Involvement of the prefrontal cortex-limbic pathway in the development of food addiction

Abstract

Food addiction is closely associated with eating disorders including obesity and binge eating. However, the neural alterations underlying this disorder have not been yet clarified. We have trained mice in an operant model to develop food addiction and we recorded neural activities in the medial prefrontal cortex (mPFC) and the nucleus accumbens (NAc) to identify the dynamic neural abnormalities underlying the development of this behavioral disorder. Interestingly mPFC-to-NAc signaling was disrupted at high frequencies during lever-press decision-making for reinforcement in addicted animals. Moreover, addicted mice exhibited reduced low gamma oscillations

and theta-gamma coupling in the NAc during reward expectancy. Disrupted mPFC-to- NAc connectivity and gamma synchrony in the NAc correlated with increased

reinforcement levels, underlying the functional relevance of these abnormalities. The CB1 antagonist rimonabant rescued both neural alterations. These findings suggest that abnormal mPFC-NAc circuit dynamics are candidate mechanisms underlying specific behavioral alterations during food addiction. This thesis unravels new neurophysiological signatures involved in food addictive-like behaviors that will shed light in novel treatments to food addiction and related eating disorders.La adicción a la comida está estrechamente relacionada con los trastornos alimentarios, como la obesidad y los atracones. Sin embargo, aún no se han esclarecido las alteraciones neuronales que subyacen a este trastorno. Hemos entrenado ratones en un modelo operante para desarrollar adicción a la comida y registramos actividades neuronales en la corteza prefrontal medial (mPFC) y el núcleo accumbens (NAc) para identificar las anomalías en dinámicas neuronales que subyacen al desarrollo de este trastorno del comportamiento. Curiosamente, la señalización de mPFC a NAc se interrumpió a altas frecuencias durante la toma de decisiones de presión de palanca para el refuerzo en animales adictos. Además, los ratones adictos exhibieron oscilaciones gamma baja reducidas y acoplamiento theta-gamma en el NAc durante la expectativa de recompensa. La conectividad interrumpida de mPFC a NAc y la sincronía gamma en el NAc correlacionaron con mayores niveles de refuerzo, lo que subyace a la relevancia funcional de estas anomalías. El antagonista de CB1 rimonabant rescató ambas alteraciones neurales. Estos hallazgos sugieren que las dinámicas anormales del circuito mPFC-NAc son mecanismos candidatos que subyacen a alteraciones conductuales específicas durante la adicción a la comida. Esta tesis descifra nuevas firmas neurofisiológicas involucradas en comportamientos similares a los de la adicción a la comida que ayudarán en la búsqueda de tratamientos novedosos para la adicción a comida y los trastornos alimentarios relacionados.Programa de doctorat en Biomedicina