Published May 25, 2007 | Version v1
Publication Open

Bang-Bang Control of Feeding: Role of Hypothalamic and Satiety Signals

  • 1. Experimental Medicine and Biology Institute
  • 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 3. University of Buenos Aires
  • 4. Duke University

Description

Rats, people, and many other omnivores eat in meals rather than continuously. We show by experimental test that eating in meals is regulated by a simple bang-bang control system, an idea foreshadowed by Le Magnen and many others, shown by us to account for a wide range of behavioral data, but never explicitly tested or tied to neurophysiological facts. The hypothesis is simply that the tendency to eat rises with time at a rate determined by satiety signals. When these signals fall below a set point, eating begins, in on-off fashion. The delayed sequelae of eating increment the satiety signals, which eventually turn eating off. Thus, under free conditions, the organism eats in bouts separated by noneating activities. We report an experiment with rats to test novel predictions about meal patterns that are not explained by existing homeostatic approaches. Access to food was systematically but unpredictably interrupted just as the animal tried to start a new meal. A simple bang-bang model fits the resulting meal-pattern data well, and its elements can be identified with neurophysiological processes. Hypothalamic inputs can provide the set point for longer-term regulation carried out by a comparator in the hindbrain. Delayed gustatory and gastrointestinal aftereffects of eating act via the nucleus of the solitary tract and other hindbrain regions as neural feedback governing short-term regulation. In this way, the model forges real links between a functioning feedback mechanism, neuro-hormonal data, and both short-term (meals) and long-term (eating-rate regulation) behavioral data.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تأكل الفئران والناس والعديد من الحيوانات آكلة اللحوم الأخرى في الوجبات بدلاً من تناولها باستمرار. نظهر من خلال الاختبار التجريبي أن تناول الطعام في الوجبات ينظمه نظام تحكم بسيط في الانفجار والانفجار، وهي فكرة تنبأ بها لو ماجنن والعديد من الآخرين، والتي أظهرناها لحساب مجموعة واسعة من البيانات السلوكية، ولكن لم يتم اختبارها صراحة أو ربطها بالحقائق الفيزيولوجية العصبية. الفرضية ببساطة هي أن الميل لتناول الطعام يرتفع مع مرور الوقت بمعدل تحدده إشارات الشبع. عندما تنخفض هذه الإشارات إلى ما دون نقطة الضبط، يبدأ الأكل بطريقة متقطعة. تؤدي العواقب المتأخرة للأكل إلى زيادة إشارات الشبع، والتي تؤدي في النهاية إلى إيقاف الأكل. وهكذا، في ظل ظروف حرة، يأكل الكائن الحي في نوبات مفصولة بأنشطة غير متكافئة. نبلغ عن تجربة مع الفئران لاختبار تنبؤات جديدة حول أنماط الوجبات التي لم يتم شرحها من خلال الأساليب المتوازنة الحالية. تمت مقاطعة الوصول إلى الطعام بشكل منهجي ولكن لا يمكن التنبؤ به تمامًا كما حاول الحيوان بدء وجبة جديدة. يتناسب نموذج الانفجار والانفجار البسيط مع بيانات نمط الوجبة الناتجة جيدًا، ويمكن تحديد عناصره بالعمليات الفيزيولوجية العصبية. يمكن أن توفر مدخلات الوطاء نقطة الضبط للتنظيم طويل الأجل الذي يقوم به مقارن في الدماغ الخلفي. تأخر الذوق والجهاز الهضمي بعد آثار الأكل الفعل عبر نواة الجهاز الانفرادي ومناطق الدماغ الخلفي الأخرى كما ردود الفعل العصبية التي تحكم التنظيم على المدى القصير. وبهذه الطريقة، يصوغ النموذج روابط حقيقية بين آلية التغذية الراجعة العاملة، والبيانات الهرمونية العصبية، والبيانات السلوكية قصيرة الأجل (الوجبات) وطويلة الأجل (تنظيم معدل الأكل).

Translated Description (French)

Les rats, les humains et de nombreux autres omnivores mangent dans les repas plutôt qu'en continu. Nous montrons par des tests expérimentaux que manger dans les repas est régulé par un simple système de contrôle bang-bang, une idée préfigurée par Le Magnen et bien d'autres, que nous avons montrée pour rendre compte d'un large éventail de données comportementales, mais jamais explicitement testées ou liées à des faits neurophysiologiques. L'hypothèse est simplement que la tendance à manger augmente avec le temps à un rythme déterminé par les signaux de satiété. Lorsque ces signaux tombent en dessous d'un point de consigne, l'alimentation commence, de manière intermittente. Les séquelles retardées de l'alimentation incrémentent les signaux de satiété, qui finissent par éteindre l'alimentation. Ainsi, dans des conditions libres, l'organisme mange dans des accès séparés par des activités de non-consommation. Nous rapportons une expérience avec des rats pour tester de nouvelles prédictions sur les habitudes alimentaires qui ne sont pas expliquées par les approches homéostatiques existantes. L'accès à la nourriture était systématiquement mais imprévisiblement interrompu au moment où l'animal essayait de commencer un nouveau repas. Un modèle bang-bang simple s'adapte bien aux données de modèle de repas résultantes, et ses éléments peuvent être identifiés avec des processus neurophysiologiques. Les entrées hypothalamiques peuvent fournir le point de consigne pour une régulation à plus long terme effectuée par un comparateur dans le cerveau postérieur. Les séquelles gustatives et gastro-intestinales retardées de l'alimentation agissent via le noyau du tractus solitaire et d'autres régions de l'arrière-cerveau en tant que rétroaction neurale régissant la régulation à court terme. De cette façon, le modèle établit des liens réels entre un mécanisme de rétroaction fonctionnel, des données neurohormonales et des données comportementales à court terme (repas) et à long terme (régulation du taux d'alimentation).

Translated Description (Spanish)

Las ratas, las personas y muchos otros omnívoros comen en las comidas en lugar de continuamente. Demostramos mediante pruebas experimentales que comer en las comidas está regulado por un simple sistema de control bang-bang, una idea presagiada por Le Magnen y muchos otros, que según nosotros explican una amplia gama de datos de comportamiento, pero que nunca se probó explícitamente ni se vinculó a hechos neurofisiológicos. La hipótesis es simplemente que la tendencia a comer aumenta con el tiempo a un ritmo determinado por las señales de saciedad. Cuando estas señales caen por debajo de un punto de ajuste, comienza a comer, de forma intermitente. Las secuelas retardadas de comer incrementan las señales de saciedad, que eventualmente desactivan el comer. Por lo tanto, en condiciones libres, el organismo come en episodios separados por actividades de no alimentación. Presentamos un experimento con ratas para probar predicciones novedosas sobre los patrones de comida que no se explican por los enfoques homeostáticos existentes. El acceso a los alimentos se interrumpió de forma sistemática pero impredecible justo cuando el animal intentaba comenzar una nueva comida. Un modelo bang-bang simple se ajusta bien a los datos resultantes del patrón de comidas, y sus elementos se pueden identificar con procesos neurofisiológicos. Las entradas hipotalámicas pueden proporcionar el punto de ajuste para la regulación a largo plazo llevada a cabo por un comparador en el cerebro posterior. Los efectos secundarios gustativos y gastrointestinales retardados de la alimentación actúan a través del núcleo del tracto solitario y otras regiones del cerebro posterior como retroalimentación neuronal que rige la regulación a corto plazo. De esta manera, el modelo forja vínculos reales entre un mecanismo de retroalimentación funcional, datos neurohormonales y datos de comportamiento tanto a corto plazo (comidas) como a largo plazo (regulación de la tasa de alimentación).

Files

journal.pcbi.0030097&type=printable.pdf

Files (655.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:d45a2a7fbcd7fcb8b45a52aeb014f292
655.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحكم في التغذية بانج- بانج: دور إشارات ما تحت المهاد والشبع
Translated title (French)
Contrôle Bang-Bang de l'alimentation : Rôle des signaux hypothalamiques et de satiété
Translated title (Spanish)
Control Bang-Bang de la alimentación: papel de las señales hipotalámicas y de saciedad

Identifiers

Other
https://openalex.org/W1999096581
DOI
10.1371/journal.pcbi.0030097

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1516631422
  • https://openalex.org/W1561443084
  • https://openalex.org/W1594976448
  • https://openalex.org/W1674027921
  • https://openalex.org/W1936533727
  • https://openalex.org/W1965720610
  • https://openalex.org/W1974538948
  • https://openalex.org/W1977769018
  • https://openalex.org/W1981025527
  • https://openalex.org/W1985210505
  • https://openalex.org/W1987248923
  • https://openalex.org/W1989005361
  • https://openalex.org/W1990095603
  • https://openalex.org/W1990589846
  • https://openalex.org/W1994091958
  • https://openalex.org/W2000439724
  • https://openalex.org/W2005693445
  • https://openalex.org/W2006249655
  • https://openalex.org/W2010328324
  • https://openalex.org/W2010465572
  • https://openalex.org/W2014076809
  • https://openalex.org/W2017105702
  • https://openalex.org/W2019122671
  • https://openalex.org/W2030550628
  • https://openalex.org/W2032714699
  • https://openalex.org/W2036800456
  • https://openalex.org/W2037836406
  • https://openalex.org/W2039347019
  • https://openalex.org/W2046036438
  • https://openalex.org/W2049392123
  • https://openalex.org/W2063385321
  • https://openalex.org/W2065902274
  • https://openalex.org/W2077425635
  • https://openalex.org/W2079048178
  • https://openalex.org/W2086773481
  • https://openalex.org/W2091685843
  • https://openalex.org/W2094931302
  • https://openalex.org/W2105991370
  • https://openalex.org/W2113549477
  • https://openalex.org/W2118491713
  • https://openalex.org/W2127779389
  • https://openalex.org/W2129015790
  • https://openalex.org/W2133028004
  • https://openalex.org/W2146156707
  • https://openalex.org/W2148366635
  • https://openalex.org/W2159664830
  • https://openalex.org/W2164252720
  • https://openalex.org/W2293094737
  • https://openalex.org/W2293210287
  • https://openalex.org/W2478138316