Reifung zeigen, könnte eine Störung dieser Strukturen zu Veränderungen in der Plastizität und einer Neugestaltung der Konnektivität zwischen kortikalen Regionen führen.
Ein besseres Verständnis der neurochemischen Systeme, die durch den Verzehr äußerst schmackhafter Nahrungsmittel verändert werden, ist jedoch von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung potenzieller Behandlungen und therapeutischer Interventionen, die das Gehirn schützen und Funktionsaspekte wiederherstellen könnten, wenn sich das junge Gehirn in einem sehr formbaren Zustand befindet. und reaktionsschnell.
| Klinische Bedeutung |
Fettleibigkeit bei Kindern und Jugendlichen gehört zu den größten globalen Gesundheitsproblemen.
Statistiken zeigen, dass im Zeitraum 2015–16,85 18,5 % der Kinder und Jugendlichen in den Vereinigten Staaten mit Fettleibigkeit lebten
Ähnliche Trends sind überall auf der Welt zu beobachten, wobei die Raten in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen rasch steigen; 86 In entwickelten Ländern (z. B. Kanada, USA) begannen die Fettleibigkeitsraten jedoch einen Zustand zu erreichen, in dem sich kaum oder gar nichts veränderte.87
Fettleibigkeit bei Kindern und Jugendlichen gibt Anlass zur Sorge, da fettleibige Kinder und Jugendliche mit größerer Wahrscheinlichkeit ihren Gewichtsstatus bis ins Erwachsenenalter und während des gesamten Erwachsenenalters beibehalten und in jüngerem Alter einem höheren Risiko ausgesetzt sind, an Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu erkranken. als der Durchschnitt.88
Wie in dieser Übersicht hervorgehoben, hat der Einfluss der Ernährungsqualität auf das sich entwickelnde Gehirn langfristige Auswirkungen, die fettleibiges Ernährungsverhalten weiter fördern könnten.
Anhaltender und übermäßiger Verzehr von Nahrungsmitteln mit hohem Gehalt an gesättigten Fetten und raffiniertem Zucker kann die Entwicklung von Schaltkreisen im Gehirn beeinflussen, die zur Erleichterung selbstregulierender Verhaltensweisen erforderlich sind, die für die Begrenzung übermäßigen Verzehrs von entscheidender Bedeutung sind.18 Daher besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung wirksamer Interventionen zur Verbesserung der Ernährung Qualität und Reduzierung von Fettleibigkeit bei jungen Menschen, um die negativen physiologischen Auswirkungen von Fettleibigkeit während des gesamten Lebens zu verringern.
Da die Adoleszenz einen teilweisen Schutz vor der Entwicklung übermäßiger Adipositas bietet, besteht in dieser Altersgruppe ein erhöhter Bedarf, sich auf die Qualität der Ernährung zu konzentrieren und nicht auf Fettleibigkeit als Hauptaugenmerk. Diese therapeutischen Interventionen könnten das Gehirn schützen und bestimmte Funktionsaspekte wiederherstellen und könnten am effektivsten sein, wenn sich das junge Gehirn in einem sehr formbaren Zustand befindet.
Es müssen spezifische Verhaltensinterventionen in Betracht gezogen werden, die für jugendliche Bevölkerungsgruppen wirksam sind. Interventionen in dieser Altersgruppe scheitern oft, wenn sie das Bedürfnis der Jugendlichen, sich respektiert zu fühlen, und die Bedeutung des sozialen Status nicht berücksichtigen (siehe Yeager und Kollegen89 für einen Überblick). Beispielsweise werden implizite Einstellungen und Kaufverhalten für kalorienreiche Lebensmittel deutlich reduziert, wenn Jugendliche über die manipulativen Marketingpraktiken der Lebensmittelindustrie aufgeklärt werden.90
Der Erfolg dieser Intervention hing mit der Konzentration auf Werte zusammen, die Jugendliche als wichtig erachteten (z. B. soziale Gerechtigkeit, Durchsetzung individueller Autonomie und Ablehnung der Kontrolle durch Erwachsene), was die Notwendigkeit hervorhob, Interventionen in Betracht zu ziehen, die auf die Werte dieser Bevölkerungsgruppe abgestimmt sind.
Darüber hinaus zielen Interventionen häufig eher auf die Prävention von Fettleibigkeit als auf die Verbesserung der Ernährungsqualität per se ab. Wie oben hervorgehoben, ist dieser Fokus auf Fettleibigkeit möglicherweise nicht der geeignetste Ansatz, ebenso wie körperliche Indikatoren der Ernährungsqualität (z. B. Übergewicht und Adipositas) möglicherweise erst spät im Leben auftreten.
Übungsinterventionen gehören bis heute zu den vielversprechendsten Mitteln zur Verbesserung der Gehirngesundheit und der kognitiven Kontrolle. Über die gesamte Lebensspanne hinweg verbessern körperliche Übungen die kognitive Leistungsfähigkeit; 91 Diese Verbesserung wurde auf belastungsbedingte Veränderungen der strukturellen und funktionellen Integrität des präfrontalen Kortex und des Hippocampus zurückgeführt, 92,93 bei denen es sich um kortikale Regionen handelt, die nachweislich anfällig für Fettleibigkeit sind.
Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass Aerobic-Übungen die neuronale Reaktion auf appetitliche Nahrungsmittelreize verringern und Hungerkreisläufe modulieren können, um die Ernährungsgewohnheiten zu verbessern.94,95 Es gibt jedoch wenig Forschung über die Wirkung von Trainingsinterventionen auf das Gehirn von Jugendlichen, wobei sich die aktuelle Forschung darauf konzentriert ältere Erwachsene91 oder vorpubertäre Kinder.96
Angesichts der konkreten Vorteile von Trainingsinterventionen besteht die Notwendigkeit, diese Arbeitsrichtung auf jugendliche Bevölkerungsgruppen auszudehnen, insbesondere auf junge Bevölkerungsgruppen, die zu einer Dysregulation des Essverhaltens neigen (z. B. Menschen mit Fettleibigkeit oder Binge-Eating-Störungen).
| Übersetzungsherausforderungen und offene Fragen |
Während Tiermodelle eine hervorragende Kontrolle über die Qualität der Ernährung und die Nahrungsaufnahme ermöglichen, ist die Nahrungsauswahl beim Menschen komplex und kann als sozioökologisches Verhalten betrachtet werden, das durch Umwelteinflüsse, kulturelle Vorlieben, soziale Einstellungen und Genetik beeinflusst wird. .
Aufgrund der Flüchtigkeit menschlicher Ernährungsentscheidungen bestehen die meisten Diäten aus einer Kombination gesunder und ungesunder kalorienreicher Lebensmittel, im Gegensatz zu kontrollierten Labormodellen, die möglicherweise nur die extremen Diäten darstellen, die von wenigen Menschen konsumiert werden.
Daher besteht ein dringender Bedarf an groß angelegten prospektiven Studien am Menschen, insbesondere an Jugendlichen. Solche Forschungen sind besonders relevant angesichts der wachsenden Zahl von Verhaltens- und Bildgebungsstudien am Menschen, die die kurzfristigen97 und langfristigen Auswirkungen von Fettleibigkeit und fettleibigen Diäten auf kognitive Prozesse und Gehirnstrukturen beim Menschen hervorheben.98,99
Nur durch groß angelegte kollaborative Ansätze wird die wissenschaftliche Gemeinschaft in der Lage sein, die Entwicklung der Selbstregulierung der Ernährung, die Auswirkungen schlechter Ernährung auf das sich entwickelnde Gehirn und die Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen dem Verzehr kalorienreicher Lebensmittel zu modellieren und schlechte Anpassung neuronaler Entwicklungsverläufe. Mit dem Aufkommen groß angelegter Open-Source-Multisite-Projekte wie der Adolescent Brain and Cognitive Development-Studie sind 100 solcher Projekte logistisch machbar.
Schließlich konzentrieren wir uns in diesem Aufsatz auf die präfrontale Kortexregulation subkortikaler Belohnungsregionen als Hauptfaktor für Ernährungsentscheidungen.
Dieser Ansatz war spezifisch für den von den Autoren angewandten Entwicklungsansatz, bei dem sich diese subkortikalen Regionen oft vor dem präfrontalen Kortex vollständig entwickeln. Es wird angenommen, dass dieser Unterschied in den Entwicklungsverläufen zum beobachteten Anstieg der Belohnungssensitivität im Jugendalter beiträgt und Jugendliche empfänglicher für die belohnenden Aspekte kalorienreicher, appetitanregender Lebensmittel macht.
Allerdings wird das Konsumverhalten durch ein umfangreiches Netzwerk von Gehirnregionen moduliert, darunter Hippocampus, Hypothalamus und Amygdala.101 Darüber hinaus untersucht ein wachsendes Forschungsgebiet, wie sich die Mikrobiota-Darm-Hirn-Achse auf die neurologische Entwicklung auswirken kann; Ein möglicher Weg könnte die Rolle der Achse bei der Aufrechterhaltung der metabolischen Homöostase sein (siehe Borre und Kollegen76 für einen Überblick). Zukünftige Arbeiten müssen daher untersuchen, wie Ernährung und Darmmikrobiota die neurologischen Entwicklungsverläufe beeinflussen.
| Abschluss |
In dieser Übersicht gehen die Autoren davon aus, dass die Adoleszenz eine Phase doppelter Anfälligkeit ist, in der regulatorische Prozesse das Ernährungsverhalten steuern und die Entscheidungsfindung aufgrund der kontinuierlichen Entwicklung des lateralen präfrontalen Kortex noch unterentwickelt ist. Daher können die zunehmende Selbstregulierung und die zunehmende Unabhängigkeit bei der Auswahl von Nahrungsmitteln dazu führen, dass Jugendliche dazu neigen, sich für ungesunde Nahrungsmittel zu entscheiden.
Allerdings könnte die inhärente Plastizität des jungen Gehirns die negativen neurologischen Auswirkungen fettleibiger Diäten verstärken. Diese ernährungsbedingten Veränderungen (oben beschrieben) können sich in einer schlechten kognitiven Kontrolle und einer erhöhten Impulsivität im Erwachsenenalter und im gesamten Erwachsenenalter äußern, was den Kreislauf dysregulierter Essverhaltensweisen im Erwachsenenalter weiter verstärkt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die verfügbaren Erkenntnisse zeigen, dass Ärzte und Forscher den Fokus von Körpergröße und Fettleibigkeit auf die Qualität der Ernährung selbst verlagern müssen.
Das im Jugendalter beobachtete körperliche Wachstum kann eine übermäßige Kalorienbelastung teilweise bewältigen, ohne dass es zu der bei Erwachsenen typischen erheblichen Gewichtszunahme kommt. Daher sind die negativen Auswirkungen einer schlechten Ernährung möglicherweise nicht offensichtlich.
Allerdings kann die Qualität der Ernährung, wie oben hervorgehoben, schwerwiegende und schädliche Auswirkungen auf die Entwicklung des Gehirns haben, und in dieser Phase der Anfälligkeit sollte das Hauptaugenmerk auf das Verständnis und das Eingreifen gerichtet werden.
