Vetsug word geassosieer met veranderde breinfunksie: sensitiwiteit en hipofrontaliteit (2012)

Kommentaar: Studie toon beide sensitiwiteit en hipofrontaliteit in vetsugtige individue. Albei is kenmerke van verslawingverwante breinveranderinge.

 Skakel na artikel

Glukosemetabolisme van die caudaatkern in die middellyn (A) was aansienlik hoër in vetsugtige teenoor maer individue (B).

In die meeste Westerse lande is die jaarlikse toename in die voorkoms en die erns van vetsug tans aansienlik. Alhoewel vetsug gewoonlik tipies is van oormatige energie-inname, is dit tans onduidelik waarom sommige mense geneig is om te ooreet en gewig te kry.

Aangesien die sentrale senuweestelsel nou betrokke is by die verwerking van honger seine en die beheer van voedselinname, is dit moontlik dat die oorsaak van gewigstoename en vetsug dalk in die brein kan wees.

Navorsers aan die Universiteit van Turku en die Aalto-universiteit het nou nuwe bewyse gevind vir die rol van die brein in vetsug. Die navorsers het die funksionering gemeet breinbane betrokke by verskeie brein beeldvorming metodes.

Die resultate het getoon dat breinglukosemetabolisme by vetsugtige en maer individue aansienlik hoër was in die striatale streke van die brein, wat betrokke is by die verwerking van belonings. Daarbenewens het die beloningstelsel van vetsugtige individue sterker op voedselfoto's gereageer, terwyl reaksies in die frontale kortikale streke wat by kognitiewe beheer betrokke was, gedemp is..

"Die resultate dui daarop dat die breine van vetsugtige individue voortdurend seine kan genereer wat eet bevorder, selfs as die liggaam nie ekstra energie nodig het nie, ”Sê adjunk-professor Lauri Nummenmaa van die Universiteit van Turku.

'Die resultate beklemtoon die rol van die brein in vetsug en gewigstoename. Die resultate het groot gevolge vir die huidige modelle van vetsug, maar ook vir die ontwikkeling van farmakologiese en sielkundige behandeling van vetsug, ”sê Nummenmaa.

Die deelnemers was morbide vetsugtige individue en maer, gesonde beheermaatreëls. Hul brein glukose metabolisme is met positron gemeet emissie tomografie tydens toestande waarin die liggaam versadig was in terme van insulien sein. Brein reaksies na foto's van kosse is gemeet met funksionele magnetiese resonansie beelding.

Die navorsing word befonds deur die Akademie van Finland, Turku Universiteit Hospitaal, Universiteit van Turku, Akademie Akademie en Aalto Universiteit.

Die resultate is gepubliseer op Januarie 27th, 2012 in die wetenskaplike tydskrif PLoS ONE.


 DIE STUDIE: Dorsale Striatum en die Limbiese Konnektiwiteit Bemiddel Abnormale Voornemende Beloning Verwerking in Vetsug

 Lauri Nummenmaa, Jussi Hirvonen, Jarna C. Hannukainen, Heidi Immonen, Markus M. Lindroos, Paulina Salminen, Pirjo Nuutila .. PLoS ONE, 2012; 7 (2): e31089 DOI: 10.1371 / journal.pone.0031089

Abstract

Vetsug word gekenmerk deur 'n wanbalans in die breinbane wat beloning soek en diegene wat kognitiewe beheer beheer. Hier wys ons dat die dorsale caudate-kern en sy verbindings met amygdala, insula en prefrontale korteks bydra tot abnormale beloningverwerking in vetsug. Ons het plaaslike brein glukose opname gemeet in morbide vetsugtig (n = 19) en normale gewig (n = 16) vakke met 2- [18F] fluoro-2-deoksiglukose ([18F] FDG) positron-emissie-tomografie (PET) tydens euglykemiese hiperinsulinemie en met funksionele magnetiese resonansie-beeldvorming (fMRI) terwyl voornemende voedselbeloning geïnduseer is deur herhaalde aanbiedings van lekker en blatante kosfoto's. Eerstens het ons gevind dat glukose opname koers in die dorsale caudate kern was hoër in vetsugtig as in normale gewig vakke. Tweedens, vetsugtige vakke het verhoogde hemodinamiese response in die caudaatkern gesien terwyl appetiserende versus vetterige kos in fMRI gekyk word. Die caudate het ook verhoogde taakverwante funksionele konneksie met amygdala en insula in die vetsugtige teenoor normale gewigvakke aangetoon. Laastens het vetsugtige vakke kleiner reaksies op smaaklike versus mengvoedsel in die dorsolaterale en orbitofrontale cortices gehad as normale gewigspersone, en die versuim om die dorsolaterale prefrontale korteks te aktiveer, was gekorreleer met hoë glukosemetabolisme in die dorsale caudaatkern. Hierdie bevindinge dui daarop dat verhoogde sensitiwiteit vir eksterne voedselwyses in vetsug abnormale stimulus-respons-leer en aansporingsmotivering kan insluit wat ondergaan word deur die dorsale caudaat-kern, wat weens abnormale hoë insette van die amygdala en insula en disfunksionele inhibitiewe beheer deur die frontale kortikale streke. Hierdie funksionele veranderinge in die responsiwiteit en interkonneksiwiteit van die beloningskring kan 'n kritiese meganisme wees om oor ooreeting in vetsug te verduidelik.

aanhaling: Nummenmaa L, Hirvonen J, Hannukainen JC, Immonen H, Lindroos MM, et al. (2012) Dorsale Striatum en die Limbiese Konnektiwiteit Bemiddel Abnormale Anticipatory Beloningsverwerking in Vetsug. PLUIS EEN 7 (2): e31089. doi: 10.1371 / journal.pone.0031089

Redakteur: Ya-Ping Tang, Louisiana State University Gesondheidswetenskappe Sentrum, Verenigde State van Amerika

ontvang: Augustus 19, 2011; Aanvaar: Januarie 2, 2012; Gepubliseer: Februarie 3, 2012

Copyright: © 2012 Nummenmaa et al. Hierdie is 'n oop-toegang artikel wat versprei word ingevolge die Creative Commons Attribution-lisensie, wat onbeperkte gebruik, verspreiding en reproduksie in enige medium toelaat, mits die oorspronklike skrywer en bron gekrediteer word.

befondsing: Hierdie werk is ondersteun deur die Akademie van Finland (toekennings #256147 en #251125 http://www.aka.fi) aan LN, deur die Aalto Universiteit (AivoAALTO Grant, http://www.aalto.fi) Sigrid Juselius fondamentwww.sigridjuselius.fi/foundation) Turku Universiteit Hospitaal (EVO subsidie http://www.tyks.fi). Die befondsers het geen rol gehad in studieontwerp, data-insameling en -analise, besluit om te publiseer of voorbereiding van die manuskrip te maak nie.

Kompeterende belange: Die outeurs het verklaar dat geen mededingende belange bestaan ​​nie.

Inleiding

In die meeste Westerse lande is die jaarlikse toename in die voorkoms en die erns van vetsug tans aansienlik [1]. Onbeperkte beskikbaarheid van smaaklike kosse is die mees voor die hand liggende omgewingsfaktor wat vetsug bevorder [2], en gene wat vinnige inname van energie bevorder deur hoë suiker en vetinname onder toestande van voedselskaarste, het 'n aanspreeklikheid geword in die moderne samelewings waar hoëkosoriese voedsel alledaags beskikbaar is. Om die huidige vetsug epidemie te bestry, is dit dus noodsaaklik om te verstaan ​​watter faktore bepaal of voedselverbruik nagestreef of ingeperk word. Eet verskaf voedingstowwe, maar is ook sterk versterk, omdat dit intense gevoelens van plesier en beloning veroorsaak. Vergelykende studies het vasgestel dat 'n onderlinge beloningskring bestaande uit subkortiese (amygdala, hipotalamus, striatum) en frontokortiese (motor-, premotoriese, orbitale en mediale prefrontale) gebiede 'n sleutelrol speel in die begeleiding van eetlusse gedrag [3], [4], [5]. Funksionele beeldvormingstudies in mense het verder getoon dat subkomponente van die beloningskring bydra tot die verwerking van eksterne voedselwyses soos prente van voedsel [6], [7], [8], [9], en disfunksies van die beloningskring is ook geassosieer met beide vetsug en dwelmverslawing. [2], [10], [11], [12], [13], [14]. In die huidige studie wys ons hoe toniese aktiwiteit, streeksreaksies sowel as interkonneksiwiteit van die beloningskring die kritieke meganismes is wat oor ooreet en vetsug verklaar.

Pragtige kosse dra sterk motiewe krag. Die blik op 'n heerlike koek of die reuk van ons gunsteling kos kan op die oomblik 'n sterk drang skep om te eet. Die blootstelling aan sulke aanwysers kan fisiologiese versadigingseine ignoreer en voedselverbruik veroorsaak [15]. Oortolering is waarskynlik afhanklik van die balans tussen die beloningskring en netwerke wat beloning soek, soos die dorsolaterale prefrontale kortikale [16], [17], [18]. Die bestaande literatuur van beeldstudies in mense dui daarop dat vetsug gekenmerk word deur 'n wanbalans in hierdie sisteme, aangesien die beloningskring dit ooraktief is om afwagting in vetsug te beloon en dat inhibitiewe netwerke misluk om beheer oor die beloningskring uit te oefen [2], [10], [11], [12], [13], [14], [19]. Daar is groot individuele verskille in die reaksie van die beloningskring op voedsel, en dit kan 'n kritieke faktor wees wat bydra tot ooreet en vetsug. [2]. Die persoonlikheidseienskap beloning ry is positief geassosieer met kos drange en liggaamsgewig [20], en fMRI-studies het aan die lig gebring dat dit ook reageer op die reaksie van die ventrale striatum op aptytwekkende voedselfoto's by individue met 'n normale gewig [21]. Net so, self-gerapporteer sensitiwiteit vir eksterne voedsel aanwysers is positief gekorreleer met die interkonneksiwiteit van die beloning kring [22]. In ooreenstemming met hierdie bevindings het fMRI studies bevestig dat die beloningskring van vetsugtige individue hipersensitief is vir die blote oog van voedsel. Vetsugtige individue toon verhewe reaksies op kosfoto's in amygdala, caudate-kern en anterior cingulêre korteks. [10], [19], en dit is voorgestel dat hierdie hiperaktiwiteit van die dopaminerge beloningskring volwassenes kan maak wat geneig is tot ooreet. PET studies het verder gedemonstreer dopaminerge samelewings in die meganismes van dwelmmisbruik en oormatige voedselinname, wat daarop dui dat ten minste in sommige gevalle vetsug as 'n 'voedselverslawing' gekenmerk kan word. Dopaminerge beloningstroke in die middellyn moduleer beide voedsel- en dwelmverbruik [23] veral deur middel van die skep van sensasies van voedsel en dwelm-drang [24], en beide dwelms en kos oefen hul versterkende effekte deur dopamien in limbiese streke te verhoog. Pasiënte met verslawende versteurings toon tonies laer basislyn D2 reseptor (D2R) digtheid in die striatum, en stampende dopamien vrystelling na die toediening van die dwelmmiddel. Soortgelyk aan misbruikmiddels, word voedselverbruik geassosieer met dopamien vrystelling in die dorsale striatum by gesonde vakke, en die hoeveelheid vrygestelde dopamien word positief gekorreleer met graderings van kosgevoeligheid. [12]. Soortgelyk aan pasiënte met verslawende siektes, het vetsugtige vakke 'n laer basislyn straling D2R digtheid, wat regstreeks eweredig aan BWI is [11].

Alhoewel die veranderde sensitiwiteit van die beloningskring 'n kritiese faktor kan wees wat vetsug verklaar, bly dit ontwykend hoe presies die beloningskringe bydra tot voedselverwante anticiperende beloningsfunksies by obese individue. Eerstens, vorige demonstrasies van verhoogde beloningskringreaksies op voedsel in normale gewig en vetsugtige vakke [10], [19] het nie verskille aangespreek in die toniese basislynaktiwiteit van die beloningskring in die brein nie. Tonies lae glukosemetabolisme in die prefrontale korteks voorspel lae striatale dopamien D2 reseptordigtheid - 'n kenmerk van wanreguleerde beloningskring - by vetsugtige vakke [17]. Maar of toniese aktiwiteit van die neurale netwerke wat die voorspellende beloning verwerk, voorspel funksionele reaksies op eksterne voedselwyses is onbekend. Tweedens, slegs 'n handjievol studies het 'n stelselvlak-benadering geneem om te toets of vetsug die funksionele konnektiwiteit van die beloningskring sou verander. Terwyl 'n onlangse beeldstudie in gesonde mense bewys het dat konnektiwiteit binne die menslike beloningskring afhanklik is van individuele sensitiwiteit vir eksterne voedselwyses [22], 'n ander wat vetsugtige en normale gewigspersone betref, het voorgestel dat vetsug spesifiek geassosieer word met gebrekkige funksionele konneksie vanaf amygdala na die orbitofrontale korteks (OFC) en verhoogde konnektiwiteit van die OFC na ventrale striatum [25]. Die presiese neurale meganismes onderliggend aan hierdie funksionele veranderinge bly egter onbekend.

In hierdie studie het ons multimodale breinbeeldvorming toegepas deur die kombinasie van [18F] FDG PET met 'n fMRI-eksperiment met voornemende beloning wat veroorsaak word deur die aanbieding van lekker en blatante kosfoto's. Let daarop dat, hoewel geen belonings eintlik aan die deelnemers gelewer is nie, gebruik ons ​​die term 'anticiperende beloning' ter wille van beknoptheid, aangesien die siening van hoogsbelonende teikens, soos voedsel betroubaar, beloningsverwagtingsreaksies in die ventrale striatum veroorsaak, selfs wanneer geen belonings eintlik is nie afgelewer [21]. Daar is vasgestel dat glukoseverbruik styf geassosieer word met spiking frekwensie [26], dus kan die glukosemetabolisasyfers gebruik word om toniese basislynaktivering van die brein tydens rus te meet. Deur gebruik te maak van primêre hiperinsulinemiese klem [27] Tydens die PET-skandering kon ons vetsugtige en normale gewigsmetabolisme van die breinglukose metabolisme vergelyk in 'n situasie waar die liggaam versadig is in terme van insulien sein. Die fMRI-eksperiment het ons in staat gestel om te vergelyk of vetsugtige en normale gewig individue verskil met betrekking tot beide plaaslike breinreaksies en effektiewe konneksie van die beloningskring tydens die kyk na aptytwekkende vs. Ten slotte het die kombinasie van die PET- en fMRI-data ons in staat gestel om die plaaslike glukose-metaboliese tempo's (GMR's) wat in die PET-skandering afgelei is, te gebruik om breinreaksies op aptytwekkende voedsel in die fMRI-eksperiment te voorspel.

Materiaal en metodes

Deelnemers

Die Etiese Komitee van die Hospitaaldistrik van Suidwes-Finland het die studieprotokol goedgekeur en alle deelnemers het etiese komitee-goedgekeurde, ingeligte toestemmingsvorms onderteken. Die studie is uitgevoer in ooreenstemming met die Verklaring van Helsinki. Tabel 1 bied 'n opsomming van die deelnemers. Die vetsugtige groep bestaan ​​uit negentien neurologies-intacte morbide vetsugtige vakke (MBMI = 43.87, SDBMI = 6.60). Vyf van hulle het mondelinge antidiabetiese medikasie gebruik en is uitgesluit van die PET-studies. Sestien neurologies onvoltooide normale gewigsvrywillige vakke dien as kontroles (MBMI = 24.10, SDBMI = 2.07) en was met die pasiënte ooreenkomstig ouderdom, hoogte en indekse van hipertensie (dws bloeddruk). Eetversteurings, ernstige geestesversteurings en dwelmmisbruik was uitsluitingskriteria vir alle deelnemers. Een normale gewig onderwerp is uitgesluit van die fMRI data ontledings as gevolg van oormatige kop beweging.

Tabel 1. Eienskappe van die deelnemers.

doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t001

Gedragsmetings

Voor die eksperiment het deelnemers hul gevoel van honger gegradeer deur 'n visuele analoogskaal te gebruik. Na die fMRI eksperiment het die deelnemers die valensie (aangename versus onaangenaamheid) van die eksperimentele stimuli op 'n rekenaar gegradeer deur die selfassesseringsmanikyn te gebruik [28] met 'n skaal wat wissel van 1 (onaangenaam) tot 9 (aangenaam).

PET verkryging en ontleding

Die studies is uitgevoer na 12 ure vas. Vakke het geweier om kafeïenbevattende drankies en 24 uur te rook voordat PET-studies uitgevoer word. Enige soort strawwe fisiese aktiwiteit is van die voorafgaande aand verbode. Twee kateters is in antekubitale are ingebring, een vir sout-, insulien- en glukose-infusies en inspuiting van radiotracer [18F] FDG, en 'n ander in die teenoorgestelde warmarm vir die monsterneming van arteriële bloed. Die euglycemiese hiperinsulinemiese klemmetegniek is gebruik soos voorheen beskryf [27]. Die dosis insulieninfusie was 1 mU · kg-1 · Min-1 (Actrapid, Novo Nordisk, Kopenhagen, Denemarke). Tydens hiperinsulienemie is euglykemie gehandhaaf deur intraveneuse 20% glukose te infuseer. Die tempo van glukose-infusie is aangepas volgens plasmaglukosekonsentrasies gemeet elke 5-10-min uit arteriële bloed. Op die tydstip 100 + -10 minute van euglykemiese hiperinsulinemiese klem, [18FDG (189 ± 9 MBq) is intraveneus oor 40 sekonde ingespuit en die dinamiese breinskandering vir 40 min (rame; 4 • 30 s, 3 • 60 s, 7 • 300 s) het begin. Tydens die skandering is arteriële bloedmonsters getrek vir radioaktiwiteitsanalise. 'N GE Advance PET skandeerder (General Electric Medical Systems, Milwaukee, WI, VSA) met 'n resolusie van 4.25 mm is gebruik vir PET studies soos voorheen beskryf. [29], [30]. [18F] FDG is gesintetiseer soos voorheen beskryf [31]. Plasma radioaktiwiteit is gemeet met 'n outomatiese gamma toonbank (Wizard 1480 3 ", Wallac, Turku, Finland).

Serebrale glukose opname koers is gemeet vir elke voxel afsonderlik van dinamiese PET skanderings soos voorheen beskryf [29], [30], behalwe dat 'n klomp konstante van 0.8 gebruik is [32]. Normalisering en statistiese ontledings van die parametriese glukosemetabolisme-beelde is uitgevoer met SPM 5-sagteware (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Parametriese beelde is genormaliseer in 'n interne glukosemetabolismesjabloon in MNI-ruimte met behulp van lineêre en nie-lineêre transformasies, en glad gemaak met 'n Gaussiese kern van FWHM 10 mm. Eenvoudige t-kontraste vir die genormaliseerde parametriese beelde is gebruik om groepverskille in glukosemetabolisme te ontleed. Die statistiese drempel is op p <.001 gestel, ongekorrigeer, met 'n minimum trosgrootte van 100 aangrensende voxels. Vir klein volume-regstellings (SVC) in die PET-data is anatomies gedefinieerde a priori-streke van belang binne die beloningstelsel (caudaatkern, amygdala, talamus, insula en orbitofrontale korteks) gedefinieer met behulp van die WFU-pickatlas [33] en AAL [34] atlas.

Eksperimentele Ontwerp vir fMRI

Stimuli en ontwerp word opgesom in Figuur 1. Die stimuli is gedigitaliseerde full-color foto's van lekker kos (bv. Sjokolade, pizza, biefstuk), blatvoedsel (bv. Lensies, kool, krakers) en motors wat ooreenstem met lae vlak visuele kenmerke soos gemiddelde helderheid, RMS kontras en globale energie. 'N Onafhanklike steekproef van 29 gesonde vrywilligers het die valensie (onaangenaamheid teenoor genot) van die stimuli met die SAM geëvalueer. Ontleding van die valensgraderings (Msmaaklik = 6.64, Mvaal = 3.93, Mmotors = 4.41) het vasgestel dat die lekker voedsel as aangenamer beoordeel word as die vaal voedsel, t (28) = 10.97, p <.001, en motors, t (28) = 7.52, p <.001, maar daar was geen verskille nie in die aangenaamheid van die vaal voedsel en motors, t (28) = 1.19.

Figuur 1. Eksperimentele ontwerp vir fMRI en voorbeelde van die stimuli wat gebruik word.

Die deelnemers het alternatiewe 15.75-tydperke van lekker kos, motors en blat kosse gesien. Elke tydperk het bestaan ​​uit ses eksperimentele stimuli pseudorandomly vermeng met drie nul gebeure.

doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g001

Terwyl dit geskandeer word, het die vakke alternatiewe 15.75-tweede epoker gesien wat ses stimuli van een kategorie bevat (lekker kos, gemengde kosse of motors) met drie nulgebeure gemeng. Om implisiete verwerking van die voedselbeelde te bestudeer, gebruik ons ​​kort stimulus-vertoonduur en 'n gedragstaak wat nie verband hou met die hedoniese waarde van die stimuli nie: 'n Proefbehandeling bestaan ​​uit 'n 1000 ms-aanbieding van 'n stimulusbeeld gevolg deur 'n lae kontras sentrale kruis (750 ms). Nul gebeurtenisse bestaan ​​uit 'n 1750 ms aanbieding van 'n lae-kontras kruis. Die kos en kar stimuli is effens verplaas na links of regs van die skerm, en die deelnemers is opdrag gegee om die linker- of regterknoppie te druk volgens watter kant die stimulus aangebied is. By nulproewe is geen reaksie gevra nie. Die volgorde van die stimuli gedurende elke tydperk was pseudo-gerandomiseer ten opsigte van proef tipe (stimulus of nul), sodat nie meer as drie opeenvolgende proewe van dieselfde tipe was nie. Hierdie pseudo-randomisering het ontwerp-doeltreffendheid verbeter, terwyl die onvoorspelbaarheid van stimulus-opstande in naïef deelnemers behoue ​​bly. [35]. Visuele veld van die stimuli is willekeurig en volledig teenwaarts. Altesaam was daar 'n totaal van 72-lekker kosproewe (in 12-tydperke), 72-blatvoedselproewe (in 12-epoker) en 144-motorproewe (in 24-epoker). Om die krag van die ontwerp te maksimeer en om oordragseffekte te voorkom van die aansienlike eetgewoontes, is die volgorde van die stimulusperiodes so vasgestel dat die motorstimulasie-tyd altyd tussen die smaaklike en blote stimulusperiodes aangebied word. Die aanvangsperiode van die taak is teen mekaar verdeel. Die totale taak duur was 14 minute. Deelnemers het die taak buite die skandeerder beoefen voordat die fMRI-eksperiment begin is.

fMRI Verkryging en Analise

Skandering sessies het rondom die oggend of vroegmiddag plaasgevind (9 am-2 pm). Deelnemers is opdrag gegee om nie meer as drie uur voor die skandering van water te eet en te drink nie. MR beeldvorming is uitgevoer met Philips Gyroscan Intera 1.5 T CV Nova Dual skandeerder by Turku PET sentrum. Hoë resolusie anatomiese beelde (1 mm3 resolusie) is verkry met behulp van 'n T1-geweegde ry (TR 25 ms, TE 4.6 ms, fliphoek 30 °, scan tyd 376 s). Hele brein funksionele data is verkry met echo-planêre beeldvorming (EPI) volgorde, sensitief vir die bloed-suurstofvlak afhanklike (BOLD) sein kontras (TR = 3000 ms, TE = 50 ms, 90 ° flip hoek, 192 mm FOV, 64 × 64 matriks, 62.5 kHz bandwydte, 4.0 mm sny dikte, 0.5 mm gaping tussen snye, 30 interleaved snye verkry in stygende volgorde). 'N Totaal van 270 funksionele volumes is verkry, en die eerste 5-volumes is weggegooi om ewewigs effekte toe te laat. Data is vooraf verwerk en geanaliseer met behulp van SPM5 sagteware (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Die EPI beelde was sinc geïnterpoleer in die tyd om te korrigeer vir skyf tyd verskille en reggestel na die eerste skandering deur rigiede liggaams transformasies korrek vir kop bewegings. EPI en strukturele beelde is gekenmerk en genormaliseer na die T1 standaard sjabloon in MNI ruimte (Montreal Neurological Institute (MNI) - Internasionale Konsortium vir Brein kartering) deur gebruik te maak van lineêre en nie-lineêre transformasies en gladde met 'n Gaussiese kern van FWHM 8-mm.

Ontleding van streeks-effekte

'N Heelbrein-effekmodel is geïmplementeer met behulp van 'n tweestadige proses (eerste en tweede vlak). Hierdie ewekansige-effek-analise het die effekte beoordeel aan die hand van die variëteit tussen onderwerpe en het dus afleidings gemaak oor die populasie waaruit die deelnemers getrek het. Vir elke deelnemer het ons 'n GLM gebruik om streekseffekte van taakparameters op BOLD-aktiveringsindekse te beoordeel. Die model het drie eksperimentele toestande (smaaklike voedsel, vaal voedsel en motors) en gevolge van geen belangstelling (herskikparameters) ingesluit om die bewegingsverwante afwyking te verreken. Lae-frekwensie seinverwydering is verwyder met behulp van 'n hoëdeurgangsfilter (afsny 128 sek.) En AR (1) modellering van tydelike outokorrelasies is toegepas. Die individuele kontrasbeelde is gegenereer met behulp van die kontras aptytwekkende - vaal voedsel, sowel as die belangrikste effek van voedsel (dws smaaklike en vaal voedsel teen ander gevolge van belangstelling). Die tweedevlakanalise het hierdie kontrasbeelde in 'n nuwe GLM gebruik en statistiese beelde gegenereer, dit wil sê SPM-t-kaarte. Met gebalanseerde ontwerpe op die eerste vlak (dws soortgelyke gebeurtenisse vir elke onderwerp, in soortgelyke getalle), benader hierdie tweedevlak-analise 'n ware ontwerp vir gemengde effekte, met beide binne en tussen die onderwerpafwyking. Aanvanklike analise het aan die lig gebring dat geen van die tweedevlak-kontraste tussen groepe beduidend was toe streng valse ontdekkingskoers (FDR) regstelling by p <.05 toegepas is nie. Gevolglik is die statistiese drempel op p <.005 gestel, ongekorrigeer, met 'n minimum groepgrootte van 20 aangrensende voxels vir die vergelykings tussen groepe.

Psigofisiologiese interaksie (PPI) in die algemene lineêre model (GLM)

Die fisiologiese konnektiwiteit tussen twee breinstreke kan wissel as 'n funksie van die sielkundige konteks [36] bekend as 'n psigofisiologiese interaksie (PPI). PPI's kan geïdentifiseer word deur algemene lineêre modelle wat sensitief is vir kontekstuele modulering van taakverwante kovariansie. In teenstelling met dinamiese informele modellering of strukturele vergelyking modellering van netwerk konneksie, PPI's nie 'n gespesifiseerde anatomiese model vereis. Eerstens begin een met 'n 'bron'-streek en identifiseer enige ander' doelwit 'voxels / klusters in die brein waarmee die bron kontekstafhanklike verbindings het. Teikengebiede hoef nie korreleer met die taak of konteks alleen nie, maar die interaksies tussen hierdie faktore. Beduidende PPI's dui nie op sigself die rigting of neurochemie van kousale invloede tussen bron- en teikengebiede aan nie, of die verbindings bemiddel word deur mono- of poli-sinaptiese verbindings, of veranderinge in strukturele neuroplastisiteit van tyd tot tyd. Hulle dui egter op interaksies tussen streeksisteme, en die resultate van PPI's stem ooreen met ander verbindingsmetodes soos dinamiese kousale modellering [37].

Korrekte kernkern is gebruik as die bronstreek vir die konnektiwiteitsontledings vir die smaaklike minus mengvoedsel kontras. Globale maksimum (2, 8, 4) vir hierdie streek in die tweede vlak vetsug teenoor normale gewig kontras in die PET data ontledings (sien hieronder) is gebruik om 'n statisties onafhanklike skatting vir die middel van die bronstreek af te lei; Dit word effektief bewaar teen 'dubbele dip' in die keuse van die bron streek [38], en het teoreties geloofwaardige integrasie van die PET- en fMRI-data moontlik gemaak. 'N Sferiese ROI met 'n 10 mm-radius is op hierdie plek gegenereer. Die tydreeks vir elke deelnemer is bereken deur die eerste eiewaarde uit alle voxel-tydreekse in die ROI te gebruik. Hierdie BOLD tydreeks is afgekondig om 'n 'neuronale tydreeks' vir hierdie streek te skat deur die PPI-dekonvolusie-parameter standaard in SPM5 te gebruik. [39]. Die psigofisiologiese interaksietermyn (PPI-regressor) is bereken as die element-vir-element-produk van die ROI neuronale tydreekse en 'n vektorkode vir die hoof-effek van die taak (bv. 1 vir lekker kos, -1 vir gemengde kosse). Hierdie produk is dan weer verbonde aan die kanoniese hemodinamiese responsfunksie (hrf). Die model het ook die hoof-effekte van die taak ingesluit deur die hrf, die 'neuronale tydreeks' vir elke 'bron' en die bewegingsregressors, as gevolg van geen belangstelling ingesluit nie. Vakwyse PPI-modelle [36] is uitgevoer, en kontrasbeelde is gegenereer vir positiewe en negatiewe PPI's. Hierdie hele breinanalise-geïdentifiseerde streke het 'n groter of minder verandering in konnektiwiteit met die bronstreek volgens konteks (di appetiserende teenoor mengvoedsel). Die kontrasbeelde is dan ingeskryf vir tweedevlak-GLM-ontledings vir kontraste van belangstelling en SPM-t-kaarte wat gegenereer word deur gebruik te maak van Gaussian Random Field-teorie om statistiese afleidings te maak.

Results

Gedragsmetings

Die stimulusvalensgraderings is geanaliseer met 'n 3 (stimulus: eetgewoontes teen gemengde kos teen motors) × 2 (groep: vetsugtig teenoor normale gewig) gemengde ANOVA. Dit het aan die lig gebring dat die valensgraderings aansienlik verskil oor stimuluskategorieë, F (2,60) = 6.01, p = .004, ηp2 = .17, maar was soortgelyk in groepe met vetsug en normale gewig (F = 1.46). Veelvuldige vergelykings met Bonferronni-regstellings het aan die lig gebring dat deelnemers smaaklike voedsel as aangenamer beskou as vaal voedsel, t (31) = 4.67, p <.001, of motors, t (31) = 2.76, p = .01, maar het nie vaal beoordeel nie voedsel soos aangenamer as motors, t (31) = .41. Hongergraderings was ook gelyk aan pasiënte en kontrolegroepe (p> .05).

Brein glukose metabolisme

Vetsugtige vakke het aansienlik hoër glukosemetabolisme in die regte caudaat-kern gehad as wat normaalgewigvakke (X = 4, Y = 8, Z = 4, T = 3.97, p = .03, SVC)Figuur 2), maar nie in enige ander a priori streek van belang nie (amygdala, thalamus, insula, of orbitofrontale korteks).

Figuur 2. PET-skanderings met 2- [18F] FDG tydens euglykemiese hiperinsulienemie toon dat glukosemetriese tempo (GMR, μmol / 100 g * min) in die regte caudaat-kern (X = 4, Y = 8, Z = 4) was aansienlik hoër in vetsugtig eerder as in normale gewigvakke (p<.05, SVC).

Paneel A toon die statistiese parametriese kaart van die tussengroep-effek. Paneel B toon die vak-wyse GMR-waardes in die caudaatkern.

doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g002

Streeks-effekte in fMRI

Oor alle vakke het kontrasterende appetiserende versus vetterige kosse tot robuuste aktivering van die beloningskring gelei. Aktivering foci is waargeneem in die mediale prefrontale korteks, anterior cingulate gyrus, regter ventrale striatum, bilaterale posterior insula en posterior cingulate gyrus en precuneus (Figuur 3, Tabel 2). Maar tussen-groepe-analise het aan die lig gebring dat kodering vir verwagte beloning afhanklik was van vetsug. Reaksies op alle kosse (lekker en vetterig) was hoër in vetsugtig as in normale gewigsvakke in die linker amygdala, hippokampus, posterior cingulêre korteks en fusiform gyrus, asook die regte somatosensoriese korteks. Reaksies was egter laer in vetsugtig as in normale gewig onderwerpe in die linker superior voorste gyrus. Tabel 3 bied 'n opsomming van hierdie aktiveringsfokus.

Figuur 3. Breinstreke toon toenemende reaksie op lekker versus vetterige kosse oor alle vakke.

Smaklike voedsel het verhoogde aktiwiteit in anterior (ACC) en posterior cingulêre korteks (PCC), mediale prefrontale korteks (mPFC), regter caudate kern (CAUD) en bilaterale insula (INS). Die data word op p <.005 geteken, ongekorrigeer vir visuele inspeksie.

doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g003

Tabel 2. Breinstreke toon verhoogde reaksie op aptytwekkende versus vaal voedsel in alle vakke, p <.05 (FDR reggestel).

doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t002

Tabel 3. Tussen-groep (vetsugtige teenoor normale gewig en normale gewig teenoor vetsugtige) verskille in serebrale reaksies op alle (aptytwekkende en flou) voedselfoto's, p <.005 (unc.).

doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t003

Vervolgens het ons gevra of vetsugtige vakke groter funksionele reaksies sou toon, spesifiek vir lekkerder as blote kosse. Daarvoor het ons 'n interaksie-analise tussen groep (vetsugtig, normaalgewig) en voedseltipe (lekker, skraal) toegepas. In ooreenstemming met die voorspelling dat vetsug verband hou met hiperaktiwiteit in die beloningskring, was die reaksie op lekker versus vetterige kos in die regte caudate-kern groter in vetsugtig as by normale gewigspersone (Figuur 4a, Tabel 4). In teenstelling hiermee het vetsugtige vakke kleiner funksionele reaksies gehad op lekker versus vetterige kosse as wat normale gewigvakke in die linker-insula, laterale frontale korteks, superieure parietale lobule, regter-orbitofrontale korteks en beter temporale gyrus (Figuur 4b, Tabel 4). So het vetsugtige vakke 'n wanbalans in streeksfunksionele reaksies op verwagte voedselbeloning gehad: groter response in die caudatekern en kleiner responses in verskeie frontale kortikale gebiede

Figuur 4. Differensiële BOLD reaksies op eetlustige en vetterige kosse in normale gewig en vetsugtige vakke in die caudaatkern en anterior insula.

Breinreaksies op aptytwekkende versus vaal voedsel was groter in die kop van die regte caudaatkern (CAUD) van die vetsugtige pasiënte, terwyl die reaksies op aptytwekkende versus vaal voedsel groter was in die regter anterior insula (INS) van die individue met normale gewig . Die data word op p <.005 geteken, ongekorrigeer vir visuele inspeksie.

doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g004

Tabel 4. Tussen-groep (vetsugtige teenoor normale gewig en normale gewig teenoor vetsugtige) verskille in serebrale reaksies op aptytwekkende versus vaal voedsel, p <.005 (unc.)

doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t004

Ten slotte, om te ondersoek of toniese hiperaktiwiteit van die caudate-kern in die in [18F] FDG PET-skandering sal abnormale verwagtende beloning op fMRI voorspel. Ons het eerstens subjektiewe GMR-waardes in die caudatekern uit die parametriese GMR-beelde onttrek. Vervolgens gebruik ons ​​hierdie waardes as 'n regressor in 'n tweedevlakmodel wat die BOLD-antwoorde vergelyk met smaaklike versus vetterige kos in fMRI. Hierdie analise het getoon dat verhoogde glukosemetabolisme in die caudate-kern voorspel het dat kleiner responses op smaaklike versus mengvoedsel spesifiek in die regter laterale frontale korteks (Figuur 5). Hierdie bevinding is in ooreenstemming met onvoldoende inhibitiewe beheer van subkortikale beloningstelsels deur die frontale korteks.

Figuur 5. Hoë glukosemetaboliese tempo (GMR, μmol / 100 g * min) in die caudate-kern tydens 2- [18F] FDG PET-skandering is negatief geassosieer met antwoorde op lekker versus mengvoedsel in regter-laterale frontale korteks (LFC) in die fMRI-eksperiment.

Paneel A toon die streek waar die verskil waargeneem word, paneel B toon 'n verspreidingsdiagram van die GMR's en BOLD-antwoorde.

doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g005

Psigofisiologiese interaksies

Nadat ons bewyse gevind het vir 'n sentrale rol van die caudaatkern in die bemiddeling van abnormale antisiperende beloning in vetsug, het ons vervolgens gevra of hierdie breinstreek abnormale funksionele taakverwante verbinding met ander belangrike breinstreke, soos dié van die limbiese stelsel, het. Dit wil sê, ons het gevra watter breinstreke sentraal sou wees in die modulering van die antisiperende beloningsverwante aktiwiteit in die caudaatkern terwyl ons aptytwekkend versus vaal voedsel beskou. Ons het psigofisiologiese interaksies gebruik om die funksionele konnektiwiteit van die caudaatkern te bepaal, met behulp van die voxel met die grootste verskil in glukose-metabolisme in die PET-data as die middelpunt van die saadstreek. Ons het gevind dat vetsugtige proefpersone aansienlik sterker konneksie getoon het tussen die regte caudaatkern en die regter basolaterale amygdala (X = 33, Y = -5, Z = -16, T = 3.92, p <.005, unc.), Primêre somatosensoriese korteks (X = 39, Y = −13, Z = 32, T = 3.63, p <.005, unc.) En posterior isolasie (X = 30, Y = 14, Z = 18, T = 3.47, p <.005, unc .) as proefpersone met normale gewig (Figuur 6).

Figuur 6. Effektiewe konnektiwiteit.

By die kyk na aptytwekkende versus vaal voedsel, was die effektiewe verbinding tussen die regte caudaatkern en die regte amygdala (AMY), die insula (INS) en die somatosensoriese korteks (SSC) groter by vetsugtig as by normale gewigte. Die data word op p <.005 geteken, ongekorrigeer vir visuele inspeksie.

doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g006

Bespreking

Hierdie studie onthul die spesifieke maniere waarop vetsug die responsiwiteit sowel as funksionele verbindings van die beloningskring in die brein verander.. Spesifiek onderstreep die resultate 'n sentrale rol vir die dorsale caudate-kern, 'n streek wat gewone leer en aansporingsmotivering bevorder, om verskillende neurale insette in die proses van antisiperende voedselbeloning te integreer. Tydens hiperinsulinemie wat met 'n hiperinsulinemiese euglycemiese klem bereik is, het die dorsale caudaatkern 'n hoër basale glukose-metabolisme gehad by vetsugtige proefpersone as by normale gewigte. Die fMRI-eksperiment het getoon dat alhoewel die vetsugtige en normale gewigte soortgelyke selfverslae aan die aangenaamheid van die voedselstimuli gegee het, het die stimuli verskillende patrone van breinaktivering en veranderinge in konnektiwiteit tussen die twee groepe ontlok. Wanneer smaaklike en vaal voedsel met mekaar gekontrasteer is, het die caudate-kern groter reaksie getoon by die vetsugtige proefpersone. Daarteenoor het vetsugtige proefpersone nie die kortikale remmende streke, soos die dorsolaterale en orbitofrontale kortis, geaktiveer in reaksie op aptytwekkende kos nie; hierdie verskynsel was ook beduidend gekorreleer met hoër basale glukose-metabolisme in die dorsale caudaatkern. Uiteindelik het dieselfde streek van die dorsale caudaatkern wat verhoogde glukosemetabolisme by vetsugtige versus normale gewigdeelnemers het, ook verhoogde konnektiwiteit met die amygdala en posterior insula by vetsugtige proefpersone getoon terwyl hulle aptytwekkend versus vaal voedsel gekyk het. Dit is belangrik dat hierdie effekte waargeneem is onder omstandighede waar deelnemers nie doelbewus aandag gee aan die inhoud van die prikkelfoto's nie. Gevolglik dui die resultate daarop dat die implisiete verwerking van visuele aanwysings vir eetgewoontes gemoduleer word deur vetsug, wat kan verklaar waarom vetsugtige individue probleme ondervind om hul eetgoed te beperk wanneer hulle voedsel met hoë kalorieë sien. Ons moet nietemin daarop let dat dit moontlik is dat die deelnemers tot 'n sekere mate betrokke kon gewees het in eksplisiete beloningverwerking, alhoewel die gedragstaak onafhanklik was van die beloningswaarde van die kosfoto's. Gevolglik moet toekomstige studies vasstel of vetsugtige en normale gewig individue kan verskil met betrekking tot implisiete versus eksplisiete beloningverwerking.

 Streekverskille in die Caudate-kern

Dorsale caudaat-kern is betrokke by gewone stimulus-respons-leer, motivering en kondisionering, en beeldstudies in mense dui daarop dat dit bydra tot die verskeidenheid funksies wat verband hou met beloningsteken en verslawings.. Pasiënte met dwelmverslawing toon laer basislyn D2 reseptor (D2R) digtheid in die striatum, en stampende dopamien vrystelling na die toediening van die dwelmmiddel [40]. Voedselverbruik word ook geassosieer met die vrystelling van dopamien in die dorsale striatum by gesonde vakke, en die hoeveelheid vrygestelde dopamien word positief gekorreleer met graderings van kos aangename [12]. In fMRI eksperimente, is aktivering van die caudate kern geassosieer met self-gerapporteerde drang vir spesifieke kosse [8], en vetsugtige vakke is gevind om verhoogde striatale reaksies op voedselbeelde te toon [10]. Vetsugtige vakke het ook baseline gestraal D verlaag2R-digtheid, en dit is voorgestel dat dit afwaartse regulering kan weerspieël wat gereeld verbygaande dopamienverhogings vergoed weens voortdurende oorskatting van die beloningskring deur middel van dwelmgebruik of eet [11].

Deur die hyperinsulinemiese klem te gebruik, het ons 'n situasie gesimuleer waar die liggaam in 'n versadigde toestand is in terme van insulien sein. Alhoewel hierdie benadering nie fisiologiese versadiging heeltemal simuleer weens 'n gebrek aan orosensoriese stimulasie en vrystelling van hormone uit die derm, het die placebo-beheerde intraveneuse glukose getoon om hormonale merkers van versadiging te verhoog [41] en dopaminerge aktiwiteit in die beloningskring by mans [42]. Ons het bevind dat die dorsale striatum van die vetsugtige vakke hiperaktief bly in vergelyking met normale gewig onder hipersinsulienemiese klem. Aangesien die klem stabiele bloedglukosevlakke behou, dui die verhoogde glukosemetabolisme in die vetsugtige vakke tydens die klem aan dat die caudaatkern van die vetsugtige vakke kan bydra tot voedselgedrag selfs wanneer die bloedglukosekonsentrasie nie kan afneem nie. Verder, as gevolg van sy betrokkenheid by implisiete leer en gewoontevorming, kan die caudaat bydra tot die verwerking van beide implisiete (perifere) en eksplisiete (visuele, orosensiewe) versadigingssine. Hierdie seine kan gevolglik lei tot ooreet selfs wanneer die liggaam nie bykomende energie-inname benodig nie.

Daar is vasgestel dat in vetsugtige vakke, D2R beskikbaarheid in striatum is negatief geassosieer met voorokortiese glukosemetabolisme [43]. Ons gekombineerde PET-fMRI data het hierdie bevindinge parallel gemaak. Wanneer glukosemetabolisme in caudate-kern gebruik is as 'n regressor vir die modellering van die funksionele reaksies op lekker versus vetterige kosse in fMRI, het ons 'n beduidende negatiewe assosiasie met glukosemetabolisme in die caudaat-kern en prefrontale BOLD-antwoorde gevind (Figuur 5). Gevolglik kan versuim om die prefrontale meganismes te betrek, wat bydra tot inhibitiewe beheer en saligheidsverdeling, die ooreating bevorder deur die drempel vir voedselgeïnduceerde beloning in die caudaat-kern te verlaag. Daar moet egter ook op gelet word dat sommige vorige studies [19] het verhoogde frontale reaksies op kosfoto's in vetsugtige teenoor normale gewig individue gerapporteer. Dit is waarskynlik dat hierdie afwykings oor studies weerspieël taakafhanklike betrokkenheid van die frontale korteks: terwyl ons studie implisiete verwerking van kortgesonde voedselwyses gehad het, het Rothemund en kollegas relatief lang stimulusaanbieding met 'n geheugentaak gehad. Dit is dus moontlik dat die vetsugtige individue nie die kognitiewe beheerkringe kan aktiveer nie, veral wanneer hulle nie die voedselprodukte wat hulle besigtig, eksplisiet verwerk nie. Gevolglik dui dit daarop dat selfs 'ongesiene' of onbewaakte kosfoto's in verskillende advertensies kragtige dringings kan veroorsaak om in vetsugtige individue te eet.

Doeltreffende verbindings van Caudate Nucleus en Amygdala

Die amygdala is betrokke by vroeë stadiums van beloningverwerking [44], en dit toon konsekwente reaksies op visuele aanbiedings van voedsel [6], [22]. Individuele verskille in beide beloningstrywe [21] en liggaamsgewig [10] is bekend om die amygdala-reaksies op visuele aanbiedings van voedsel te beïnvloed. In die huidige studie het ons ook bevind dat amygdala-reaksies op voedsel in die vetsugtige vakke verhef is. Verder, toe effektiewe verbindingspatrone (PPI's) van caudate-kern ondersoek is, het ons bevind dat die verbindings van die caudate-kern en die ipsilaterale amygdala verhef is in die vetsugtige vakke. In die algemeen is hierdie data in ooreenstemming met vorige bevindinge in normale gewigsvakke wat toon dat effektiewe konnektiwiteit tussen amygdala en stratum beïnvloed word deur individuele verskille in selfversorgde begeerte om te eet op die gesig van voedsel ('eksterne voedselgevoeligheid') [22]. Nietemin, terwyl vorige studies bevind het dat veral die ventrale striatum betrokke is by beloningvooruitsig [21] en dat die koppeling tussen ventrale striatum (nucleus accumbens) en amygdala beïnvloed word deur eksterne voedsel sensitiwiteit [22], het ons gevind dat vetsug die koppeling tussen die amygdala en meer dorsale dele van die caudaatkern beïnvloed. Die bewyse rakende die rol van dorsale striatum in beloningverwerking is taamlik gemeng, met 'n paar studies wat dit verbind tot die verwerking van die voorkoms [45] en ander tot verbruik [46] belonings. Nietemin is die rol van dorsale striatum in kodering van aksie-uitkomsverenigings vir potensiële belonings baie beter gevestig [47], [48]. Gevolglik stel ons voor dat herhaalde blootstelling aan smaaklike kosse in vetsug lei tot sterk voedsel-stimulus-beloning-reaksiesverenigings en -voorkeure, en implisiet verrichte uitkomsevaluasies aangaande die potensiële belonings by vetsugtige individue, sodoende die interkonneksiwiteit tussen die amygdala en die dorsale striatum moduleer na aanskouing van voedsel.

Die interpretasie van 'n belangrike PPI is dat daar 'n differensiële betrokkenheid van anatomiese verbindings is as 'n funksie van sielkundige konteks. Alhoewel die PPI nie gebruik kan word om te openbaar of sulke verbindings bestaan ​​of nie, is dit waarskynlik dat die PPI's wat ons waargeneem het, veranderinge weerspieël in die betrokkenheid van direkte anatomiese verbindings tussen die saad- en teikengebiede omdat sulke direkte anatomiese verbindings tussen die striatum en amygdala ondersteun word. deur studies in ander primate op te spoor [49], [50]. Tog kan die PPI's nie gebruik word om die rigtinggewendheid van die waargenome verbindings af te lei nie. Daarom kan ons nie sê of: i) Verhoogde glukosemetabolisme in die caudatekern verhoog die konnektiwiteit tussen die Caudate-kern en Amygdala of ii) Verhoogde insette van Amygdala verhoog die glukosemetabolisme in caudate kern.

Amygdala neurone vergemaklik beloning soek via hul projeksies aan die striatum [44]. Stimulering van die μ-opioïede reseptore in die striatum-snellers word ooreet, maar dit kan geblokkeer word deur inaktivering van die amygdala [51], [52]. Gevolglik kan verhoogde amygdalo-striatale konnektiwiteit lei tot toniese stygings in die aktiwiteit van die caudate-kern, wat die kritieke meganisme kan wees wat die ooreating in vetsug verduidelik. Terselfdertyd kan amygdala betrokke wees by verwagte voedselbeloning deur emosionele valensie toe te ken aan lekkernye, en om geleerde en kompulsiewe eetpatrone te beïnvloed deur verbeterde konneksiwiteit met die dorsale kaakvormige kern.

Effektiewe Konnektiwiteit van Caudate Nukleus en Insula

Die PPI ontledings het getoon dat die interkonneksiwiteit tussen dorsale striatum en posterior insula verhef is in die vetsugtige teenoor normale gewig onderwerpe, terwyl streeksreaksies op lekker versus mengvoedsel in die anterior insula kleiner was in die vetsugtige vakke. Die anterior insula integreer outonome en viscerale seine in motiverende en emosionele funksies, terwyl die posterior insula vermoedelik onderliggend is aan somatosensoriese, vestibulêre en motoriese integrasie sowel as die beheer van liggaamlike state [53]. Onlangse werk dui ook daarop dat somatosensoriese sein in die insula aansienlik kan bydra tot verslawing, veral met dringend om die dwelmmisbruik te gebruik. [53]). Vorige PET- en fMRI-studies het insula gekoppel aan die verwerking van aangename ekstras [8], [9], [46], maar perifere seine soos leptien beïnvloed ook insulêre reaksie op die sien van voedsel. In leptien-gebrekkige volwassenes is insulêre reaksies op eetlustige kosse groter tydens leptienekort eerder as tydens leptienvervanging. [54]. Verder, in vetsugtige vakke met leptientekort, leptienvervanging demp insulêre reaksies om kosse kos te bekyk [55]. Aangesien die insula beide interne (dws hormonale) en eksterne (di visuele) voedselverwante leidrade verwerk [56], ontwrigtings in hierdie integrasie van interne en eksterne leidrade kan veroorsaak dat vetsugtige vakke meer geneig is om te eet op die gesig van voedsel as gevolg van die verhoogde konnektiwiteit van insula en dorsale striatum. Aangesien posterior-insula betrokke is by die beheer van liggaamlike toestande, kan verhoogde konnektiwiteit tussen posterior-insula en dorsale caudaat-kern impliseer dat herroepde voorstellings van postprandiale somatiese toestande deur die insula moontlik die voedingsgedrag kan versterk deur aansporingsleer ondergeskik deur die dorsale caudaat-kern [18]. In ooreenstemming met hierdie idee het die caudate-kern ook hoër taakverwante konnektiwiteit met somatosensoriese korteks in vetsug getoon, wat bevestig dat blote visuele leidrade van kosse somatiese sensasies wat verband hou met eet, kan veroorsaak. Hierdie sensasies kan voorts bevorder, selfs in die afwesigheid van fisiologiese honger seine [15]. Desalniettemin moet daarop gelet word dat sommige vorige studies verhoogde anterior insulêre reaksies op verwagte en verbruikende voedselverwante belonings in vetsugtige eerder as in maer individue gevind het. [10], [57]. Alhoewel ons nie hierdie duidelike bevindinge duidelik verklaar nie, is dit moontlik dat hulle verskille in die vetsugtige vakbevolkings wat by die studies betrokke is, weerspieël, soos om geskiedenis en gewoontes te eet, asook genetiese en hormonale faktore.

Beperkings en toekomstige aanwysings

Een voor die hand liggende beperking van die huidige studie was dat, ten spyte van 'n groot steekproefgrootte (n = 35), die tussengroep vergelykings vir fMRI data nie betekenisvol was toe dit gekorrigeer is vir veelvuldige vergelykings. Alhoewel die tussengroepverskille in voorspelde streke waargeneem word, moet 'n mate van waarskuwing tydens die interpretasie van die bevindings waarborg word. Daarbenewens moet dit beklemtoon word dat ons nie die presiese sielkundige meganisme wat in verhoogde breinreaksies op voedselfoto's in vetsugtige individue lei, ten volle kan definieer nie. Alhoewel ons aansigte gekry het van die waargenome aangename genot ('smaak') van die kosse, was dit soortgelyk aan vetsugtige en normale gewig individue. Gevolglik is dit onwaarskynlik dat verhoogde smaak van lekker kos in vetsug sal bydra tot die verskille in breinresponse. Dit kan egter gespekuleer word dat voedselverliefde eerder as om te lyk, die sleutelfaktor kan wees wat breinresponse op kosfoto's in vetsug moduleer. Ter ondersteuning van hierdie hipotese, is getoon dat alhoewel vetsugtige en normale gewig individue 'soos' kosse is, is stresgeïnduceerde voedselgedring baie hoër by vetsugtige individue [58]. In toekomstige funksionele beeldvormingstudies sal dit dus noodsaaklik wees om die 'craving' en 'liking'-reaksies op voedsel in vetsugtige teenoor normale gewig individue uit te skakel. Verder, aangesien dringende antwoorde deur die dopaminerge skakel van die beloningskring bemiddel word, [24]Dit is noodsaaklik om gekombineerde neurotransmitter-PET-fMRI-studies uit te voer waarin 'n mens kan toets of die beskikbaarheid van striatale dopamien by vetsugtige en maer individue die reaksies van die beloningskring op eksterne stimulasie met voedsel voorspel.

Gevolgtrekking

Ons wys dat vetsug geassosieer word met verhoogde glukosemetabolisme van die caudate-kern, sowel as gewysigde streeksreaksies en veranderde konnektiwiteit van die beloningskring wanneer u appetiserende teenoor mengvoedsel sien. Hierdie data parallel met die bevindings oor veranderde breinfunksionering in verslawende versteurings, en ondersteun die siening dat vetsug 'n gemeenskaplike neurale substraat met verslawings kan deel. [2], [59]. Spesifiek, verhoogde sensitiwiteit vir eksterne voedselwyses in vetsug kan abnormale stimulus-respons-leer en aansporingsmotivering insluit wat deur die dorsale caudaatkernus ondergaan word, wat weer te danke kan wees aan abnormaal hoë insette van die amygdala- en posterior-insula en disfunksionele inhibitiewe beheer deur die voorste kortikale streke. Hierdie funksionele veranderinge in die responsiwiteit en interkonneksiwiteit van die beloningskring en kognitiewe beheerstelsels kan 'n kritiese meganisme wees wat die oordeel van obesit verduidelik.y.

Erkennings

Die studie is uitgevoer in die Finse Sentrum vir Uitnemendheid in Molekulêre Imaging in Kardiovaskulêre en Metaboliese Navorsing, ondersteun deur die Akademie van Finland, die Universiteit van Turku, die Universiteit van Turku en die Akademiese Universiteit van Akoo. Ons bedank die Turku PET Center-radiograwe vir hul hulp met die data-verkryging sowel as ons deelnemers om hierdie studie moontlik te maak.

Skrywer Bydraes

 

Ontleed en ontwerp die eksperimente: LN JH PN. Voer die eksperimente uit: LN JH JCH HI MML PS. Ontleed die data: LN JH JCH HI. Skryf die vraestel: LN JH PN.

Verwysings

WIE (2000) Vetsug: voorkoming en bestuur van die globale epidemie. Verslag van 'n WHO konsultasie. World Health Organ Tech Rep Ser 894: i-xii, 1-253. Vind hierdie artikel aanlyn

Volkow ND, Wise RA (2005) Hoe kan dwelmverslawing ons help om vetsug te verstaan? Natuur Neurowetenskap 8: 555-560. Vind hierdie artikel aanlyn

Berridge KC (1996) Voedselbeloning: Brein substrate van wil en smaak. Neurowetenschappen en Biobehavioral Reviews 20: 1-25. Vind hierdie artikel aanlyn

Ikemoto S, Panksepp J (1999) Die rol van nukleus volg dopamien in gemotiveerde gedrag: 'n verenigende interpretasie met spesiale verwysing na beloning. Brein Ondersoek Resensies 31: 6-41. Vind hierdie artikel aanlyn

Kelley AE (2004) Ventrale striatale beheer van aptitiewe motivering: Rol in innige gedrag en beloningverwante leer. Neurowetenschappen en Biobehavioral Reviews 27: 765-776. Vind hierdie artikel aanlyn

Killgore WDS, Young AD, Femia LA, Bogorodzki P, Rogowska J et al. (2003) Kortikale en limbiese aktivering tydens besigtiging van hoë-versus lae-kalorie kosse. NeuroImage 19: 1381-1394. Vind hierdie artikel aanlyn

LaBar KS, Gitelman DR, Parrish TB, Kim YH, Nobre AC, et al. (2001) Honger moduliseer selektief kortikolimbiese aktivering vir voedselstimuli by mense. Gedrags neuro-wetenskap 115: 493-500. Vind hierdie artikel aanlyn

Pelchat ML, Johnson A, Chan R, Valdez J, Ragland JD (2004) Beelde van begeerte: Voedseldoek-aktivering tydens fMRI. NeuroImage 23: 1486-1493. Vind hierdie artikel aanlyn

Wang GJ, Volkow ND, Telang F, Jayne M, Ma J et al. (2004) Blootstelling aan aptytvoedselstimulasies aktiveer die menslike brein merkbaar. Neuroimage 21: 1790-1797. Vind hierdie artikel aanlyn

Stoeckel LE, Weller RE, Cook EWIii, Twieg DB, Knowlton RC, et al. (2008) Wydverspreide beloningstelsel-aktivering in vetsugtige vroue in reaksie op prente van hoë-kalorie-kosse. NeuroImage 41: 636-647. Vind hierdie artikel aanlyn

Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, et al. (2001) Brein dopamien en vetsug. Lancet 357: 354-357. Vind hierdie artikel aanlyn

Klein DM, Jones-Gotman M, Dagher A (2003) Voedingsgeïnduceerde dopamien-vrystelling in dorsale striatum korreleer met maaltydvriendelikheidsgraderings by gesonde menslike vrywilligers. NeuroImage 19: 1709-1715. Vind hierdie artikel aanlyn

Kelley AE, Berridge KC (2002) Die neurowetenskap van natuurlike belonings: Toepaslikheid vir verslawende middels. Blaar van Neurowetenskap 22: 3306-3311. Vind hierdie artikel aanlyn

Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Telang F (2008) Oorvleuelende neuronale stroombane in verslawing en vetsug: bewyse van stelselspatologie. Filosofiese Transaksies van die Koninklike Genootskap B-Biologiese Wetenskappe 363: 3191-3200. Vind hierdie artikel aanlyn

Cornell CE, Rodin J, Weingarten H (1989) Stimulus-geïnduseerde eet wanneer versadig. Physiol Behav 45: Vind hierdie artikel aanlyn

Koob GF, Volkow ND (2010) Neurokringkunde van Verslawing. Neuropsigofarmacologie 35: 217-238. Vind hierdie artikel aanlyn

Volkow ND, Wang GJ, Telang F, Fowler JS, Thanos PK, et al. (2008) Lae dopamienstriatale D2-reseptore word geassosieer met prefrontale metabolisme in vetsugtige vakke: Moontlike bydraende faktore. NeuroImage 42: 1537-1543. Vind hierdie artikel aanlyn

Verdejo-Garcia A, Bechara A (2009) 'n Somatiese merkerteorie van verslawing. Neurofarmakologie 56: 48-62. Vind hierdie artikel aanlyn

Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, et al. (2007) Differensiaalaktivering van die dorsale striatum deur hoë-kalorie visuele voedselstimuli by vetsugtige individue. NeuroImage 37: 410-421. Vind hierdie artikel aanlyn

Franken IHA, Muris P (2005) Individuele verskille in sensitiwiteit van beloning is verwant aan voedselvergeefs en relatiewe liggaamsgewig by gesonde vroue. Eetlus 45: 198-201. Vind hierdie artikel aanlyn

Bever JB, Lawrence AD, van Ditzhuijzen J, Davis MH, Woods A, et al. (2006) Individuele verskille in beloningstasie voorspel neurale response op beelde van voedsel. Blaar van Neurowetenskap 26: 5160-5166. Vind hierdie artikel aanlyn

Passamonti L, Rowe JB, Schwarzbauer C, Ewbank MP, von dem Hagen E, et al. (2009) Persoonlikheid voorspel die reaksie van die brein op die beskouing van smaaklike voedsel: die neurale basis van 'n risikofaktor vir ooreet. J Neurosci 29: 43–51. Vind hierdie artikel aanlyn

Dagher A (2009) Die neurobiologie van eetlus: honger as verslawing. Internasionale Tydskrif van Vetsug 33: S30-S33. Vind hierdie artikel aanlyn

Berridge KC, Ho CY, Richard JM, DiFeliceantonio AG (2010) Die verleidelike brein eet: Genot en begeerte stroombane in vetsug en eetversteurings. Breinnavorsing 1350: 43-64. Vind hierdie artikel aanlyn

Stoeckel LE, Kim J, Weller RE, Cox JE, Cook EW Iii, et al. (2009) Effektiewe konneksiwiteit van 'n beloningsnetwerk by vetsugtige vroue. Breinnavorsingsbulletin 79: 388-395. Vind hierdie artikel aanlyn

Sokoloff L (1999) Energetika van funksionele aktivering in neurale weefsels. Neurochemiese Navorsing 24: 321-329. Vind hierdie artikel aanlyn

DeFronzo RA, Tobin JD, Andres R (1979) Glukoseklemtegniek: 'n metode om insulienafskeiding en weerstand te kwantifiseer. AmJPhysiol 237: E214-E223. Vind hierdie artikel aanlyn

Bradley MM, Lang PJ (1994) Meet emosie - Die selfassesseringspop en die semantiese differensiaal. Tydskrif vir gedragsterapie en eksperimentele psigiatrie 25: 49–59. Vind hierdie artikel aanlyn

Kaisti KK, Langsjo JW, Aalto S, Oikonen V, Sipila H, et al. (2003) Effekte van sevofluraan, propofol en addisionele stikstofoksied op streeksbloedbloedvloei, suurstofverbruik en bloedvolume by mense. Narkose 99: 603-613. Vind hierdie artikel aanlyn

Kaisti KK, Metsahonkala L, Teras M, Oikonen V, Aalto S, et al. (2002) Effekte van chirurgiese vlakke van propofol en sevoflurane-narkose op serebrale bloedvloei in gesonde vakke bestudeer met positronemissie-tomografie. Narkose 96: 1358-1370. Vind hierdie artikel aanlyn

Hamacher K, Coenen HH, Stocklin G (1986) Effektiewe Stereospesifieke Sintese van 2- [F-18] -Fluoro-2-deoksied-D-glukose wat nie draers bevat nie. Gebruik Aminopolyether Ondersteunde Nukleofiele Substitusie. Tydskrif vir Kerngeneeskunde 27: 235-238. Vind hierdie artikel aanlyn

Graham MM, Muzi M, Spence AM, O'Sullivan F, Lewellen TK, et al. (2002) Die FDG klap konstant in die normale menslike brein. Tydskrif vir Kerngeneeskunde 43: 1157-1166. Vind hierdie artikel aanlyn

Maldjian JA, Laurienti PJ, Kraft RA, Burdette JH (2003) 'n Outomatiese metode vir neuroanatomiese en sitoarchitoniese atlasgebaseerde ondervraging van fMRI datastelle. Neuroimage 19: 1233-1239. Vind hierdie artikel aanlyn

Tzourio-Mazoyer N, Landeau B, Papathanassiou D, Crivello F, Etard O, et al. (2002) Outomatiese anatomiese etikettering van aktiverings in SPM met behulp van 'n makroskopiese anatomiese parcellasie van die MNI MRI enkel-onderwerp brein. Neuroimage 15: 273-289. Vind hierdie artikel aanlyn

Amaro E, Barker GJ (2006) Bestudeer ontwerp in MRI: Basiese beginsels. Brein en kognisie 60: 220-232. Vind hierdie artikel aanlyn

Friston KJ, Buechel C, Fink GR, Morris J, Rolls E, et al. (1997) Psigofisiologiese en modulerende interaksies in neuroimaging. NeuroImage 6: 218-229. Vind hierdie artikel aanlyn

Passamonti L, Rowe JB, Ewbank M, Hampshire A, Keane J et al. (2008) Verbindings vanaf die ventrale anterior cingulaat na die amygdala word gemoduleer deur middel van appetitiewe motivering in reaksie op gesigs seine van aggressie. NeuroImage 43: 562-570. Vind hierdie artikel aanlyn

Kriegeskorte N, Simmons WK, Bellgowan PSF, Baker CI (2009) Omsendbriefontleding in stelsels neurowetenskap: die gevare van dubbeldompeling. Natuur Neurowetenskap 12: 535-540. Vind hierdie artikel aanlyn

Gitelman DR, Penny WD, Ashburner J, Friston KJ (2003) Modellerende streeks- en psigofisiologiese interaksies in fMRI: die belangrikheid van hemodinamiese dekonvolusie. NeuroImage 19: 200-207. Vind hierdie artikel aanlyn

Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ, Swanson JM (2004) Dopamien in dwelmmisbruik en verslawing: resultate van beeldstudies en behandelingsimplikasies. Molekulêre Psigiatrie 9: 557-569. Vind hierdie artikel aanlyn

Haltia LT, Savontaus E, Vahlberg T, Rinne JO, Kaasinen V (2010) Akute hormonale veranderinge na intraveneuse glukose-uitdaging by maer en vetsugtige mense. Scandinavian Journal of Clinical & Laboratory Investigation 70: 275–280. Vind hierdie artikel aanlyn

Haltia LT, Rinne JO, Merisaari H, Maguire RP, Savontaus E, et al. (2007) Effekte van intraveneuse glukose op dopaminerge funksie in die menslike brein in vivo. Synapse 61: 748-756. Vind hierdie artikel aanlyn

Volkow ND, Wang GJ, Telang F, Fowler JS, Thanos PK, et al. (2008) Lae dopamienstriatale D2-reseptore word geassosieer met prefrontale metabolisme in vetsugtige vakke: Moontlike bydraende faktore. NeuroImage 42: 1537-1543. Vind hierdie artikel aanlyn

Ambroggi F, Ishikawa A, Fields HL, Nicola SM (2008) Basolaterale amygdala-neurone vergemaklik beloning-soekende gedrag deur opwindende nucleus accumbens neurone. Neuron 59: 648-661. Vind hierdie artikel aanlyn

Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Logan J, Jayne M, et al. (2002) "Nonhedonic" voedselmotivering in mense behels dopamien in die dorsale striatum en metielfenidaat versterk hierdie effek. Synapse 44: 175-180. Vind hierdie artikel aanlyn

Klein DM, Zatorre RJ, Dagher A, Evans AC, Jones-Gotman M (2001) Veranderinge in breinaktiwiteit wat verband hou met die eet van sjokolade - Van plesier tot afkeer. Brein 124: 1720–1733. Vind hierdie artikel aanlyn

O'Doherty J, Dayan P, Schultz J, Deichmann R, Friston K, et al. (2004) Dissociable rolle van ventrale en dorsale striatum in instrumentale kondisionering. Wetenskap 304: 452-454. Vind hierdie artikel aanlyn

Balleine BW, Delgado MR, Hikosaka O (2007) Die rol van die dorsale striatum in beloning en besluitneming. Blaar van Neurowetenskap 27: 8161-8165. Vind hierdie artikel aanlyn

Russchen FT, Bakst I, Amaral DG, Prys JL (1985) The Amygdalostriatal Projections in the Monkey - an Anterograde Tracing Study. Breinnavorsing 329: 241–257. Vind hierdie artikel aanlyn

Friedman DP, Aggleton JP, Saunders RC (2002) Vergelyking van hippocampus-, amygdala- en perirhinale projeksies aan die kernkarakters: Gekombineerde anterograde- en retrograde-spore-studie in die makaque brein. Tydskrif van vergelykende neurologie 450: 345-365. Vind hierdie artikel aanlyn

Sal MJ, Franzblau EB, Kelley AE (2004) Die amygdala is krities vir opioïed-gemedieerde binge-eet van vet. NeuroReport 15: 1857-1860. Vind hierdie artikel aanlyn

Baldo BA, Alsene KM, Negron A, Kelley AE (2005) Hiperfagie geïnduceer deur GABAA-reseptor-gemedieerde inhibisie van die kern accumbens dop: Afhanklikheid van intakte neurale uitset van die sentrale amigdaloid-streek. Gedrags neuro-wetenskap 119: 1195-1206. Vind hierdie artikel aanlyn

Naqvi NH, Bechara A (2009) Die verborge eiland van verslawing: die insula. Neigings in Neurowetenskappe 32: 56-67. Vind hierdie artikel aanlyn

Baicy K, Londen ED, Monterosso J, Wong ML, Delibasi T, et al. (2007) Leptienvervanging verander breinreaksie aan voedselwyses by geneties leptien-gebrekkige volwassenes. Verrigtinge van die Nasionale Akademie van Wetenskappe 104: 18276-18279. Vind hierdie artikel aanlyn

Rosenbaum M, Sy M, Pavlovich K, Leibel RL, Hirsch J (2008) Leptien omkeer gewigsverlies-geïnduseerde veranderinge in streeks neurale aktiwiteit reaksies op visuele voedsel stimuli. Die Tydskrif van Kliniese Ondersoek 118: 2583-2591. Vind hierdie artikel aanlyn

Cornier MA, Salzberg AK, Endly DC, Bessesen DH, Rojas DC, et al. (2009) Die effekte van oorvoeding op die neuronale reaksie op Visuele Voedselwyses in Dunne en Verminderde-Obese Individue. PLUIS EEN 4: e6310. Vind hierdie artikel aanlyn

Stice E, Spoor S, Bohon C, Veldhuizen MG, Klein DM (2008) Verhouding van Beloning Van Voedselinname en Verwagte Voedself inname tot Vetsug: 'n Funksionele Magnetiese Resonansie Imaging Studie. Tydskrif van Abnormale Sielkunde 117: 924-935. Vind hierdie artikel aanlyn

Lemmens SG, Rutters F, Gebore JM, Westerterp-Plantenga MS (in pers) Stres verhoog voedsel wat 'n behoefte het en energie-inname by onderdane met oorgewig in die afwesigheid van honger. Fisiologie en gedrag in pers, reggestelde bewys.

Nathan PJ, Bullmore ET (2009) Van smaak-hedonika tot motiveringsrit: sentrale mu-opioïede reseptore en binge-eetgedrag. International Journal of Neuropsychopharmacology 12: 995-1008. Vind hierdie artikel aanlyn