Wetenskaplike verslae 5, Artikelnommer: 10041 (2015)
doi: 10.1038 / srep10041
AbstrDie snack-aartappelskyfies veroorsaak voedselinname in ad libitum-gevoed rotte, wat gepaard gaan met die modulasie van die breinbeloningsstelsel en ander stroombane. Hier wys ons dat voedsel inname in versadigde rotte veroorsaak word deur 'n optimale vet / koolhidraat verhouding. Net soos aartappelskyfies het 'n isokaloïese vet- / koolhidraatmengsel die hele breinaktiwiteitspatroon van rotte beïnvloed, wat stroombane gehad het wat verband hou met byvoorbeeld beloning / verslawing, maar die aantal gemoduleerde areas en die mate van modulasie was laer as die hapjesvleis self.
Inleiding
Ad libitum beskikbaarheid van smaaklike kos kan lei tot heoniese hiperfagie, dws verhoogde energie-inname en gevolglik verhoogde liggaamsgewigstoename as gevolg van 'n verandering in voedselinname gedragspatroon1. Om voedselinname te vererger as wat versadig is, moet faktore betrokke wees wat die homeostatiese energiebalans en versadiging deur verskillende seinweë van 'n nie-homeostatiese beloningstelsel oorreed.2. Soos voorheen aangedui, word die aktiwiteit binne die breinbeloningsisteem in ad libitum gevoed rotte sterk gemodereer deur die inname van die aartappelskyfies. Daarbenewens lei dit tot aansienlik verskillende aktivering van breinstreke wat voedselinname, versadiging, slaap, en lokomotoriese aktiwiteit reguleer3. Gedragstudies het bevestig dat energie-inname en voedingsverwante lokomotoriese aktiwiteit verhef is toe aartappelskyfies beskikbaar was3. Alhoewel die neurobiologiese regulering van voedselinname veel meer kompleks is as die regulering van dwelmverslawing, is daar opvallende oorvleueling van neurofisiologiese meganismes, breinaktiwiteitspatrone en gedragsgevolge bespreek.4,5,6,7. Die betrokke breinbane word sterk geaktiveer deur voedselinname na beperking, maar ook deur die inname van hoogs smaaklike kosse in besonder.8,9,10. Oor die algemeen is hoogs smaaklike kos hoogkalories en / of ryk aan vette en / of koolhidrate. So is dit veronderstel dat die voedsel se energiedigtheid die kritieke faktor kan wees wat voedselinname as gevolg van versadiging veroorsaak, wat lei tot verhoogde gewig en uiteindelik in vetsug11,12.
'N Onlangse gedragstudie het aan die lig gebring dat vette en koolhidrate die belangrikste molekulêre determinante is van die smaaklikheid van snackvoedsel13. Verder is die energie-inhoud van aartappelskyfies hoofsaaklik (94%) bepaal deur die vet- en koolhidraatinhoud. Dit kan dus aanvaar word dat die energie-inhoud die dryfkrag van die heiniese hipofagie in die geval van aartappelskyfies is. Gevolglik het ons gedragsvoorkeurstoetse uitgevoer om die inname van voedsel met verskillende vet / koolhidraatinhoud te ondersoek en magnetiese resonansiebeeld (MRI) -metings te ondersoek om die modulasie van hele breinaktiwiteit in rotte te ondersoek.
Resultate en bespreking
Vir voorkeurtoetse is poeierhoudende standaard chow (STD) by elke toetsvoedsel (1: 1) bygevoeg om die invloed van organoleptiese eienskappe uit te sluit (Fig. 1a)13. Daar was voorheen getoon dat die volgorde en duur van die toetsafvoere die uitslag nie beïnvloed het nie13. Aanvanklik het die relatiewe inname toegeneem met toenemende vet en dus energie-inhoud van die toetsvoedsel met 'n maksimum by 'n samestelling van 35% vet en 45% koolhidrate. Hoër vetinhoud het egter tot verlaagde voedselinname gelei (Fig. 1a). Omdat vet hoër energiedigtheid as koolhidrate het, dui hierdie bevindings aan dat die energie-inhoud nie die enigste determinant van voedselinname in nie-beroofde rotte is nie. Opvallend, die gemiddelde vet / koolhidraat verhouding van die mooiste toetskosse het feitlik presies ooreenstem met die samestelling van aartappelskyfies (Fig. 1a). Dit moet nog ondersoek word as die bogenoemde gevolgtrekking uitgebrei kan word na ander voedselprodukte met 'n soortgelyke vet / koolhidraat verhouding soos sjokolade of ander lekkergoed.
Figuur 1: (a) Aktiwiteit van toetskosse met verskillende vet- / koolhidraatverhoudings om bykomende voedselinname tydens korttermyn-toetsvoedselpresentasie (10 minute) in twee keuse voorkeurtoetse te veroorsaak.
Verskille in energie-inname per toetsvoedsel in vergelyking met die verwysing (17.5% vet, 32.5% koolhidrate en 50% STD) word as relatiewe bydrae van die onderskeie toetsvoedsel tot die totale inname van toets- en verwysingsvoedsel (gemiddelde ± SD) vertoon. Hieronder word die samestelling van toetskosse getoon en die mooiste gemiddelde samestelling word vergelyk met die samestelling van aartappelskyfies. (b) Energie-inname en onderskeie voedingsverwante lokomotoriese aktiwiteit tydens fases van 7-dae aaneenlopende toetsvoedselaanbieding. Albei faktore word getoon in hul afhanklikheid van die toetsvoedsel [standaard chow (STD) of 'n mengsel van 35% vet en 65% koolhidrate (FCH)] in die oefenfase (TP) en die mangaanfase (MnP) gedurende die 12 /. 12 uur lig / donker siklusse oor 7 dae. Data toon die gemiddelde ± SD van 16 diere in 4 hokke op 7 agtereenvolgende dae. Daarbenewens word ooreenstemmende statistiese gegewens gelys (** p <0.01, *** p <0.001, ns = nie betekenisvol nie).
Ons het onlangs gewys dat die verbruik van aartappelskyfies in ad libitum-gevoed rotte die hele breinaktiwiteit sterk moduleer, wat hoofsaaklik die beloningskring en -stelsels hou wat verband hou met voedselinname, slaap- en lokomotoriese aktiwiteit3. Daarom het die huidige studie die impak van die vet / koolhidraat verhouding van die toetsvoedsel op hierdie modulasies ondersoek. Vir hierdie doel is ad libitum gevoed rotte blootgestel aan 'n toetsvoedsel wat 35% vet en 65% koolhidrate (FCH) bevat as 'n byna isokaloïese (565 vs. 535 kcal / 100 g) model vir aartappelskyfies. 'N Kontrolegroep het in plaas daarvan poeiermelk-STD gekry. Daarna is veranderinge in die hele breinaktiwiteitspatroon gedurende die voedingsfase aangeteken deur mangaanversterkte magnetiese resonansiebeeldvorming (MEMRI)14,15 soos voorheen beskryf3. Volgens die studieontwerp wat getoon word in Fig. 1b, 'n opleidingsfase (TP) wat die proefvoedsel ad libitum aangebied het, is gevolg deur 'n intermediêre fase sonder toetsvoedsel (sewe dae elk). Voor MEMRI-meting is die kontrasmiddel mangaanchloried geadministreer deur dorsale subkutane implanteerde osmotiese pompe om die geïntegreerde breinaktiwiteit gedurende die volgende sewe dae te karteer. Tydens hierdie mangaanfase (MnP) het die rotte toegang tot hul reeds bekende toetsvoedsel herstel. Standaardkorrel- en kraanwater was deur die hele studie (ad libitum) beskikbaar (Fig. 1b). Hierdie toetsopstelling vergelyk die energie-inname sowel as die hele breinaktiwiteitspatroon van albei groepe en het gelei tot aansienlik verhoogde energie-inname in die FCH-groep tydens TP en MnP in die lig sowel as in die donker siklus van die dag in vergelyking met die beheer (Fig. 1b). Daarbenewens is lokomotoriese aktiwiteit van enkele rotte naby die kos-dispensers getel. In teenstelling met ander lokomotoriese toetse, soos die oop veld toets meting van algemene lokomotoriese aktiwiteit en angs, weerspieël die voedingsverwante lokomotoriese aktiwiteit, wat in die huidige studie geassesseer is, voedselbesoekende gedrag eerder. Voedingsverwante lokomotoriese aktiwiteit was egter net effens verhef toe FCH beskikbaar was in plaas van poedervormige STD gedurende die donker siklus van TP (gemiddelde lokomotoriese aktiwiteit [tellings] STD 205 ± 46, FCH 230 ± 41, n = 4, p = 0.0633 ) en MnP (gemiddelde lokomotoriese aktiwiteit [tellings] STD 155 ± 24, FCH 164 ± 17, n = 4, p = 0.2123) (Fig. 1b). In teenstelling hiermee het die toegang tot aartappelskyfies tot 'n veel hoër voedingsverwante lokomotoriese aktiwiteit gelei in vergelyking met dieselfde STD-beheergroep gedurende die donker siklus3, wat betekenisvol was in TP (gemiddelde bewegingsaktiwiteit [tellings] STD 205 ± 46, aartappelskyfies 290 ± 52, n = 4, p <0.001) en in MnP (gemiddelde bewegingsaktiwiteit [tellings] STD 155 ± 24, aartappelskyfies 197 ± 29, n = 4, p = 0.0011). Daar kan dus tot die gevolgtrekking gekom word dat die verhouding vet / koolhidrate die smaaklikheid van aartappelskyfies bepaal, maar dat die voedingsgedrag ook beïnvloed word deur ander komponente in peuselkos. Dit bly egter spekulatief as hierdie verskille verband hou met 'wil' en 'hou' van aspekte van voedselinname16.
Die hele brein aktiwiteit monitering deur MEMRI onthul beduidende verskille in die aktivering van brein gebiede deur die inname van FCH in vergelyking met STD (Fig. 2a, b, Fig 3, eerste kolom, Tabel 1). Die huidige resultate is vergelyk met vorige MEMRI ontledings van die modulasie van brein aktiwiteit patroon tydens die inname van aartappelskyfies teen STD onder dieselfde toestande3. Die vorige data word in die tweede kolom van Vye. 2 en 3. Alhoewel FCH 'n soortgelyke vet / koolhidraatverhouding gehad het en byna identiese energiedigtheid in vergelyking met aartappelskyfies, het FCH 'n veel kleiner aantal (33) van breinareas aansienlik anders as STD as aartappelskyfies (78-areas, Fig 2). Effekte is opgespoor in die funksionele groepe wat verband hou met beloning en verslawing (Fig. 3a), voedsel inname (Fig. 3b), slaap (Fig. 3c), en lokomotoriese aktiwiteit (Fig. 3d). Figuur 2b toon 'n oorsig van alle aansienlik anders geaktiveerde breinareas wat die effekte van onderskeidelik FCH en aartappelskyfies vergelyk met dié van STD. Daarbenewens verskil die fraksionele verandering in aktivering, dit wil sê die mangaanopname wat neuronale aktiwiteit weerspieël, beslis met betrekking tot die verbruik van FCH vs. STD in vergelyking met aartappelskyfies vs STD (Fig 3, derde kolom). Die kernkampus word beskou as 'n hoofstruktuur van die beloningstelsel17. Die verbruik van FCH het gelei tot 'n aansienlike 7.8-vou verhoogde aktivering in een van die vier substrukture, die kern substreek van die linker halfrond. Die toename in die dop substreke sowel as in die kern substreek van die regter hemisfeer was nie betekenisvol nie (Fig. 3a). Die inname van aartappelskyfies onder soortgelyke toestande het ook tot die hoogste aktivering gelei, ver van die linkerkern-substreek van die nucleus accumbens. In vergelyking met FCH was die aktiveringsvlak in hierdie substruktuur selfs tweelediger hoër. In teenstelling met FCH was die drie ander substrukture ook beduidend geaktiveer in vergelyking met die beheer (Fig. 3a). Dit kan dus afgelei word dat FCH beloningstelsels in die brein aktiveer, maar met minder effek as aartappelskyfies. Hierdie gevolgtrekking word ook weerspieël deur ander strukture van die beloning / verslawingstelsel, wat beduidend geaktiveer is deur die inname van aartappelskyfies en FCH, soos die bedkern van Stria Terminalis (linker halfrond)17,18, die dorsale subikulum19, of die prelimbiese korteks (regter en linker halfrond)20. Ander breinstrukture, in teenstelling hiermee, is nie beduidend beïnvloed deur die inname van FCH nie, alhoewel dit belangrike komponente van die beloningskringe is en duidelik gemoduleer is deur die inname van aartappelskyfies, soos die ventrale pallidum, die ventrale tegmentale area, of die caudate putamen (Tabel 1)3.
Figuur 2: (a) Beduidend anders geaktiveerde breinareas (mengsel van 35% vet / 65% koolhidraat (FCH) teen standaard chow (STD) en aartappelskyfies vs STD3) deur 'n voxel-gebaseerde morfometriese analise wat vir drie snye in die gemiddelde rotbreinoppervlak vertoon word.
Gemiddelde data van die voedselgroep vet / koolhidraat (FCH, linkerkolom) word vergelyk met veranderinge in breinaktiwiteitspatroon wat deur aartappelskyfies geïnduceerd word onder dieselfde toestande (hersien uit Hoch et al. 20133, regter kolom). (b) 3D verspreiding van aansienlik anders geaktiveerde breingebiede wat in aksiale en sagittale aansig vertoon word (35% vet / 65% koolhidraat toets kos FCH vs. STD, linkerkolom, en aartappelskyfies vs STD, regter kolom, hersien van Hoch et al. 20133). Blou sfere simboliseer breinareas met laer, rooi sfere breinstreke met hoër aktiwiteit na die inname van die onderskeie toetskosse FCH of aartappelskyfies.3, elk in vergelyking met STD. Die grootte van die sfere simboliseer betekenisvlakke (klein: p ≤ 0.05, medium: p ≤ 0.01, groot: p ≤ 0.001, n = 16).
Figuur 3: Breinstreke toegeken aan die funksionele groepe (a) "beloning en verslawing", (b) "voedselinname", (c) "slaap", en (d) "lokomotoriese aktiwiteit" op 'n skematiese sagittale aansig van die rot brein met aansienlik verskillende (p <0.05) mangaanakkumulasie in breinstrukture van ad libitum gevoed rotte met addisionele toegang tot 35% vet / 65% koolhidraattoetsvoedsel (FCH, eerste kolom) of die snackvoedsel aartappelskyfies (hersien uit Hoch et al. 20133, tweede kolom).
Rooi reghoeke simboliseer breinstreke wat beduidend geaktiveer word deur die snackkos-aartappelskyfies of FCH, beide teen poeiervormige standaard chow (STD), blou reghoeke in die onderskeie breinstreke met hoër aktiwiteit as gevolg van die inname van STD-poeier versus snackkospatatskyfies of FCH. Driehoeke wat aan die reghoeke links en / of regs geheg is, dui op die halfrond van beduidende verskille. Reghoeke sonder driehoeke stel sentrale breinstrukture voor. Die derde kolom toon die breukverandering van onderskeidelik snackkos en FCH teenoor STD (*** p <0.001, ** p <0.01, * p <0.05, n = 16). Acb-kern: kernstreek van die nucleus accumbens; Acb-dop: skulpstreek van die nucleus accumbens, Boog: boogvormige hipotalamiese kern, BNST: bedkern van stria terminalis, CgCx: cingulêre korteks, CPu: caudate putamen (stratium), DS: dorsale subikulum, Gi: gigantocellular nucleus, GPV: ventrale pallidum, HyDM: dorsomediale hipotalamus, HyL: laterale hipotalamus, IlCx: infralimbiese korteks, InsCx: insulêre korteks, IP: interpeduncular nucleus, LPBN: laterale parabrachiale kern, LPGi: laterale paragigantocellular kern, LRt: laterale retikulêre kern, MC , MCx1: sekondêre motoriese korteks, OrbCx: orbitale korteks, PCRt: parvisellulêre retikulêre kern, PnO: pontine retikulêre kern oraal, PrlCx: prelimbiese korteks, PTA: pretektale gebied, PVN: paraventrikulêre thalamuskern anterior, Raphe: raphe kern, Septum: septum , Sol: alleenweg, Teg: tegmentale kerne, thMD: mediodorsale talamus, VS: ventrale subikulum, VTA: ventrale tegmentale gebied, ZI: zona incerta.
Tabel 1: Z-telling van aansienlik anders geaktiveerde breinareas wat rotte vergelyk met toegang tot óf slegs standaard chow of 'n mengsel van vet en koolhidrate en die onderskeie p-waardes van t-statistieke, n = 16.
Soortgelyke gevolgtrekkings kan getrek word uit die ontleding van breinbane wat met voedselinname geassosieer word. Byvoorbeeld, die dorsomediale hipotalamus, die septum sowel as die paraventrikulêre thalamienkern, wat tydens die inname van FCH en aartappelskyfies geaktiveer is, kan gekoppel word aan die beheer van voedselinname21,22. Maar weer, FCH versuim het om ander strukture van die versadigingskringe te moduleer, wat deur aartappelskyfies gedeaktiveer is, soos die boogvormige hipotalamus-kern of die eensame kanaal. Daarbenewens was die intensiteit van aktivering laer as FCH as deur aartappelskyfies, wat byvoorbeeld weerspieël word deur 'n 2.3-vou aansienlik hoër aktivering van die paraventrikulêre thalamien-kern anterior (Fig. 3b). Hierdie data dui daarop dat FCH breinstrukture verwant aan voedselinname anders as STD moduleer, 'n effek wat weerspieël kan word deur die hoër energie-inname deur FCH (FCHFig. 1b).
Die inname van FCH het ook gelei tot 'n sterk deaktivering van breinstrukture gekoppel aan slaap. Sommige breinareas is slegs gedeaktiveer deur FCH soos die zona incerta (Fig. 3c), terwyl ander gebiede slegs gedeaktiveer is deur aartappelskyfies, soos die tegmentale kerne. Alhoewel agt slaapverwante strukture deur FCH en elf deur aartappelskyfies gemoduleer is, blyk dit dat die effek van beide toetskosse in 'n soortgelyke reeks is. Omdat hierdie resultaat nie verwag is nie, is die duur van slaap nie in die huidige studie gemeet nie, sodat dit nie duidelik is as die FCH-geïnduseerde modulasie van slaapbane korreleer met 'n modulasie van slaapgedrag nie.
Brein gebiede verantwoordelik vir lokomotoriese aktiwiteit en beweging in die algemeen was nie beduidend beïnvloed deur die inname van FCH in vergelyking met STD (Fig. 3d, eerste kolom). Dit is in ooreenstemming met die gedragswaarnemings dat FCH slegs 'n effens, maar nie-aansienlik hoër voedselverwante lokomotoriese aktiwiteit in vergelyking met STD veroorsaak het (Fig. 1b). Daarenteen is getoon dat die aktivering van die strukture van die motorstelsel in die brein van rotte met toegang tot aartappelskyfies gepaard gegaan het met 'n verhoogde voedingsverwante lokomotoriese aktiwiteit3.
Dit is nie heeltemal duidelik of die waargenome aktiveringspatroon verband hou met hedoniese hipofagie nie. In teenstelling met homeostatiese voedselinname, wat deur die energievlak van die organisme beheer word, word hedoniese voedselinname bemiddel deur die beloning wat deur sommige kosse gegenereer word.23. Aangesien heoniese voedselinname nie sterk gekoppel is aan die energiebehoeftes nie, lei dit dikwels tot hipofagie. Modelle is ontwikkel wat die neurale korrelate van hedoniese hipofagie beskryf. Berthoud suggereer byvoorbeeld dat homeostatiese voedselinname gekoppel is aan leptien-sensitiewe stroombane wat hoofsaaklik die geboë kerne en die kern van die enkelweg insluit, maar ook 'n wye verskeidenheid ander gebiede insluit, insluitende hipotalamiese terreine, soos die paraventrikulêre kern of die kern sluit aan23,24. Hierdie homeostatiese regulering van voedselinname kan egter oorheers word deur beloning seine soos komponente van smaak en wil25. Lekkering van kos was verwant aan mu-opioïde sein in die nukleus accumbens, ventrale pallidum, parabrachiale kern en die kern van die enkelweg24, terwyl die verwydering van voedsel verband hou met die dopamienstelsel in die ventrale tegmentale area, kernakkoue, prefrontale korteks, amygdala en hipotalamus. Kenny beklemtoon verder die bydrae van die insulêre korteks, wat veronderstel is om inligting oor die hedoniese eienskappe van kos te stoor en kan ook gekoppel word aan drang10. In teenstelling met die breinaktiveringpatroon gekoppel aan aartappelskyf inname, was slegs enkele van hierdie gebiede wat verband hou met hedoniese hipofagie, eintlik beïnvloed deur die inname van FCH. Daarom word uitgebreide gedrags eksperimente vereis om te ondersoek of die voorkeur van FCH eintlik gepaard gaan met hipofagie.
Tot op datum is dit nie duidelik watter molekulêre komponente van aartappelskyfies verantwoordelik is vir die sterker breinmodulasie-effekte van hierdie toetsvoedsel nie. Aangesien 'n gesoute, maar unseasoned produk sonder smaakversterker toevoeging gebruik is, was sout, geur en geringe hoeveelhede proteïene behalwe die hoofkomponente vet en koolhidrate. Verder moet molekulêre veranderinge wat plaasvind tydens verwerking oorweeg word. Daar is voorheen getoon dat die smaak van sout geïnduseerde Fos-uitdrukking in die kernklem van soutbevooroordeelde rotte. Die inname van sout in nie-uitgeputte diere, in teenstelling hiermee, het nie gelei tot 'n aktivering van hierdie struktuur van die beloningstelsel nie26. Daarbenewens is daar gerapporteer dat die inname van sout in soliede voedsel eerder 'n aversiewe effek by rotte veroorsaak het27. Daarom lyk dit nie waarskynlik dat sout 'n hoofmodulator van die breinbeloningsisteem in die huidige eksperimente was nie. Die voorheen ingestelde twee keuse voorkeur toets kan nou dien om die invloed van ander aartappelskyfkomponente op voedselinname verder te ondersoek.
Ons concludeer uit ons gedrags data dat die verhouding van vet en koolhidrate, maar nie die absolute energiedigtheid, die belangrikste determinant is van die smaaklikheid en inname van lekkergoed tydens korttermyn twee keuse voorkeur toetse by rotte. Daarbenewens het die inname van die FCH-mengsel, wat amper isokaloos aan aartappelskyfies, die maksimum energie-inname in ad libitum gevoed rotte veroorsaak, wat gepaard gegaan het met aansienlik verskillende aktivering van breinstrukture wat verband hou met beloning, voedselinname en slaap. Die inname van aartappelskyfies onder dieselfde toestande het gelei tot 'n veel groter aantal andersins geaktiveerde breinstrukture in hierdie stroombane en ook tot 'n duidelik hoër breukverandering in vergelyking met STD. Uit die beeldende benadering kan dus afgelei word dat die energiedigtheid alleenlik 'n matige determinant is van die belonende eienskappe van snoepvoedsel. Alhoewel die verhouding van vet en koolhidrate van aartappelskyfies baie aantreklik lyk, kan dit veronderstel word dat daar ander molekulêre determinante in hierdie hapje voedsel bestaan, wat die aktiwiteit van breinkringe, veral die beloningstelsel, selfs sterker moduleer en lei tot verhoogde voedsel soekgedrag.
Metodes
Etiek verklaring
Hierdie studie is uitgevoer in ooreenstemming met die aanbevelings van die Gids vir die Sorg en Gebruik van Laboratoriumdiere van die Nasionale Instituut van Gesondheid. Die protokol is goedgekeur deur die Komitee oor Etiek van Diereeksperimente van die Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (Regierung Mittelfranken, Permitnommer: 54-2532.1-28 / 12).
Voorkeur toets
Voorkeurtoetse is uitgevoer soos voorheen drie keer 'n dag beskryf gedurende die ligsiklus vir 10 minute elk met 20-36 herhalings in totaal per toetsvoedsel teen die verwysing.13. Hierdie toets skedule bied voldoende data punte vir die evaluering van 'n voedselvoorkeur. Die toetse is uitgevoer met 8-manlike Wistar-rotte (2-hokke met 4-diere elk, 571 ± 41 g, gekoop van Charles River, Sulzfeld, Duitsland) en gereproduseer met 10-mannetjies Sprague Dawley-rotte (2-hokke met 5-diere elk, aanvanklike gewig 543 ± 71 g, aangekoop van Charles River, Sulzfeld, Duitsland), wat vir die toets opgelei is. Dus, die aantal diere wat elke toets uitgevoer het, was 18 en die aantal hokke 4 (vier biologiese replikate). Elke eksperiment is met elke dieregroep 5-6 keer herhaal. Alle rotte is in 'n donker / ligte siklus 12 / 12 h gehou. Die rotte het toegang tot die standaard chow pellets (Altromin 1324, Lage, Duitsland, 4 g / 100 g vet (F), 52.5 g / 100 g koolhidrate (CH), 19 g / 100 g proteïen (P)) bykomend tot die toets voedsel en kraanwater ad libitum deur die hele studie. Toets kosse met verskillende verhoudings van F (sonneblomolie, gekoop van 'n plaaslike supermark) en CH (maltodextrine, dextrine 15 van mieliestysel, Fluka, Duitsland), gemeng met 50% poeierstowwe, gebruik om die onderskeie aktiwiteit te vergelyk om voedselinname te veroorsaak . Powdered STD is bygevoeg om tekstuur- en sensoriese invloede op die verbruik te verminder. As verwysingsvoedsel vir alle gedragsvoorkeurstoetse is 'n mengsel van 50% poeierhoudende STD, 17.5% F en 32.5% CH gebruik, wat 'n baie soortgelyke F / CH-samestelling as 50% Aartappelskyfies in STD het en as 'n model vir 50% aartappelskyfies in STD voor13. Daarbenewens het ons getoets kos wat bestaan uit 50% Powdered STD met die toevoegings van die volgende mengsels van F en CH (% F /% CH): 5 / 45, 10 / 40, 17.5 / 32.5, 25 / 25, 30 / 20, 35 / 15, 40 / 10, 45 / 5, en 50 / 0. Met verwysing na die samestelling van 50% STD, het die verwysingsvoedsel in totaal (% F /% CH) 20 / 59, die ander toetsvoedsel 7 / 71, 12 / 66, 20 / 59, 27 / 51, 32 / 46, 37 / 41, 42 / 36, 47 / 31, en 52 / 26. Die inhoud van alle ander bestanddele van Powdered STD soos proteïen (9%), vesel (3%), of minerale (as, 3.5%) was konstant in alle toetskosse.
Die energie-inname wat afhanklik is van die onderskeie toetsvoedsel, is bereken deur vermenigvuldiging van die ingeneemde hoeveelheid van die toetsvoedsel met sy onderskeie energie-inhoud. Die relatiewe bydrae van een toetsvoedsel tot die som van ingeneemde toetsvoedsel en verwysing is bereken deur die hoeveelheid van die onderskeie toetsvoedsel te verdeel deur die totale inname van toetsvoedsel en verwysing.
Opname van die gedragsdata vir energie-inname en voedingsverwante lokomotoriese aktiwiteit
Gedragsdata is aangeteken soos voorheen beskryf3. Kortliks is die toets inname van voedsel op 'n daaglikse basis gemeet en die energie-inname is bereken deur vermenigvuldiging van die massa van die ingeneemde toetsvoedsel met die onderskeie energie-inhoud. Voedingsverwante lokomotoriese aktiwiteit is gekwantifiseer via webcamfoto's wat elke 10 sekondes van bo die hok geneem is. Een telling is gedefinieer as "een rot toon lokomotoriese aktiwiteit naby een kos dispenser". Vir statistiese evaluering is studente se t-toetse (tweestaart) uitgevoer met behulp van die gemiddelde waarde (energie-inname of voedingsverwante lokomotoriese aktiwiteit) gedurende 7 dae (TP of MnP) per hok (n = 4 hokke, met 16 rotte in totaal in elke groep).
Opname van hele breinaktiwiteitspatroon deur MEMRI
Manlike Wistar rotte (aanvanklike gewig 261 ± 19 g, gekoop van Charles River, Sulzfeld, Duitsland) gehou in 'n 12 / 12 h donker / lig siklus wat willekeurig in twee groepe verdeel is. Beide groepe het ad libitum toegang tot standaard chow pellets (Altromin 1324, Altromin, Lage, Duitsland) oor die hele verloop van die studie.
Een groep (n = 16, aanvanklike liggaamsgewig 256 ± 21 g) het 'n mengsel van 1321% F (sonneblomolie, gekoop van 'n plaaslike supermark) en 16% CH (maltodextrine, dextrine 266 van mielie stysel, Fluka, Taufkirchen, Duitsland) addisioneel tot die standaard chow pellets. Die huidige studie was parallel met die voorheen gepubliseerde studie oor aartappelskyfies3, sodat dieselfde kontrolegroep gebruik kan word om maksimum vergelykbaarheid van die datastelle te verseker.
MEMRI (op 'n 4.7 T Bruker MRI met behulp van 'n geoptimaliseerde aangepaste aangedrewe ewewig Fourier transform (MDEFT) volgorde) is gebruik om die breinaktivering te beplan met 'n fyn resolusie van 109 × 109 × 440 μm (vir besonderhede sien Hoch et al. 20133). Omdat die sensitiwiteit van MEMRI laer is in vergelyking met die voorkeurtoetse, is die toetsvoedsel vir 'n langer tydperk aangebied. Opnames benodig relatiewe hoë konsentrasies van die potensieel giftige kontrasmiddel mangaan, wat die brein slegs enkele ure na toediening bereik. Om negatiewe newe-effekte op basiese fisiologie en gedrag van die diere te voorkom weens die inspuiting van die mangaanchloriedoplossing in dosisse wat voldoende is vir MEMRI-meting, het osmotiese pompe gedien vir die sagte, maar eerder tydrowende aaneenlopende toediening van nie-giftige hoeveelhede mangaan , wat gedurende die hele tydsduur van die 7-dag-voedsel-toetsfase in die geaktiveerde breinareas opgehoopte was28. Studieontwerp, voorbereiding van die osmotiese pompe, parameters vir MRI-metings, dataverwerking asook die opname van voedselinname en voedingsverwante lokomotoriese aktiwiteit is voorheen beskryf.3. Die oorspronklike MRI-gryswaardes van die gesegmenteerde brein per dier is geregistreer deur 'n nie-rigiede registrasie-werkvloei3. Op grond van hierdie geregistreerde datastelle is 'n voxel-gebaseerde morfometriese analise uitgevoer en die gevolglike statistiese parameters is gevisualiseer. Z-telling gebaseer Student se t-toetse is uitgevoer om betekenisvolle verskille in breinaktivering op te spoor. Vir 3D visualisering van die verspreiding van die betekenisvol anders geaktiveerde breinstrukture, het ons elke breinstruktuur as 'n sfeer in die swaartepunt verteenwoordig. Die koördinate is afgelei van 'n 3D digitale breinatlas. Die radius van elke sfeer is gebruik om die betekenisvlak te kodeer en die intensiteitsverskuiwing kodes die aktiwiteitsverskil aan STD.
Ekstra inligting
Hoe om hierdie artikel te noem: Hoch, T. et al. Vet / koolhidraat verhouding, maar nie energie-digtheid bepaal die inname van snoepvoedsel en aktiveer breinbeloningsareas nie. Sci. Rep. 5, 10041; doi: 10.1038 / srep10041 (2015).
Verwysings
- 1.
La Fleur, SE, Luijendijk, MCM, van der Zwaal, EM, Brans, MAD & Adan, RAH Die snacking rat as model van menslike vetsug: gevolge van 'n vrye-kies hoë vet suiker dieet op etenspatrone. Int. J. Obes. 38, 643-649 (2014).
· 2.
Berthoud, H.-R. Homeostatiese en nie-homeostatiese bane wat betrokke is by die beheer van voedselinname en energiebalans. Vetsug. 14 S8, 197S-200S (2006).
· 3.
Hoch, T., Kreitz, S., Gaffling, S., Pischetsrieder, M. & Hess, A. Mangaanversterkte magnetiese resonansie-beelding vir die kartering van hele breinaktiwiteitspatrone wat verband hou met die inname van snoepvoedsel in ad libitum gevoed rotte. PLoS ONE. 8, e55354; 10.1371 / journal.pone.0055354 (2013).
· 4.
Volkow, ND & Wise, RA Hoe kan dwelmverslawing ons help om vetsug te verstaan? Nat. Neurosci. 8, 555-560 (2005).
· 5.
Berthoud, H.-R. Metaboliese en hedoniese dryf in die neurale beheer van eetlus: wie is die baas? Kur. Opin. Neurobiol. 21, 888-896 (2011).
· 6.
Gearhardt, AN, Grilo, CM, DiLeone, RJ, Brownell, KD & Potenza, MN Kan kos verslawend wees? Openbare gesondheid en beleidsimplikasies. Verslawing. 106, 1208-1212 (2011).
· 7.
Hebebrand, J. et al. "Eetverslawing", eerder as "voedselverslawing", absorbeer verslawend-agtige eetgedrag. Neurosci. Biobehav. Op 47, 295-306 (2014).
· 8.
Epstein, DH & Shaham, Y. Kaaskoek-eet rotte en die kwessie van voedselverslawing. Nat. Neurosci. 13, 529-531 (2010).
· 9.
DiLeone, RJ, Taylor, JR & Picciotto, MR Die rit om te eet: vergelykings en onderskeidings tussen meganismes van voedselbeloning en dwelmverslawing. Nat. Neurosci. 15, 1330-1335 (2012).
· 10.
Kenny, PJ Algemene sellulêre en molekulêre meganismes in vetsug en dwelmverslawing. Nat. Ds. Neurosci. 12, 638-651 (2011).
· 11.
Rolls, BJ & Bell, EA Inname van vet en koolhidrate: rol van energiedigtheid. EUR. J. Clin. Nutr. 53 (Suppl 1), S166-173 (1999).
· 12.
Shafat, A., Murray, B. & Rumsey, D. Energiedigtheid in kafeteria dieet veroorsaak hiperfagie in die rat. Aptyt. 52, 34-38 (2009).
· 13.
Hoch, T., Pischetsrieder, M. & Hess, A. Snackvoedselinname in ad libitum gevoed rotte word veroorsaak deur die kombinasie van vet en koolhidrate. Front. Psychol. 5, 250; 10.3389 / fpsyg.2014.00250 (2014).
· 14.
Lin, YJ & Koretsky, AP Mangaanion verhoog T1-geweegde MRI tydens breinaktivering: 'n Benadering tot direkte beelding van breinfunksie. Magn. Oord. Med. 38, 378-388 (1997).
· 15.
Koretsky, AP & Silva, AC Mangaan-versterkte magnetiese resonansie beelding (MEMRI). NMR Biomed. 17, 527-531 (2004).
· 16.
Berridge, KC Genot van die brein. Brein Cogn. 52, 106-128 (2003).
· 17.
Haber, SN & Knutson, B. Die beloningskring: koppeling van primaatanatomie en menslike beeldvorming. Neuropsigofarmakologie 35, 4-26 (2010).
· 18.
Epping-Jordan, LP, Markou, A. & Koob, GF Die dopamien D-1-reseptor antagonis SCH 23390 wat in die dorsolaterale bedkern van die stria terminale ingespuit is, het kokaïen versterking in die rat verminder.. Brein Res. 784, 105-115 (1998).
· 19.
Martin-Fardon, R., Ciccocioppo, R., Aujla, H. & Weiss, F. Die dorsale subikulum bemiddel die verkryging van gekondisioneerde herinstelling van kokaïen-soek. Neuropsigofarmakologie. 33, 1827-1834 (2008).
· 20.
Limpens, JHW, Damsteegt, R., Broekhoven, MH, Voorn, P. & Vanderschuren, LJMJ Farmakologiese inaktivering van die prelimbiese korteks emuleer kompulsiewe beloning wat op rotte soek. Brein Res.; 10.1016 / j.brainres.2014.10.045 (2014).
21.
Bellinger, LL & Bernardis, LL Die dorsomediale hipotalamiese kern en sy rol in inname gedrag en liggaamsgewig regulering: lesse geleer uit lesioning studies. Physiol. Behav. 76, 431-442 (2002).
· 22.
Stratford, TR & Wirtshafter, D. Inspuitings van muskimol in die paraventrikulêre talamienkern, maar nie mediodorsale thalamienkerns, veroorsaak voeding in rotte nie.. Brein Res. 1490, 128-133 (2013).
· 23.
Harrold, JA, Dovey, TM, Blundell, JE & Halford, JCG SSS regulering van eetlus. Neuro Farmacologie 63, 3-17 (2012).
· 24.
Berthoud, H.-R. Neurale beheer van eetlus: kruisspraak tussen homeostatiese en nie-homeostatiese stelsels. Aptyt. 43, 315-317 (2004).
· 25.
Berridge, KC Kosbeloning: Brein substrate van wil en wil. Neurosci. Biobehav. Op 20, 1-25 (1996).
· 26.
Voorhies, AC & Bernstein, IL Induksie en uitdrukking van sout-aptyt: effekte op Fos-uitdrukking in kernklemme. Behav. Brein Res. 172, 90-96 (2006).
· 27.
Beauchamp, GK & Bertino, M. Rotte (Rattus norvegicus) verkies nie gesoute vaste kos nie. J. Comp. Psychol. 99, 240-247 (1985).
· 28.
Eschenko, O. et al. Mapping van funksionele breinaktiwiteit in vrylike gedrag van rotte tydens vrywillige hardloop met behulp van mangaanversterkte MRI: Implikasie vir longitudinale studies. Neuro Image 49, 2544-2555 (2010).
· 29.
Denbleyker, M., Nicklous, DM, Wagner, PJ, Ward, HG & Simansky, KJ Aktivering van mu-opioïede reseptore in die laterale parabrachiale kern verhoog c-Fos-uitdrukking in voorhoedgebiede wat geassosieer word met kaloriese regulering, beloning en kognisie. Neurowetenskap 162, 224-233 (2009).
· 30.
Hernandez, L. & Hoebel, BG Voedselbeloning en kokaïen verhoog ekstrasellulêre dopamien in die nucleus accumbens soos gemeet deur mikrodialise. Life Sci. 42, 1705-1712 (1988).
· 31.
Zahm, DS et al. Fos na enkele en herhaalde selfadministrasie van kokaïen en sout in die rat: klem op die basale voorhoede en herkalibrasie van uitdrukking. Neuropsigofarmakologie 35, 445-463 (2010).
· 32.
Oliveira, LA, Gentil, CG & Covian, MR Rol van die septale area in voedingsgedrag verkry deur elektriese stimulasie van die laterale hipotalamus van die rat. Braz. J. Med. Biol. Res. 23, 49-58 (1990).
· 33.
Chase, MH Bevestiging van die konsensus dat Glycinergiese postsynaptiese remming verantwoordelik is vir die atonia van REM slaap. Slaap. 31, 1487-1491 (2008).
· 34.
Sirieix, C., Gervasoni, D., Luppi, P.-H. & Léger, L. Rol van die laterale paragigantosellulêre kern in die netwerk van paradoksale (REM) slaap: 'n elektrofisiologiese en anatomiese studie in die rat. PLoS ONE. 7, e28724; 10.1371 / journal.pone.0028724 (2012).
· 35.
Trepel, M. Neuro Anatomy. Struktur und Funksie 3rd ed. Urban & Fischer, München, 2003).
36.
Miller, AM, Miller, RB, Obermeyer, WH, Behan, M. & Benca, RM Die pretektum bemiddel vinnige oogbewegings slaapregulering deur lig. Behav. Neurosci. 113, 755-765 (1999).
· 37.
Léger, L. et al. Dopaminerge neurone wat Fos uitdruk tydens wakker en paradoksale slaap in die rat. J. Chem. Neuroanat. 39, 262-271 (2010).
37.
o
Bedankings
Die studie is deel van die Neurotrition Project, wat ondersteun word deur die FAU Emerging Fields Initiative. Verder dank ons Christine Meissner vir die proeflees van die manuskrip.
inligting oor die outeur
Affiliasies
1. Afdeling Voedselchemie, Departement Chemie en Farmasie, Emil Fischer Sentrum, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Duitsland
o Tobias Hoch
o & Monika Pischetsrieder
2. Instituut vir Experimentele en Kliniese Farmakologie en Toksikologie, Emil Fischer Sentrum, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Duitsland
o Silke Kreitz
o & Andreas Hess
3. Patroonherkenningslaboratorium, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Duitsland
o Simone Gaffling
4. Skool vir Gevorderde Optiese Tegnologieë (SAOT), Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Duitsland
o Simone Gaffling
Bydraes
Ontleed en ontwerp die eksperimente: THMPAH Die eksperimente uitgevoer: THAH Ontleed die data: THSKSGAH Interpreteer die data THMPAH Bewerkte reagense / materiale / analise gereedskap: AHMP Skryf die vraestel: THMPAH
Mededingende belange
Die outeurs verklaar geen mededingende belange.
Ooreenstemmende skrywer
Korrespondensie aan Monika Pischetsrieder.
;
