Neural mechanisms of taste and metabolic state integration in the brainstem

脑干味觉和代谢状态整合的神经机制

基本信息

  • 批准号:
    10524319
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 71.87万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-07-15 至 2024-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

ABSTRACT The taste of food is a critical factor that determines whether an organism will accept or reject a food source. In addition, the sensory perception of food taste changes significantly depending on the metabolic state of animals. Despite the significant progress in understanding the homeostatic biology of food intake in the mammalian brain, how metabolic states (e.g., how hungry an animal is) alter the perception of food taste at the level of specific neuronal circuits remains poorly understood. Here, we assembled a team of investigators that will use quantitative measurements of behavior, cutting edge 3P microendoscopy, and optogenetic manipulation of neural activity to study how taste representations in the brainstem are modulated with metabolic state, and how the state dependent activity of brainstem taste circuits contributes to the regulation of ingestive behaviors in mice. Specifically, this new team of investigators will probe the functions and the state dependent activity of two distinct populations of neurons, sugar sensitive calbindin 2- neurons (Calb2) and bitter sensitive somatostatin- neurons (Sst), in the rostral nucleus solitary tract (rNTS), the first central relay station of the taste pathway. In Aim 1 the investigators will develop and optimize a state of the art 3-photon (3P) microendoscope that will allow optical access to Calb2 and Sst neurons in the rNTS at cellular resolution. In Aim 2, the 3P microendoscope will be used to examine the taste responses of Calb2 and Sst neurons in hungry and sated mice to investigate whether sugar or bitter responses are modulated in response to changes in metabolic state. In Aim 3, the investigators will investigate whether acute changes in the hunger state of mice affect the taste representations in the rNTS by artificially modulating the activity of hunger promoting AgRP neurons in the hypothalamus. More specifically, they will record the activity of Calb2 or Sst neurons using the 3P microendoscope, while optogenetically activating or inhibiting AgRP neurons of sated or hungry mice that are offered a sugar solution or sugar plus bitter mixture. The proposed study will provide critical information for understanding a core mechanism of taste and metabolic state integration in the brainstem. It will also allow the team to investigate whether taste coding is modulated in the brainstem based on metabolic state before the information is sent to higher-order gustatory nuclei and to the insula cortex in a feed-forward fashion. Together, the proposed experiments will generate novel knowledge and provide necessary technical and conceptual advances to lay the groundwork for a subsequent Targeted BRAIN Circuits R01 with the same team of investigators aiming to further investigate how brainstem taste circuits communicate with other central gustatory nuclei in a metabolic state dependent manner to control ingestive behaviors in mice.
抽象的 食物的味道是决定生物体是否接受或拒绝食物来源的关键因素。在 此外,食物味道的感官知觉会根据动物的代谢状态而发生显着变化。 尽管在了解哺乳动物大脑食物摄入的稳态生物学方面取得了重大进展, 代谢状态(例如动物的饥饿程度)如何在特定水平上改变对食物味道的感知 神经元回路仍然知之甚少。在这里,我们组建了一个研究小组,将使用 行为定量测量、尖端 3P 显微内窥镜检查和光遗传学操作 神经活动,研究脑干中的味觉表征如何随代谢状态调节,以及如何 脑干味觉回路的状态依赖性活动有助于调节摄入行为 老鼠。具体来说,这个新的研究小组将探究两个的功能和状态依赖活动 不同的神经元群体,糖敏感的钙结合蛋白 2- 神经元 (Calb2) 和苦味敏感的生长抑素- 头核孤束神经元(Sst),位于味觉通路的第一个中央中继站(rNTS)。在 目标 1 研究人员将开发并优化最先进的 3 光子 (3P) 显微内窥镜 以细胞分辨率光学访问 rNTS 中的 Calb2 和 Sst 神经元。在目标 2 中,3P 显微内窥镜将 用于检查饥饿和饱腹小鼠中 Calb2 和 Sst 神经元的味觉反应,以研究 糖或苦味反应是否因代谢状态的变化而受到调节。在目标 3 中, 研究人员将调查小鼠饥饿状态的急剧变化是否会影响味觉表征 通过人为调节下丘脑中饥饿促进 AgRP 神经元的活性,在 rNTS 中发挥作用。更多的 具体来说,他们将使用 3P 显微内窥镜记录 Calb2 或 Sst 神经元的活动,同时 光遗传学激活或抑制提供糖溶液的饱足或饥饿小鼠的 AgRP 神经元 或糖加苦味混合物。拟议的研究将为理解核心提供关键信息 脑干中味觉和代谢状态整合的机制。它还将使团队能够调查 在信息发送到大脑之前,味觉编码是否根据代谢状态在脑干中进行调节 高阶味觉核和岛叶皮质以前馈方式。共同提出的 实验将产生新知识,并提供必要的技术和概念进步,以奠定基础 为随后的目标大脑电路 R01 奠定基础,同一研究团队旨在进一步 研究脑干味觉回路如何与代谢状态下的其他中枢味觉核进行通信 依赖方式控制小鼠的摄入行为。

项目成果

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