Brein Res Bull. Augustus 2009 14;79(6):388-95. doi: 10.1016/j.brainresbull.2009.05.016.
Stoeckel LE1, Kim J, Weller RE, Cox JE, Kook EW 3de, Horwitz B.
Abstract
Oordrewe reaktiwiteit op voedselaanwysings by vetsugtige vroue blyk deels bemiddel te word deur 'n hiperaktiewe beloningstelsel wat die nucleus accumbens, amygdala en orbitofrontale korteks insluit. Die huidige studie het funksionele magnetiese resonansiebeelding (fMRI) gebruik om te ondersoek of verskille tussen 12 vetsugtige en 12 normale gewig vroue in beloningsverwante breinaktivering in reaksie op voedselbeelde verklaar kan word deur veranderinge in die funksionele interaksies tussen sleutelbeloningnetwerkstreke.
’n Tweestap-padanalise/Algemene Lineêre Model-benadering is gebruik om te toets of daar groepverskille in netwerkverbindings tussen nucleus accumbens, amygdala en orbitofrontale korteks was in reaksie op hoë- en lae-kalorie voedselbeelde. Daar was abnormale konnektiwiteit in die vetsugtige groep in reaksie op beide hoë- en lae-kalorie voedsel leidrade in vergelyking met normale gewig kontroles.
In vergelyking met kontroles het die vetsugtige groep 'n relatiewe tekort gehad in die amygdala se modulasie van aktivering in beide orbitofrontale korteks en nucleus accumbens, maar oormatige invloed van orbitofrontale korteks se modulasie van aktivering in nucleus accumbens. Die gebrekkige projeksies van die amygdala kan verband hou met suboptimale modulasie van die affektiewe/emosionele aspekte van 'n kos se beloningswaarde of 'n geassosieerde leidraad se motiverende opvallendheid, terwyl verhoogde orbitofrontale korteks na nucleus accumbens konnektiwiteit kan bydra tot 'n verhoogde drang om te eet in reaksie op 'n kos leidraad.
Dit is dus moontlik dat nie net groter aktivering van die beloningstelsel nie, maar ook verskille in die interaksie van streke in hierdie netwerk kan bydra tot die relatief verhoogde motiveringswaarde van voedsel in vetsugtige individue.
Die etiologie van vetsug blyk deels verklaar te word deur oordrewe reaktiwiteit op leidrade wat met voedsel geassosieer word, veral met hoë-vet, energiedigte voedsel (bv.12]). Die meganisme vir die verhoogde motiverende opvallendheid van hierdie stimuli in vetsugtige individue kan 'n hiperaktiewe beloningstelsel wees, wat die nucleus accumbens/ventrale striatum (NAc), amygdala (AMYG) en orbitofrontale korteks (OFC) insluit. 'n Vorige studie oor funksionele magnetiese resonansiebeelding (fMRI) het verhoogde aktivering van hierdie streke gevind in reaksie op hoë-kalorie voedselbeelde by vetsugtige mense in vergelyking met normale gewig individue ([77]; Fig 1). Ander studies wat vetsugtige individue of diegene met hoër BMI's aan voedselstimuli blootgestel het, het ook abnormale patrone van aktivering in hierdie streke gevind ([22], [23], [28], [43], [68]), sowel as ander ([40], [68]). Stimuli wat met hoë-kalorie kosse geassosieer word, kan oormatige motivering vir nie-homeostatiese eet van hierdie tipe kosse veroorsaak ([10], [11], [53]). Hierdie oormatige nie-homeostatiese begeerte om voedsel te eet, is aansporings-saliënsie of "wil" genoem en blyk grootliks gereguleer te word deur die mesokortikolimbiese dopamienstelsel, wat NAc, AMYG en OFC insluit (bv.6]).
Die meeste menslike fMRI-studies gebruik 'n massa eenveranderlike statistiese analise-benadering om die funksionele eienskappe van verskillende makroskopiese breinstreke te onderskei. Ondersoekers integreer dikwels inligting oor die funksionele spesialisasie van 'n groep streke om te verduidelik hoe hierdie streke in wisselwerking kan tree om 'n gegewe funksie te verrig. Die enigste geldige empiries-gebaseerde gevolgtrekkings wat uit sulke ontledings gemaak kan word, hou egter verband met die omvang en omvang van aktivering in 'n gegewe stel breinstreke, nie hoe hierdie streke funksioneel in wisselwerking is nie. Verbindingsontledings stel ondersoekers in staat om te bestudeer hoe netwerke van breinstreke interaksie het om kognitiewe en gedragsfunksies uit te voer (bv.34]). Dit is belangrik om daarop te let dat afleidings van tradisionele aktiveringstudies nie direk na konnektiwiteitstudies oorgedra word nie. Dit wil sê, daar kan gemete verskille in die omvang van breinaktivering tussen groepe, maar geen groepsverskille in aansluit, en omgekeerd (bv. [52]).
Padanalise, 'n tipe strukturele vergelykingsmodellering, is 'n meerveranderlike, hipotese-gebaseerde benadering wat toegepas word op funksionele neurobeelding om rigtingverwantskappe tussen 'n gegewe stel gekoppelde breinstreke te ondersoek ([51]). Dit is een metode vir ontleding van effektiewe konnektiwiteit, in hierdie geval beteken dit veranderinge in aktivering van een breinstreek as gevolg van veranderinge in aktivering in 'n ander streek. Padmodelle word ontwikkel op grond van a priori hipoteses en neem 'n oorsaaklike struktuur aan, waar A → B beteken veranderinge in streek A word veronderstel om veroorsaak veranderinge in streek B (bv. [69]). Breinstreke in 'n netwerkmodel word tipies gekies op grond van vorige funksionele neurobeeldingstudies, en verbindings tussen hierdie streke word gewoonlik gedefinieer op grond van die bekende neuroanatomiese verbindings, meestal uit diereliteratuur, met die veronderstelling dat homologie in breinstreke tussen spesies (bv.69]). Die beraamde parameterwaardes wat met behulp van padanalise bereken is, verteenwoordig die kwantifisering van die rigtingpaaie tussen streke in die model. Hierdie padkoëffisiënte kan dan gebruik word om vergelykings te tref tussen verbindings binne vakke in reaksie op veranderinge in taaktoestande of tussen vakke en groepe binne die Algemene Lineêre Model (GLM) raamwerk (bv.44], [64]).
Die NAc, AMYG en OFC funksioneer saam as deel van die beloningstelsel. Daar is sterk anatomiese verbande tussen hierdie streke (sien Fig 2; AMYG → OFC: [7], [16], [30], [38], [60], [65], [71], AMYG → NAc: [30], [38], [71], en OFC → NAc: [7], [16], [17], [30], [38], [56], [60], [65], [71]). Alhoewel dit duidelik is dat NAc, AMYG en OFC sterker geaktiveer word in vetsugtige in vergelyking met normale gewigkontroles wanneer kosbeelde gekyk word, veral hoë-kalorie voedselbeelde ([77]), is dit onseker of aktivering in hierdie streke verband hou met een of ander algemene onderliggende beloningsproses (bv. aansporing opvallend of motivering om 'n beloning te benader en te gebruik) en of daar verskillende prosesse is (bv. hedoniese of die plesierkomponent van beloning en/ of leer) wat verantwoordelik is vir hierdie aktiveringspatroon (sien [8] vir 'n bespreking van hierdie verskillende beloningsprosesse). Die NAc, AMYG en OFC het elk talle funksionele eienskappe. Die NAc/ventrale striatum funksioneer as 'n koppelvlak tussen beloningsverwante verwerking, homeostatiese meganismes en motoriese uitset (bv.41]), maar kan ook kodeer vir beloningswaarde ([57]). Die OFC kan multimodale sensoriese voorstellings van kos en voedselleidrade enkodeer ([10], [11]). Saam kan AMYG en OFC die assosiatiewe prosesse bemiddel waardeur voedselverwante stimuli aansporings-opvallendheid of ander motiverende eienskappe verkry (bv.6], [31]), maar beide kodeer ook vir hedoniese waarde, AMYG via bottom-up en OFC via top-down prosesse ([7]).
In hierdie studie het ons die fMRI-data van Stoeckel et al. [77] en 'n twee-stadium pad-analise plus GLM-benadering om die interaksies van sleutelbeloningstrukture (NAc, AMYG en OFC) in 'n eenvoudige netwerk te ondersoek om te bepaal of hierdie strukture saam funksioneer in reaksie op beelde van hoë- en lae-kalorie kosse verskillend in vetsugtige en normale gewig individue. Ons het verwag om effektiewe verbindings tussen breinstreke te vind soos gespesifiseer in ons model in normale gewig kontroles in reaksie op hoë- en lae-kalorie voedselbeelde. Daarbenewens het ons verwag om 'n aantal veranderde effektiewe verbindings in ons vetsugtige groep te vind wat kan help om te verduidelik waarom kosse motiveringskrag vir hierdie individue verhoog het.
Materiaal en metodes
Die data wat vir die padanalise gebruik is, was dieselfde data wat in Stoeckel et al. [77]. Met die uitsondering van die afdeling wat die metodes van padanalise bespreek, word die inligting hieronder in groter detail verskaf in Stoeckel et al. [77].
Deelnemers
Deelnemers was 12 vetsugtige (Liggaamsmassa-indeks, BMI = 30.8 – 41.2) en 12 normale gewig (LMI = 19.7 – 24.5) regshandige vroue wat van die Universiteit van Alabama in Birmingham (UAB) gemeenskap gewerf is. Daar was geen groepverskille oor gemiddelde ouderdom (vetsugtig: 27.8, SD = 6.2; kontrole: 28, SD = 4.4), etnisiteit (vetsugtig: 7 Afro-Amerikaners, 5 Kaukasiese; kontrole: 6 Afro-Amerikaanse, 6 Kaukasiese), onderwys (vetsugtig: 16.7 jaar, SD = 2.2; kontrole: 17.2, SD = 2.8), of gemiddelde dag van die menstruele siklus (vetsugtig: dag 6.8, SD = 3.1, kontrole: dag 5.7, SD = 3.3, alles in die follikulêre fase ). Deelnemers is gewerf met advertensies wat in die UAB-koerant geplaas is en strooibiljette wat op verskeie plekke op die UAB-kampus geplaas is. Hulle is ingelig dat die doel van die studie was om te kyk na patrone van breinaktiwiteit by “honger” deelnemers van verskillende BWI's in reaksie op visuele beelde van verskeie voorwerpe soos voedsel en kontrolebeelde. Individue is uitgesluit op grond van verskeie gesondheidsverwante kriteria, insluitend 'n positiewe eetversteuringsgeskiedenis, aktiewe dieet of deelname aan 'n gewigsverliesprogram, of gewig > 305 pond (138 kg) met omtrek > 64 duim (163 cm), laasgenoemde as gevolg van skandeerderbeperkings. Alle deelnemers het 'n skriftelike ingeligte toestemming onderteken nadat die studieprosedures en betrokke risiko's verduidelik is. Alle prosedures is hersien en goedgekeur deur die Institusionele Hersieningsraad vir Menslike Gebruik by UAB.
stimuli
Die stimuli wat tydens die beeldsessie gebruik is, het bestaan uit 252 kleurprente, almal van konsekwente grootte, resolusie en helderheid ([77]). Die 168 voedselbeelde is onderverdeel in lae-kalorie- en hoë-kalorie-kategorieë, wat elk uit 84 unieke beelde bestaan het. Lae-kalorie kos beelde het bestaan uit sulke lae-vet items soos gestoomde groente en gebraaide vis. Hoë-kalorie kosse was hoofsaaklik items hoog in vet soos kaaskoek of pizza. Beheerstimuli het bestaan uit beelde van motors, wat baie verskil het in fabrikaat, model, ouderdom en kleur. Die motorbeelde was bedoel as matig interessante beheerstimuli wat ooreenstem met die lae-kalorie beelde op aangenaamheid gebaseer op resultate van Stoeckel et al. [77], met die hoë-kalorie kosse wat hoër gegradeer is.
Prosedure
Na deeglike sifting om BMI te valideer en ander studiekriteria te verifieer, is deelnemers vir die fMRI-sessie geskeduleer. Hulle is opdrag gegee om 'n normale ontbyt tussen 7-8 uur te eet, maar om middagete oor te slaan en net water te eet sodat hulle vir ongeveer 8-9 uur gevas het voordat hulle tussen 3-5 nm. afgeneem is. Daar was geen groepsverskille oor subjektiewe hongergraderings nie.
Terwyl deelnemers in die magneet was, is visuele stimuli in 'n blokontwerpformaat aangebied, met 'n totaal van ses 3:09 min lopies per beeldsessie. Elke lopie het bestaan uit twee 21 s-tydperke elk van motors (C), lae-kalorie-kosse (LC) en hoë-kalorie-kosse (HC) wat pseudo-lukraak aan die deelnemers aangebied is. Binne elke 21 s-tydperk van kos- of motorbeelde is sewe individuele beelde elk vir 2.5 s aangebied. 'n 0.5 s gaping het die beelde geskei, en 'n 9 s gaping het die tydperke geskei. Alle gapings het bestaan uit 'n grys leë skerm met 'n fiksasiekruis. Elke lopie het bestaan uit 63 volumes vir 'n totaal van 378 volumes oor ses lopies, waarvan 84 volumes verkry is tydens elk van die motor-, lae-kalorie-voedsel- en hoë-kalorie-voedselblootstellings. Die visuele beelde is aangebied deur 'n skootrekenaar met VPM-sagteware ([18]). Beelde is op 'n skerm agter die deelnemer se kop geprojekteer en bekyk via 'n 45° enkeloppervlak-agteruitspieël wat aan die kopspoel vasgemaak is. Deelnemers is finansieel vergoed vir hul deelname. Alle prosedures is hersien en goedgekeur deur UAB se Institusionele Hersieningsraad vir Menslike Gebruik.
MRI verkryging en verwerking
Funksionele MRI data is verkry deur gebruik te maak van 'n Philips Intera 3T ultra-kort boor magneet toegerus met 'n sensitiwiteit enkodering (SENSE) kopspoel. Beelde is versamel deur gebruik te maak van 'n enkelskoot T2*-geweegde gradiënt-eggo EPI-pulsvolgorde. Ons het TE = 30 msec, TR = 3 sek. en 'n 85° fliphoek gebruik vir 30 aksiale snye 4 mm dik met 'n 1 mm tussensny gaping, 'n skandering resolusie van 80 × 79, gerekonstrueer na 128 × 128, en met 'n 230 × 149 × 230 mm FOV. Die eerste vier skanderings is weggegooi om die magneet toe te laat om bestendige-toestand magnetisering te verkry.
Data is vooraf verwerk (bewegingskorreksie, normalisering na die MNI-koördinaatstelsel deur die SPM2 EPI-sjabloon te gebruik, en gladmaak met 'n 6 mm FWHM Gaussiese filter) met behulp van die SPM2-sagtewarepakket (Wellcome Dept. Imaging Neuroscience, Londen, VK). Geen datastelle kon nie aan die bewegingsinsluitingskriteria voldoen nie, wat was dat beweging voor regstelling < 2 mm in translasiebeweging en < 2° in rotasiebeweging was (besonderhede in [77]).
Data-analise
fMRI data
Blok-ontwerp bloed suurstofvlak-afhanklike (BOLD) response is ontleed binne die konteks van die Algemene Lineêre Model op 'n voxel-vir-voxel-basis soos geïmplementeer in SPM2 ([27]). Die tydsverloop van breinaktivering is gemodelleer met 'n karretjiefunksie wat met die kanoniese hemodinamiese responsfunksie (HRF) en 'n temporele afgeleide funksie saamgewikkel is. Die data is hoog deurlaat gefiltreer (1/128 Hz) om lae frekwensie dryf te verwyder. 'n Eerste-orde outoregressiewe model is ook geïmplementeer om vir outokorrelasies in die foutterm van die fMRI-model reg te stel.
'n Twee-stadium ewekansige effekte prosedure is gebruik vir die statistiese analise om beide binne-subjek en tussen-subjek veranderlikheid in ag te neem. Eerstens is die fMRI-data van elke individuele deelnemer gebruik om statistiese kontraste van die parameterskattings te genereer om die verskille tussen die tydpunte wat ooreenstem met die hoë-kalorie- en lae-kalorie-voedsel te toets. Resultate van 'n vorige studie ([77]) het groepverskille gevind in patrone van beloningsverwante aktivering, met die vetsugtige groep wat groter aktivering toon vir hoë-kalorie-voedsel en kontroles vir lae-kalorie-voedsel. Die voedsel> kontrole stimuli kontras is dan ingevoer in tweedevlak eenmonster t-toets ontledings vir die binne-groep vergelykings om die groepmaksima vir ons streke van belang (ROI) te lokaliseer: bilaterale NAc, AMYG en middel OFC (p < .05, ongekorrigeerd).
Die ROI's vir AMYG en OFC is gedefinieer met behulp van die WFU Pickatlas en die AAL en Talairach Daemon atlasse ([47], [49], [79]). Omdat NAc nie in hierdie biblioteke beskikbaar was nie, het ons 'n sfeer van 6 mm in radius geteken met die WFU Pickatlas gesentreer op 'n voxel-ligging wat bepaal is deur die gemiddelde voxel-liggingsafmetings van relevante fMRI-studies ([1], [54], [58]). Die klassifikasie van die streeksligging van geaktiveerde voxels is geverifieer deur die WFU Pickatlas te gebruik en visuele inspeksie van die data met behulp van 'n menslike breinatlas ([48]).
Pad analise
Padanalise is gebruik om die sterkte en rigting van die verwantskappe (effektiewe verbande) tussen waargenome veranderlikes (ROI's) te bepaal, beraam deur gebruik te maak van gelyktydige regressievergelykings via maksimum waarskynlikheidskatting. Dit is een van die mees algemene modelleringsbenaderings wat gebruik word om effektiewe konnektiwiteit te bestudeer ([69]). Ons het 'n twee-stap pad analise/GLM benadering gebruik, volgens 'n soortgelyke metode as Kim et al. [44]. Vir elke deelnemer: (1) ROI's is gekies om in die model in te sluit, (2) die tydreeksdata is verdeel in twee groepe wat verband hou met volumes vir die twee taaktoestande (hoë- en lae-kalorie-voedsel), (3) opsomming data is vir elke toestand vir elke ROI onttrek, (4) 'n model is aangewys wat die interaksies van die ROI's gespesifiseer het, (5) die variansie-kovariansie (aantal skanderingsvolumes X aantal ROI's) matriks vir elke toestand is bereken, en (6) die padkoëffisiënte vir die verbindings tussen ROI's in die modelle is beraam deur middel van maksimum waarskynlikheidskatting. Herhaalde-metings ANOVA is dan gebruik om binne-groep (dws toestand) en tussen-groep verskille in die modelverbindings te bepaal deur die padkoëffisiënte van die modelle vir elke individu te gebruik.
Model spesifikasie
Die streke wat in die model ingesluit is (OFC, AMYG en NAc) is komponente van wat die "motiefkring" genoem is ([63]), wat die mesokortikolimbiese dopamienstelsel ([6], [36], [39], [45], [63], [66], [73], [80], [83]). Die verbindings in die model is deels gedefinieer op grond van die bekende anatomiese konnektiwiteit van die strukture in hierdie netwerk, maar ook met inagneming van metodologiese beperkings (bv. die temporele resolusie van fMRI en die probleem van identifikasie met nie-rekursiewe modelle wat strukturele vergelykingsmodellering gebruik; [7], [30], [38], [60], [65], [71]; Fig 2). Om betroubare padkoëffisiëntwaardes te skat, is die model beperk om rekursief te wees (dws geen wederkerige paaie is by die model ingesluit nie).
Dieselfde padmodel is vir elke vak gebou. Om voorsiening te maak vir inter-vakveranderlikheid, het ons die presiese koördinate van elke streek vir elke hemisfeer gedefinieer vanaf die plaaslike maksimum van elke deelnemer se statistiese kaart binne 12 mm van die groep maksimum (binne dieselfde anatomiese streek) wat voortspruit uit die voedsel > motors kontras ( p < .05, ongekorrigeerd;52]). Die MNI-koördinate van die streke was NAc, links (x, y, z): −6, 10, −10 [kontroles] en −10, 14, −6 [vetsugtig]; NAc regs, (x, y, z): 6, 10, −10 [kontroles] en 6, 12, −10 [vetsugtig]; AMYG, links (x, y, z): −26, −2, −20 [kontroles] en −20, 0, −24 [vetsugtig]; AMYG, regs (x, y, z): 22, 0, −20 [kontroles] en 24, 2, −24 [vetsugtig]; OFC, links (x, y, z): −22, 36, −10 [kontroles] en −22, 30, −14 [vetsugtig]; OFC, regs (x, y, z): 26, 36, −14 [kontroles] en 26, 30, −4 [vetsugtig]. Vir elke streek is die hoofeieveranderlike van die tydreeks onttrek uit 'n 4-mm sfeer gesentreer op die vakspesifieke plaaslike maksimum. Die skoolhoof (dws 1st) eievariaat is 'n opsommende maatstaf, soortgelyk aan 'n geweegde gemiddelde robuust tot uitskieters, gebaseer op die variansie van al die voxels wat binne die sfeer ingesluit is 4 mm in radius.
Die streektydreeksdata (hoof eieveranderlike waardes) is toe in twee datastelle geskei: tydpunte wat verband hou met (1) die hoë-kalorie-voedsel en (2) die lae-kalorie-kosse. Om die hemodinamiese vertraging in ag te neem, het ons 'n fisiologiese vertraging van 6 s (2 TR) tussen die aanvang en afwyking van ons twee toestande aanvaar en die data wat ons onttrek het dienooreenkomstig aangepas ([32]). Dit het gelei tot twee 84 (aantal skanderingsvolumes) X 6 (aantal ROI's) datamatrikse vir elke toestand (hoë- en lae-kalorie kosse) vir elke deelnemer.
Pad parameter skattings
'n Padmodel is onafhanklik vir elke deelnemer by die datamatriks gepas vir beide die hoë-kalorie- en lae-kalorie-voedsel. Die vrye pad-koëffisiënte is beraam deur die diskrepansie tussen 'n korrelasiematriks waargeneem vanaf die fMRI-data en 'n korrelasiematriks wat deur die model voorspel is met behulp van LISREL-sagteware (Weergawe 8, SSI Scientific Software) te minimaliseer. Die gestandaardiseerde parameterskattings (soortgelyk aan β's in regressie), of padkoëffisiënte, vir elke verbinding (AMYG → OFC, OFC → NAc, en AMYG → NAc) binne elke halfrond (links en regs) vanaf beide modelle (hoog- en lae- kalorievoedsel) vir elke deelnemer is in SPSS ingevoer vir daaropvolgende ontledings. 'n Gemengde-model ANOVA is uitgevoer vir elk van die drie verbindings, waarin die faktore groep (vetsugtig versus kontrole), voedselkategorie (hoë versus lae-kalorie) en halfrond was. Aangesien dit 'n verkennende studie was, het ons getoets vir die beduidendheid van spesifieke padkoëffisiënte solank die omnibusmodelle ten minste byna-beduidende effekte getoon het (p < 0.10). Vir elke groep is een steekproef t-toetse gebruik om te toets of die padkoëffisiënte in die hoë- en lae-kalorie-voedselmodelle aansienlik verskil van nul, wat konnektiwiteit aandui soos gespesifiseer. Paarsgewyse vergelykings is gebruik om die verskille in padkoëffisiënte vir elke hemisfeer (links en regs) te toets vir binne-groep (hoë-kalorie vs. lae-kalorie voedsel) en tussen-groep vergelykings (vetsugtig vs. kontroles vir hoë-kalorie en lae-kalorie-voedsel) -kalorie kos, onafhanklik). Gepaarde t-toetse is gebruik vir binne-groep vergelykings en onafhanklike steekproewe t-toetse is gebruik vir tussen-groep vergelykings.
Results
Al die beraamde padkoëffisiënte was beduidend verskillend van nul vir die vetsugtige groep en kontroles vir beide hemisfere in beide die hoë- en lae-kalorie voedselmodelle, in ooreenstemming met die gespesifiseerde konnektiwiteitsmodel (p waardes < 0.001; Tabel 1).
Tussen-groep vergelykings
OFC → NAc
Daar was geen hoofeffek van groep vir die OFC → NAc-verbinding nie, alhoewel daar 'n neiging was (F [1,22] = 3.70, p = 0.067), wat groter konnektiwiteit vir die vetsugtige groep (0.53 ± 0.06) aandui in vergelyking met die kontroles (0.41 ± 0.06). Daar was geen betekenisvolle groep X kategorie of groep X kategorie X lateraliteitsinteraksies nie, alhoewel daar 'n neiging was na 'n groep X lateraliteitsinteraksie (p = 0.059). Linkerkant-padkoëffisiënte van OFC → NAc was aansienlik hoër in die vetsugtige groep vir beide hoë- en lae-kalorie kosse (p waardes <.03; Fig 3).
AMYG → OFC
Daar was 'n hoofeffek van groep so dat die gemiddelde konnektiwiteit van AMYG → OFC minder was vir vetsugtige deelnemers (0.64 ± 0.07) in vergelyking met kontroles (0.84 ± 0.07), wat 'n relatief sterker rigtingverwantskap in breinaktivering tussen hierdie strukture aandui in reaksie op voedsel in kontroles (F [1,22] = 4.46, p = 0.046). Daar was geen betekenisvolle groep volgens kategorie of groep volgens lateraliteitsinteraksies nie, alhoewel daar 'n neiging (p = 0.066) was na 'n groep volgens kategorie X lateraliteitsinteraksie. Daaropvolgende ontledings het getoon dat padkoëffisiënte aansienlik groter was in kontroles vir hoë-kalorie-voedsel bilateraal en van regs AMYG → regs OFC vir lae-kalorie-voedsel (p-waardes <.05; Fig 3).
AMYG → NAc
Daar was 'n hoofeffek van groep vir die gemiddelde AMYG → NAc-verbinding sodat daar swakker konnektiwiteit vir die vetsugtige groep was (0.35 ± 0.05) in vergelyking met kontrole deelnemers (0.49 ± 0.05; F[1,22] = 6.00, p = 0.023 ). Daar was geen betekenisvolle groep X kategorie of groep X kategorie X lateraliteitsinteraksies nie, alhoewel daar 'n neiging was na 'n groep X lateraliteitsinteraksie (p = 0.09). Paarsgewyse vergelykings het aangedui dat linkerkant-padkoëffisiënte aansienlik groter was vir kontroles vir beide hoë- en lae-kalorie-voedsel (p-waardes <.05; Fig 3).
Binne-groep vergelykings van hoë- vs lae-kalorie voedseltoestande
Die padkoëffisiënte vanaf AMYG → OFC bilateraal was aansienlik groter vir die hoë-kalorie voedselkategorie-vergelyking in die kontroles (links: p = 0.007, regs: p = 0.002; sien Fig 4). Nie een van die padkoëffisiënte het betekenisvol verskil tussen die hoë- en lae-kalorie voedseltoestande binne die vetsugtige groep nie.
Bespreking
Vorige navorsing het getoon dat voedselaanwysings, veral dié wat met hoë-kalorie kosse geassosieer word, hiperaktiwiteit in breinstreke veroorsaak, insluitend NAc, AMYG en OFC wat vermoedelik bemiddel of ten minste kodeer vir motiverings- en emosionele prosesse in vetsugtige individue (bv.68], [77]). In die huidige studie het ons getoets of daar verskille in netwerkverbindings tussen NAc, AMYG en OFC was in reaksie op hoë- en lae-kalorie-voedselbeelde binne en tussen vetsugtige en normale gewigsgroepe. Dit is belangrik om daarop te let dat dit die eerste menslike konnektiwiteitstudie is wat funksionele neurobeelding gebruik om die interaksie van breinstreke in 'n beloningsnetwerk te meet. Ons het afwykende konnektiwiteit gevind in die vetsugtige groep in reaksie op beide hoë- en lae-kalorie voedsel leidrade in vergelyking met normale gewig kontroles. Spesifiek blyk dit dat die vetsugtige groep 'n relatiewe tekort het in AMYG-gemoduleerde aktivering van beide OFC en NAc, maar 'n neiging tot oormatige invloed van OFC se modulasie van aktivering van NAc. Dit is dus moontlik dat nie net groter aktivering van die beloningstelsel, maar ook verskille in die interaksie van streke in hierdie netwerk kan bydra tot die relatief verhoogde motiveringswaarde van voedsel by vetsugtige individue.
Die beloningsmodel
Alle padverbindings tussen NAc, AMYG en OFC was betekenisvol vir beide hoë- en lae-kalorie voedselmodelle in beide die vetsugtige groep en normale gewig kontroles, in ooreenstemming met bekende anatomiese verbindings tussen hierdie streke ([7], [16], [17], [30], [38], [56], [60], [65], [71]). Hierdie netwerk word geïnnerveer deur die ventrale tegmentale area, wat dopamien aan hierdie stroombaan vrystel in reaksie op motiverend opvallende gebeure ([9], [39], [71]). Die projeksies tussen NAc, AMYG en OFC, soos geïllustreer in Fig 2 is glutamatergies ([39], [71]).
Hierdie NAc-, AMYG- en OFC-beloningsnetwerk is 'n subkring van 'n groter "motiefkring" wat gedink word om gedrag te aktiveer en te rig in reaksie op motiverings-relevante stimuli ([39], [63]). Die NAc, AMYG en OFC, in die besonder, het belangrike beloningsverwante funksies wat waarskynlik bydra tot beide algemene en voedselspesifieke motiveringsprosesse ([6], [10], [11], [36], [39], [45], [63], [66], [73], [80], [83]). Die NAc/ventrale striatum is gekonseptualiseer as die 'limbiese-motoriese' koppelvlak ([55]) en blyk betrokke te wees by verwerking wat verband hou met Pavloviaanse kondisionering, aansporings-opvallendheid, en beloning beskikbaarheid, waarde en konteks ([13], [15], [21]). Hierdie streek, in samewerking met ventrale pallidum via opioïed-gemedieerde meganismes, kan ook kodeer vir hedoniese waarde ([9], [10], [11], [74], [75]). Die NAc/ventrale striatum blyk ook te kodeer vir die algemene motiveringsmilieu (bv.14]), wat die hiërargiese organisasie van inkomende beloningsverwante seine moontlik maak. Vir voedselbeloning blyk dit dat die NAc/ventrale striatum voorkeurbetrokkenheid toon in die kodering van leidrade wat verband hou met voedsel (teenoor voedselverbruik) en kan homeostatiese en nie-homeostatiese seine integreer om motiveringstoestand te moduleer ([42], [76]). Hierdie streek kan ook kodeer vir die relatiewe beloningswaarde van beskikbare voedselstimuli ([57]). Die AMYG blyk betrokke te wees by motiverings-relevante assosiatiewe prosesse ([61], [62]). Benewens kodering vir meer algemene affektiewe en motiverende eienskappe, kan AMYG-aktiwiteit verband hou met die spesifieke eienskappe van voedselverwante stimuli ([2]). Die OFC blyk 'n sleutelgebied te wees vir die vertaling van beloningswaarde in hedoniese ervaring ([46]), verwerking van die tydelike en sekerheidseienskappe van beloning ([14]), en is betrokke by motiveringsverwante leerprosesse in samewerking met AMYG ([24], [59]). Die OFC toon multimodale reaksies op voedselaanwysings ([67]) en is na verwys as die 'tersiêre smaakarea', na smaakverwerking in insulêre korteks ([10], [11]).
Belangrikheid van groepsverskille in konnektiwiteit
OFC → NAc
Vetsugtige vroue het groter linkerhemisfeer OFC → NAc-konnektiwiteit getoon as kontroles vir beide hoë- en lae-kalorie kosse. Hierdie pad is moontlik in die vetsugtige groep versterk deur die kombinasie van verhoogde OFC-aktivering deur voedselfoto's en verhoogde dopamien (DA) funksie binne die NAc in hierdie individue. Horvitz [33] het voorgestel dat DA optree om glutamatergiese beloninginsette van OFC na NAc te gate. As gevolg van hierdie hekwerk, in die teenwoordigheid van hoë DA-funksie binne NAc, word hoë vlakke van aktiwiteit binne OFC meer effektief om NAc-aktiwiteit verder te verhoog. Alhoewel die rol van DA in vetsug omstrede is ([20], [29], [81]), dui indirekte bewyse op verhoogde DA-funksie binne die beloningstelsel van ligte tot matig vetsugtige individue (bv.20]), soos dié in ons voorbeeld. Ons spekuleer dat die OFC → NAc-pad 'n sleutel kan wees tot die voorgestelde positiewe verhoudings tussen voedselwysereaktiwiteit, groter inname en hoë BMI ([25], [78]) as gevolg van sterk koppeling van oordrewe subjektiewe beloningswaarde van voedselleidrade wat deur die OFC bemiddel word met uitsetpaaie wat deur die NAc verkry word. Ten slotte, as gevolg van voorgestelde parallelle tussen vetsug en dwelmverslawing (bv.82]), is dit opmerklik dat verslawingsondersoekers voorgestel het dat disreguleerde PFC (insluitend OFC) → NAc sinaptiese glutamaatoordrag verhoogde motivering vir dwelms verduidelik in reaksie op dwelmverwante leidrade ([37], [39]).
AMYG → OFC en AMYG → NAc
In die vetsugtige deelnemers in vergelyking met kontroles, het ons verminderde padkoëffisiënte van AMYG na beide OFC en NAc gevind. Hierdie verskille was beduidend vir AMYG → OFC bilateraal vir hoë-kalorie kosse en in die regterhemisfeer vir lae-kalorie voedsel. AMYG → NAc-konnektiwiteit was laer in die vetsugtige groep in die linkerhemisfeer vir beide hoë-kalorie en lae-kalorie voedsel. Alhoewel die relevansie van hierdie groepverskille vir vetsug nie duidelik is nie, is dit moontlik dat verminderde konnektiwiteit van die AMYG na hierdie strukture buigsaamheid in die opdatering van beloningswaarde kan benadeel. Basiese leer waardeur stimuli wat met primêre belonings geassosieer word motiveringswaarde verkry, kan in die AMYG voorkom ([5]). Die AMYG → OFC-projeksie kan basiese motiverend relevante assosiatiewe inligting na die OFC oordra, wat inligting van die AMYG gebruik om subjektiewe waarde te bepaal en daaropvolgende instrumentele keusegedrag te beïnvloed ([15]). As 'n voorbeeld van die belangrikheid van hierdie pad vir die verandering van beloningswaarde, Baxter en kollegas [3] het bevind dat rhesus macaques versuim het om hul gedrag te verander tydens 'n beloningsdevaluasietaak nadat die verband tussen AMYG en OFC ontwrig is. In 'n cue-outcome leerparadigma, Schoenbaum en kollegas [70] het gevind dat die ontwrigting van die AMYG → OFC-baan via letsel gelei het tot meer leidraad-selektiewe OFC-neuronvuur in reaksie op die sensoriese in teenstelling met assosiatiewe eienskappe van die leidraad. Met betrekking tot innamegedrag, kan 'n gebrekkige AMYG → OFC-konneksie in die vetsugtige deelnemers suboptimale oordrag van basiese affektiewe/emosionele waarde met betrekking tot voedsel en voedselleidrade aandui wat belangrik is vir die opdatering van die subjektiewe beloningswaarde van hierdie leidrade om buigsaamheid in voedselinnamegedrag te fasiliteer. In vergelyking met normale gewig individue, kan die beloning waarde van voedsel en voedsel leidrade sterker gedryf word deur die sensoriese eienskappe van die voedsel en voedsel leidrade vir vetsugtige individue. Daarbenewens kan die sensories-gedrewe beloningswaarde van die kosse en voedselleidrade minder smeebaar wees in die lig van veranderende beloningsgebeurlikhede.
Soortgelyk aan die AMYG → OFC-verbinding, kan 'n gebrekkige verbinding in die vetsugtige van AMYG → NAc aandui dat die basiese hedoniese sein wat dien om die beloningswaarde van kosse of voedselleidrade (AMYG) te moduleer, nie behoorlik geweeg is met ander seine nie (bv. motivering , homeostaties) voordat die toepaslike innamegedrag bepaal word ([84]).
Beperkings en waarskuwings
- Die spesifikasie van 'n model met behulp van pad-analise in fMRI kan 'n uitdaging wees omdat die aantal en kombinasie van verbindings tussen streke aansienlik toeneem met elke bykomende streek wat in die model ingesluit is, wat die skatting van hierdie padkoëffisiënte betroubaar maak en die interpretasie van die bevindings moeiliker maak. Byvoorbeeld, in hierdie studie met 3 streke per halfrond (6 streke totaal), is daar k = N(N + 1) / 2 = 21 grade van vryheid per datastel (k = 42 grade van vryheid vir die twee modelle wat getoets is) toegeken om die uitwerking van rente te skat. Twaalf grade van vryheid word gebruik om die afwykings wat met elke streek in beide modelle geassosieer word, te skat (6 streke per model × 2 modelle). Met 'n minimum van 5 datapunte wat nodig is om die parameterwaardes vir elke pad in die model betroubaar te skat ([4]), laat dit 'n maksimum van 30 skatbare paaie vir twee modelle met 6 streke elk (15 skatbare paaie per model). Dit beperk die kompleksiteit van die model wat met behulp van padanalise getoets kan word en is een rede waarom ons gekies het om nie interhemisferiese verbindings in ons modelle in te sluit nie.
- Ons het die twee-stadium SEM/GLM benadering gekies om direk te toets vir groepverskille tussen verbande in 'n hipotese model en was nie so geïnteresseerd in die vergelyking van die passing van die model tussen groepe per se nie. Hierdie benadering verskil van die tradisionele fMRI- en padanalise-metodologie wat die "gestapelde modelbenadering" genoem word om modelpassing tussen take of groepe te vergelyk ([50]). Protzner en McIntosh [64] het onlangs berig dat absolute modelpasinligting nie nodig is om betroubare parameterberamings te genereer deur padanalise te gebruik nie.
- Nog 'n beperking van hierdie studie hou verband met die vermoë om verskille op te spoor tussen die padkoëffisiënte wat in ons modelle beraam is as gevolg van die klein steekproefgroottes wat vir elke groep gebruik word. Met groter groepgroottes sou ons tendensvlakbevindinge waarskynlik statistiese betekenisvolheid bereik het.
- Ons het nie die ventrale tegmentale area (VTA) ingesluit nie, die bron van dopamien binne die mesokortikolimbiese stroombaan wat voorgestel is om baie van die prosesse wat met beloning geassosieer word te bemiddel ([26], [35], [72]), in ons model as gevolg van metodologiese beperkings wat verband hou met BOLD fMRI wat die opsporing van aktivering in breinstamstreke soos die VTA moeilik maak ([19]).
Gevolgtrekkings en Opsomming
Samevattend, ons neurobeeldingstudie het afwykende beloningsnetwerkverbinding by vetsugtige individue gevind in vergelyking met kontroles, met verminderde konnektiwiteit van AMYG na OFC en NAc en verhoogde konnektiwiteit in OFC → NAc by hierdie deelnemers. Hierdie resultate dra by tot vorige verslae deur te wys dat daar nie net oordrewe beloningstelselaktivering in reaksie op voedsel is nie, maar ook 'n abnormale interaksie tussen streke in hierdie netwerk by vetsugtige individue. Ons dink veral dat ooreet by vetsugtige individue deur twee meganismes beïnvloed kan word: (1) verhoogde OFC → NAc-konnektiwiteit kan bydra tot verhoogde dryfkrag om voedsel te verbruik en (2) gebrekkige konnektiwiteit van AMYG kan lei tot suboptimale modulasie van die affektiewe/emosionele aspekte van 'n kos of kos leidrade beloon waarde. Sonder die toepaslike affektiewe/emosionele inligting om die devaluasie van voedsel of voedselaanwysings na voedselinname aan te dui, kan verhoogde dryfkrag homeostatiese meganismes oorweldig wat lei tot hiperfagie en verhoogde gewigstoename. Ons het weliswaar 'n eenvoudige beloningsnetwerk getoets. Verdere studies is nodig om konnektiwiteit in die beloningstelsel te ondersoek en hoe hierdie streke kan interaksie met homeostatiese meganismes in die hipotalamus en breinstam, sowel as die kognitiewe meganismes van voedselinname beheer in die prefrontale korteks. Dit sal ook interessant wees om te bepaal hoe individuele verskille en interoseptiewe en eksteroseptiewe faktore hierdie beloningsnetwerk moduleer om beter te verstaan hoe beloningsmeganismes innamegedrag beïnvloed.
Erkennings
Ondersteun deur die NIH-NIDCD Intramurale Navorsingsprogram, die GCRC-toekenning M01 RR-00032 van die Nasionale Sentrum vir Navorsingshulpbronne, die Procter and Gamble Co., en hulpbronne van UAB se Sentrum vir die Ontwikkeling van Funksionele Beeldvorming (CDFI).
voetnote
Disclaimer van die uitgewer: Hierdie is 'n PDF-lêer van 'n ongeredigeerde manuskrip wat aanvaar is vir publikasie. As 'n diens aan ons kliënte voorsien ons hierdie vroeë weergawe van die manuskrip. Die manuskrip sal kopieëring, tikwerk en hersiening van die gevolglike bewys ondergaan voordat dit in sy finale citable vorm gepubliseer word. Let asseblief daarop dat tydens die produksieproses foute ontdek kan word wat die inhoud kan beïnvloed, en alle wettige disklaimers wat van toepassing is op die tydskrif betrekking het.
Konflik van belange
Die outeurs verklaar dat hulle geen mededingende belange het nie.
Verwysings
;