Odnos nagrade od unosa hrane i očekivanog unosa hrane u gojaznost: Funkcionalna studija magnetne rezonancije (2008)

J Abnorm Psychol. Autorski rukopis; dostupno u PMC 2009 May 13.

J Abnorm Psychol. 2008 Nov; 117 (4): 924 – 935.

doi: 10.1037 / a0013600

PMCID: PMC2681092

NIHMSID: NIHMS100845

Eric Stice i Sonja Spoor

Oregon Research Institute

Odsjek za psihologiju, Univerzitet Oregon

Marga Veldhuizen i Dana Small

Laboratorija JB Pierce, Univerzitet Yale

sažetak

Mi smo testirali hipotezu da gojazni pojedinci doživljavaju veću nagradu od potrošnje hrane (nagrada za konzumaciju hrane) i očekivanu potrošnju (predviđanje prehrambene nagrade) nego mršavi pojedinci koji koriste funkcionalnu magnetnu rezonancu (fMRI) sa 33 adolescentkinjama (M age = 15.7 SD = 0.9) .

Ou odnosu na lean adolescentice pokazale su veću aktivaciju bilateralno u gustatornom korteksu (prednja i srednja insula, frontalni operkulum) iu somatosenzornim regijama (parijetalni operkulum i Rolandic operculum) kao odgovor na očekivani unos čokoladnog milkshakea (u odnosu na neukusno rješenje) i stvarna potrošnja milkshakea (u odnosu na rješenje bez ukusa); ova područja mozga kodiraju senzorne i hedonističke aspekte hrane.

Međutim, ou odnosu na mršave adolescentkinje pokazale su i smanjenu aktivaciju u kaudatnom jezgru in odgovor na potrošnju milkshakea u odnosu na rješenje bez okusa, potencijalno zato što imaju smanjenu dostupnost dopaminskih receptora.

Rezultati pokazuju da pojedinci koji pokazuju veću aktivaciju u gustatornom korteksu i somatosenzornim regijama kao odgovor na predviđanje i konzumiranje hrane, ali koji pokazuju slabiju aktivaciju u striatumu tokom unosa hrane, mogu biti izloženi riziku prejedanja i posljedičnog povećanja težine.

Ključne riječi: gojaznost, anticipatorna nagrada za hranu, konzumacijska nagrada za hranu, fMRI

Gojaznost je hronična bolest koja se zasniva na smrti od 111,000-a godišnje u SAD-u, što je uglavnom rezultat aterosklerotične cerebrovaskularne bolesti, koronarne bolesti srca, kolorektalnog karcinoma, hiperlipidemije, hipertenzije, bolesti žučne kese i dijabetesa (Flegal, Graubard, Williamson i Gail, 2005). Nažalost, tretman izbora za gojaznost rezultira samo prolaznim gubitkom težine (Jeffery i dr., 2000) i većina programa prevencije gojaznosti ne smanjuje rizik od budućeg povećanja težine (Stice, Shaw i Marti, 2006). Ove intervencije mogu imati ograničenu efikasnost jer je naše razumijevanje etioloških procesa još uvijek nepotpuno. Iako je utvrđeno da je gojaznost rezultat pozitivne energetske ravnoteže, nejasno je zašto neki pojedinci imaju tako teško vremensko balansiranje unosa kalorija sa potrošnjom.

Jedno moguće objašnjenje je da neki pojedinci imaju abnormalnosti u subjektivnoj nagradi od unosa hrane ili očekivanog unosa koji povećavaju rizik od gojaznosti. Neki naučnici pretpostavljaju da pretili pojedinci doživljavaju veću aktivaciju sistema mezo-limbičke nagrade kao odgovor na unos hrane (konzumacijska nagrada za hranu), što može povećati rizik od prejedanja (Davis, Strachan i Berkson, 2004; Dawe i Loxton, 2004). Ovo je slično modelu osjetljivosti na pojačanje zloupotrebe supstanci, koji pretpostavlja da određeni ljudi pokazuju veću reaktivnost kruga nagrađivanja na psihoaktivne droge (Dawe i Loxton, 2004). Nasuprot tome, drugi pretpostavljaju da pretili pojedinci imaju manje aktivacije sistema mezo-limbičke nagrade kao odgovor na unos hrane, što ih dovodi do prejedanja da bi kompenzirali ovaj nedostatak (Comings & Blum, 2000; Wang, Volkow i Fowler, 2002). Ovo je slično tezi sindroma nedostatka nagrade, koja sugeriše da se ljudi okreću upotrebi alkohola i droga kako bi stimulisali sporo nagrađivanje.Comings & Blum, 2000). Treća hipoteza je da veća očekivana nagrada od unosa hrane (anticipatorna nagrada za hranu) povećava rizik od prejedanja (Pelchat, Johnson, Chan, Valdez i Ragland, 2004; Roefs, Herman, MacLeod, Smulders i Jansen, 2005).

Dve linije dokaza impliciraju da bi moglo biti korisno konceptualno razlikovati konzumacijsku nagradu od hrane i unaprijed predviđenu nagradu za hranu. Prvo, studije na životinjama ukazuju na to da se vrijednost nagrađivanja hrane mijenja iz potrošnje hrane u očekivanu potrošnju hrane nakon kondicioniranja, pri čemu znakovi povezani s potrošnjom hrane počinju izazivati anticipatornu nagradu za hranu. Naivni majmuni koji nisu iskusili nagrade u okruženju pokazali su aktivaciju mesotelencefalnih dopaminskih neurona samo kao odgovor na okus hrane; međutim, nakon kondicioniranja, dopaminergička aktivnost je počela da prethodi isporuci nagrade i na kraju maksimalna aktivnost je izazvana uslovljenim stimulansima koji su predvideli nadolazeću nagradu, a ne stvarnom primitkom hrane (Schultz, Apicella i Ljungberg, 1993; Schultz i Romo, 1990). Kiyatkin i Gratton (1994) otkrili su da se najveća dopaminergička aktivacija dogodila na način na koji su se pacovi približili i pritisnuli šipku koja je proizvodila nagradu za hranu, a aktivacija se zapravo smanjila kako je pacov primao i jeo hranu. Zaista, Blackburn, Phillips, Jakubović i Fibiger (1989) otkrili su da je aktivnost dopamina veća u nukleusu akumbensa pacova nakon predstavljanja uslovljenog stimulansa koji je obično signalizirao prijem hrane nego nakon isporuke neočekivanog obroka. Drugo, koliko teško učesnici rade da zarade snack hranu u operantnom zadatku (koji im kasnije dozvoljava da konzumiraju) je jači prediktor ad lib unos kalorija nego što je ugodnost ocjene ukusa snack hrane (Epstein, Temple et al., 2007; Epstein i dr., 2004a). Izgleda da ovi podaci takođe impliciraju da je očekivana nagrada od unosa hrane jača determinanta unosa kalorija nego nagrada koja se doživljava kada se hrana zaista konzumira. Zajedno, ovi podaci impliciraju da bi bilo korisno razlikovati konzumacijsku nagradu od hrane i unaprijed predviđenu nagradu za hranu pri ispitivanju potencijalnih faktora rizika za gojaznost.

Studije snimanja mozga su identifikovale regione za koje se čini da kodiraju konzumacijsku nagradu za hranu kod osoba sa normalnom težinom. Potrošnja ukusne hrane, u odnosu na konzumaciju neukusne hrane ili neukusne hrane, rezultira većom aktivacijom orbitofrontalnog korteksa (OFC) i frontalnog operculuma / insule, kao i većim oslobađanjem dopamina u dorzalnom striatumu (O'Doherty, Deichmann, Critchley i Dolan, 2002; Small, Jones-Gotman i Dagher, 2003; Volkow i dr., 2003). Druge studije snimanja mozga su identifikovale regione koji izgleda da kodiraju anticipatornu nagradu za hranu kod ljudi sa normalnom težinom. Očekivano primanje ukusne hrane, nasuprot očekivanom prijemu neukusne hrane ili neukusne hrane, rezultira većom aktivacijom u OFC, amigdali, cingularnom girusu, striatumu (kaudatno jezgro i putamen), ventralnom tegmentalnom području, srednjem mozgu, parahipokampalnom girusu i fusiformu gyrus (O'Doherty et al., 2002; Pelchat i dr., 2004). Ove studije ukazuju na to da su donekle različiti regioni mozga uključeni u predviđanje i konzumaciju hrane, ali da postoji određeno preklapanje (OFC i striatum). Do sada su samo dvije studije direktno uspoređivale aktivaciju kao odgovor na očekivanu i konzumacijsku nagradu za hranu za izoliranje regija koje pokazuju veću aktivaciju kao odgovor na jednu fazu nagrađivanja hrane u odnosu na drugu. Predviđanje prijatnog ukusa, u odnosu na stvarni ukus, rezultiralo je većom aktivacijom u dopaminergičkom srednjem mozgu, nucleus accumbens, i zadnjoj desnoj amigdali (O'Doherty et al., 2002). Druga studija je pokazala da je očekivanje prijatnog pića rezultiralo većom aktivacijom u amigdali i mediodornom talamusu, dok je primanje pića rezultiralo većom aktivacijom u lijevoj insuli / operculumu (Small et al, 2008). Ove dvije studije sugeriraju da su amigdala, srednji mozak, nucleus accumbens i mediodorsal thalamus osjetljiviji na očekivanu potrošnju u odnosu na potrošnju hrane, dok je frontalni operculum / insula bolje reagira na potrošnju u odnosu na očekivanu potrošnju hrane. Stoga, čini se da postojeći dokazi ukazuju na to da su različita područja u mozgu uključena u kodiranje anticipatorne i konzumacijske prehrambene nagrade, iako će biti potrebno više istraživanja prije nego što se mogu donijeti čvrsti zaključci.

Čini se da su određeni nalazi u skladu sa tezom da gojazni pojedinci doživljavaju veću nagradu za hranu, iako nije jasno da li rezultati odražavaju poremećaje u konzumatorskom naspram očekivane prehrambene nagrade. Pretilost u odnosu na mršave pojedince prisjeća se da su hrana sa visokim udjelom masti i visokim sadržajem šećera ugodnija degustacija i navode da je jelo više pojačanoRissanen et al., 2002; Saelens & Epstein, 1996; Westenhoefer & Pudel, 1993). Djeca koja su izložena riziku od gojaznosti zbog stope pretilosti roditelja imaju ukus hrane visoke masnoće kao prijatnije i pokazuju više strastveni stil ishrane nego djeca mršavih roditelja (Stunkard, Berkowitz, Stallings i Schoeller, 1999; Wardle, Guthrie, Sanderson, Birch i Plomin, 2001). Pretila djeca češće jedu u odsustvu gladi (Fisher & Birch, 2002) i rade više za hranu od mršave dece (Temple et al., U štampi). Samoprijavljena želja za hranom pozitivno je korelirala s tjelesnom masom i objektivno izmjerenim unosom kalorija (Delahanty, Meigs, Hayden, Williamson i Nathan, 2002; Forman et al., 2007; Franken i Muris, 2005; Nederkoorn, Smulders i Jansen, 2000). Pretile odrasle osobe navode jaču želju za hranom sa visokim sadržajem masti i visokim sadržajem šećera (Drewnowski, Kurth, Holden-Wiltse i Saari, 1992; White, Whisenhunt, Williamson, Greenway i Netemeyer, 2002) i rade za više hrane nego lean odrasle osobe (Epstein i dr., 2007; Saelens & Epstein, 1996). Morbidno gojazni u odnosu na mršave pojedince pokazali su veću metaboličku aktivnost u mirovanju u oralnom somatosenzornom korteksu, regionu povezanom sa senzacijom u ustima, usnama i jeziku (Wang, Volkow, Felder et al., 2002), što može učiniti ranjivim osjetljivije na nagrađivanje svojstava unosa hrane i povećati rizik od prejedanja.

Do danas, nekoliko studija mozga je upoređivalo aktivaciju mozga kao odgovor na predstavljenu hranu ili stvarnu hranu među gojaznim stihovima. Jedna studija je otkrila povećanu aktivaciju u desnim parijetalnim i temporalnim korteksima nakon izlaganja hrani kod gojaznih, ali ne i mršavih žena i da je ova aktivacija pozitivno povezana sa ocjenama gladi (Karhunen, Lappalainen, Vanninen, Kuikka i Uusitupa, 1997). Rothemund i saradnici (2007) pronašli su bolji dorzalni striatum odgovor na slike visokokalorične hrane u pretilim odraslim mršavim stihovima i da je masa tijela pozitivno povezana sa odgovorom u insuli, klaustrumu, cingulatu, somatosenzornom korteksu i lateralnom OFC. Stoeckel i suradnici (2008) pronašao veću aktivaciju medijalnog i bočnog OFC-a, amigdale, ventralnog striatuma, medijalnog prefrontalnog korteksa, insule, prednjeg cingulativnog korteksa, ventralnog paliduma, kaudata i hipokampusa u odgovoru na slike visokokalorične hrane (u odnosu na niskokaloričnu hranu) kod pretilih rođaka da vitke pojedince. Međutim, aktivacija OFC i cingulata kao odgovor na gledanje slika ukusne hrane negativno je u korelaciji sa BMI kod žena normalne težine (Killgore & Yargelun-Todd, 2005). Del Parigi i ostali (2004) otkrili su da dorzalna insula i stražnji hipokampus ostaju abnormalno odgovarajući na konzumaciju hrane u prethodno gojaznoj u odnosu na mršave pojedince, što dovodi do zaključka da ovi abnormalni odgovori mogu povećati rizik od gojaznosti.

Drugi nalazi su više u skladu sa idejom da gojazni pojedinci mogu iskusiti manje hrane. Wang et al. (2001) otkrili su da se receptori D2-a smanjuju u striatumu u morbidno gojaznih pojedinaca proporcionalno njihovoj tjelesnoj masi, što ukazuje na to da oni pokazuju smanjeno vezivanje dopaminskih receptora u mezo-limbičkom sistemu. Iako još nije utvrđeno da li gojazni pojedinci pokazuju smanjenu gustinu D2 receptora u odnosu na vitke pojedince, gojazni pacovi imaju niže bazalne nivoe dopamina i smanjenu ekspresiju D2 receptora od mršavih štakora (Fetissov, Meguid, Sato i Zhang, 2002; Hamdi, Porter i Prasad, 1992; Orosko, Rouch i Nicolaidis, 1996), ali gojazni pacovi pokazuju više faznog oslobađanja dopamina tokom hranjenja od mršavih pacova (Yang i Meguid (1995). Štaviše, mršave i gojazne odrasle osobe sa TaqI A1 alelom, koje je povezano sa smanjenim D2 receptorima i slabijim dopaminskim signalima, rade više kako bi zaradile hranu u operantnim paradigmama (Epstein i dr., 2004b, 2007). Ovi rezultati potvrđuju da su ovisnička ponašanja poput alkohola, nikotina, marihuane, kokaina i zloupotrebe heroina povezana sa smanjenom gustinom D2 receptora i otupljenom osjetljivošću mezolimbičkog kruga na nagradu (Comings & Blum, 2000; Martinez i dr., 2005). Wang, Volkow i Fowler (2002) Pretpostavimo da deficiti u D2 receptorima mogu predisponirati pojedince da koriste psihoaktivne droge ili se prejesti da bi pojačali usporeni sistem nagrađivanja dopaminom. Međutim, moguće je da prejedanje hrane sa visokim sadržajem masti i visokim sadržajem šećera dovodi do smanjenja regulacije D2 receptora (Davis i dr., 2004), paralelno sa neurološkim odgovorom na hroničnu upotrebu psihoaktivnih droga (Volkow, Fowler i Wang, 2002). Štaviše, studije na životinjama pokazuju da ponovljeni unos slatke i masne hrane dovodi do smanjenja D2 receptora i smanjenja D2 osjetljivosti (Bello, Lucas i Hajnal, 2002; Kelley, Will, Steininger, Xhang i Haber, 2003); promjene koje se javljaju kao odgovor na zloupotrebu supstanci.

Sve u svemu, postoje dokazi da gojazni pojedinci mogu pokazati opšte abnormalnosti u nagrađivanju hrane u odnosu na vitke pojedince. Konkretno, gojazni relativan prema mršavim osobama pokazuju veću želju za hranom sa visokim sadržajem masti / visokim sadržajem šećera, smatraju da jede više pojačanja, pokazuju veću mirovanje somatosenzornog korteksa i pokazuju veću reaktivnost gustatornog korteksa na unos hrane i prezentaciju hrane ili zamišljena hrana. Ipak, postoje i dokazi da gojazni pojedinci pokazuju hipofunkcionalni striatum, koji ih može navesti da se prejako podstaknu na slabu mrežu nagrađivanja ili mogu biti rezultat smanjenja receptora. Jedan faktor koji je mogao doprinijeti mješovitim nalazima je da su mnoge studije koristile mjere samoprocjene, koje bi mogle biti obmanjujuće, jer oni koji se bore sa prejedanjem mogu pretpostaviti da im je hrana više korisna, što utječe na to kako one završavaju skale. Štaviše, skale za samo-izveštavanje verovatno uključuju predviđenu nagradu od unosa hrane, ili sećanje na nagradu od unosa hrane, a ne nagrada koja se doživljava tokom konzumiranja hrane, jer studije nisu mjerile uočenu nagradu tokom unosa hrane. Osim toga, nalazi iz samoprocjene i mjera ponašanja su osjetljivi na predrasude društvene poželjnosti. Pored toga, nekoliko studija je zapravo uključivalo unos hrane ili izlaganje stvarnoj hrani, što može ograničiti ekološku valjanost nalaza. Možda je najvažnije, prethodne studije nisu koristile paradigme koje su posebno dizajnirane za procjenu individualnih razlika u konzumatornoj i anticipativnoj nagradi za hranu kada se porede gojazni i mršavi pojedinci. Prema tome, mislimo da bi moglo biti korisno da se koriste objektivne paradigme za snimanje mozga koje direktno mjere aktivaciju kruga nagrađivanja kao odgovor na unos hrane i očekivani unos hrane. Prema našim saznanjima, studije nisu koristile snimanje mozga da bi se testiralo da li gojazni pojedinci pokazuju diferencijalno aktiviranje kruga nagrađivanja hrane tokom potrošnje hrane ili očekivane potrošnje u odnosu na vitke pojedince.

Ova studija je nastojala da potpunije karakterizira prirodu individualnih razlika u neurološkom odgovoru na hranu koristeći metodologiju objektivnog prikaza mozga, s nadom da će bolje razumijevanje neuroloških supstrata koji povećavaju rizik od gojaznosti unaprijediti etiološke modele i dizajnirati učinkovitiji preventivni i terapijske intervencije. Proširili smo prethodne nalaze tako što smo ispitali aktivaciju kao odgovor na prijem čokoladnog milkshakea u odnosu na neukusno rešenje (konzumacijska nagrada za hranu) i kao odgovor na signale koji ukazuju na predstojeću isporuku čokoladnog milkshakea u odnosu na neukusno rešenje (anticipatorna hrana) među gojaznim i vitkim pojedincima. Pretpostavili smo da bi pretila u odnosu na mršave pojedince pokazala veću aktivaciju u gustatornom korteksu i somatosenzornom korteksu, kao i manju aktivaciju u striatumu, kao odgovor na očekivanje i konzumaciju milkshakea. Takođe smo postavili hipotezu da će telesna masa učesnika pokazati linearne veze sa aktivacijom u ovim regionima mozga. Proučavali smo adolescente zato što smo želeli da smanjimo rizik da duga istorija gojaznosti može rezultirati nižom regulacijom receptora u odnosu na hronično bogatu ishranu. Proučavali smo ženke jer je primarni cilj ove studije bio da se testira da li abnormalnosti nagrađivanja hrane koreliraju sa patologijom bulimije, koja je retka kod muškaraca.

način

učesnici

Učesnici su bili 44 zdrave adolescentice (M = 15.7; SD = 0.93); 2% azijski / pacifički ostrvljani, 2% Afroamerikanci, 86% evropski Amerikanci, 5% Indijanci, i 5% mješovito rasno naslijeđe. Učesnici iz veće studije učenika srednjih škola koji su se pojavili kao da zadovoljavaju kriterijume uključivanja za sadašnju studiju snimanja su upitani da li su zainteresovani za učešće u studiji o neurološkom odgovoru na prezentaciju hrane. Oni koji su prijavili prejedanje ili kompenzatorna ponašanja u proteklih 3 mjeseci, bilo kakva upotreba psihotropnih lijekova ili nedozvoljenih droga, povreda glave sa gubitkom svijesti, ili trenutni psihički poremećaj Axis I bili su isključeni. Podaci iz 11 učesnika nisu analizirani jer su pokazivali prekomjerno kretanje glave tokom skeniranja; 4 je pokazao tako izražen pokret glave da je skeniranje prekinuto i pomak glave za drugi 7 premašio 2 mm (M = 2.8 mm, raspon 2 – 8 mm). Pošto iskustvo ukazuje da uključivanje učesnika koji pokazuju kretanje glave veće od 1 mm uvodi prekomjernu varijaciju grešaka, uvijek isključujemo takve učesnike iz naših studija (npr., Small et al., 2001, 2003; Small, Gerber, Mak i Hummel, 2005). To je rezultiralo konačnim uzorkom 33 učesnika (indeks tjelesne mase = 17.3 – 38.9). Lokalni institucionalni odbor za reviziju odobrio je ovaj projekat. Svi učesnici i roditelji su dali pismenu saglasnost.

Mere

Body Mass

Indeks tjelesne mase (BMI = kg / m²) je korišten da odražava adipozitet (Dietz i Robinson, 1998). Nakon uklanjanja cipela i kaputa, visina je mjerena do najbližeg milimetra pomoću stadiometra, a težina je procjenjivana do najbližeg 0.1 kg korištenjem digitalne vage. Dve mere visine i težine su dobijene i prosečne. BMI korelira sa direktnim mjerenjima ukupne tjelesne masti, kao što je apsorpciona biometrija dvostruke energije (r = .80 to .90) i sa zdravstvenim mjerama uključujući krvni tlak, štetne profile lipoproteina, aterosklerotske lezije, nivoe serumskog insulina i dijabetes melitusa u uzorcima adolescenata (Dietz i Robinson, 1998). Po konvenciji (Barlow & Dietz, 1998), gojaznost je definisana pomoću 95-a^th percentili BMI za starost i pol, zasnovani na istorijskim nacionalno reprezentativnim podacima, jer ova definicija blisko odgovara indeksu BMI koji je povezan sa povećanim rizikom od zdravstvenih problema povezanih sa težinom (Cole, Bellizzi, Flegal i Dietz, 2000). Adolescenti sa indeksom BMI ispod 50^th percentil upotrebom ovih istorijskih normi definisan je kao lean. Među 33 učesnicima koji su dali upotrebljive podatke za fMRI, 7 su klasifikovani kao gojazni, 11 su klasifikovani kao lean, a preostali 15 učesnici su pali između ove dvije krajnosti.

paradigma fMRI

Od učesnika je zatraženo da konzumiraju svoje redovne obroke, ali da se suzdrže od jela ili pijenja (uključujući napitke sa kofeinom) za 4 – 6 sati neposredno pre njihovog snimanja za potrebe standardizacije. Mi smo izabrali ovaj period uskraćivanja da bismo uhvatili stanje gladi koje većina pojedinaca doživljava dok prilaze svom sledećem obroku, što je vreme kada bi individualne razlike u nagradi za hranu logično uticale na unos kalorija. Većina učesnika je ispunila paradigmu između 16: 00 i 18: 00, ali podskup je dovršio skeniranje između 11: 00 i 13: 00. Pre sesije snimanja, učesnici su se upoznali sa paradigmom fMRI kroz praksu na posebnom računaru.

Paradigma milkshake je dizajnirana da ispita konzumatornu i anticipatornu nagradu za hranu. Stimulati su predstavljeni u 4 zasebnim radovima skeniranja. Podražaji su se sastojali od 3 crnih oblika (dijamant, kvadrat, krug) koji su signalizirali isporuku bilo 0.5 ml čokoladnog milkshakea (4 kašike Haagen-Daz vanilijevog sladoleda, 1.5 čaše 2% mlijeka, i 2 žlice Hersheyjeve čokolade sirup), bez ukusa ili bez rješenja. Iako je uparivanje znakova sa podražajima i trajanjem prezentacije stimulusa nasumično određeno među učesnicima, mi nismo slučajno odredili redosled prezentacije među učesnicima. Rješenje bez okusa, koje je dizajnirano da oponaša prirodni ukus sline, sastojalo se od 25 mM KCl i 2.5 mM NaHCO₃ (O'Doherty et al., 2001). Koristili smo vještačku pljuvačku jer voda ima okus koji aktivira koru okusa (Zald i Pardo, 2000). Na 50% pokusa sa čokoladom i otopinom bez okusa, okus nije isporučen kako se očekivalo, što bi omogućilo ispitivanje živčanog odgovora na iščekivanje okusa koji nije bio pobrkan sa stvarnim primanjem okusa (neuparena ispitivanja) (Slika 1). Bilo je šest zanimljivih događaja u paradigmi: (1) čokoladni napitak za mlijeko, zatim okus milkshakea (upareni milkshake znak), (2) potvrda okusa milkshakea (dostava milkshakea), (3) čokoladni napitak nakon čega ne slijedi okus milkshake ( (4) bez ukusa, nakon čega slijedi neukusno rješenje (upareni okus), (5) prijem neukusnog rješenja (isporuka bez okusa), i (6) okus otopine bez ukusa i bez ukusa. . Slike su prikazane za 5 – 12 sekundi (M = 7) koristeći MATLAB iz Windowsa. Došlo je do isporuke okusa 4 do 11 sekundi (M = 7) nakon početka napada. Kao rezultat, svaki događaj je trajao između 4 – 12 sekundi. Svaka serija se sastojala od 16 događaja. Ukusi su isporučeni pomoću dvije programirljive pumpe šprica (Braintree Scientific BS-8000) koje kontrolira MATLAB kako bi se osigurala dosljedna zapremina, brzina i vrijeme isporuke okusa. Šezdeset ml špriceva ispunjenih čokoladnim milkshakeom i neukusnim rastvorom spojeni su preko Tygon cijevi kroz valni vodič do mnogostrukosti pričvršćene na glavu svitka za ptičje kaveze u MRI skeneru. Raznovrsnost se uklopila u usta učesnika i isporučila okus konzistentnom segmentu jezika. Ova procedura je uspješno korištena u prošlosti za isporuku tekućina u skeneru i detaljno je opisana na drugom mjestu (npr. Veldhuizen, Bender, pozornik i mali, 2007). Naputak za ukus je ostao na ekranu 8.5 sekundi nakon što je ukus isporučen, a učesnicima je naloženo da progutaju oblik kada je nestao. Sledeći znak se pojavio 1 do 5 sekundi nakon što je prethodni znak otišao. Slike su predstavljene sa digitalnim projektorom / sistemom za prikaz obrnutog ekrana na ekran na zadnjem kraju MRI skenera i vidljive su preko ogledala postavljenog na glavu zavojnice.

Slika 1

Primjer vremena i naručivanja prezentacije slika i pića tijekom vožnje.

Pet linija dokaza iz fMRI studije koja je koristila ovu paradigmu kod adolescentkinja (N = 46) sugeriše da je to validna mera individualnih razlika u predviđanju i konzumaciji hrane. Prvo, učesnici su ocijenili da je milkshake značajno (t = 9.79, df = 45, r = .68, p <.0001) prijatniji od neukusnog rastvora na vizuelnoj analognoj skali, što potvrđuje da je milkshake više nagrađivao učesnike od otopine bez okusa. Drugo, ocjene ugodnosti milkshakea korelirale su s aktivacijom u prednjoj otočnici (r = .70) kao odgovor na znakove milkshake-a i aktivaciju u parahipokampalnoj girusu kao odgovor na prijem mlijeka (r = .72). Treće, aktiviranje u regijama koje predstavljaju anticipatornu i konzumacijsku nagradu za hranu (LaBar et al., 2001; O'Doherty et al., 2002; Small et al., 2001) u odgovoru na predviđanje i primanje milkshakea u ovoj fMRI paradigmir = .84 do .91) sa samoinicijativnom naklonošću i žudnjom za različitim namirnicama, kako je ocijenjeno prilagođenom verzijom Inventara o žudnji za hranom (White et al., 2002).¹ Četvrto, aktivacija kao odgovor na očekivanu i konzumacijsku nagradu hrane u ovoj fMRI paradigmi korelira (r = .82 to .95) s koliko teški učesnici rade za hranu i koliko hrane rade za operativni zadatak koji procjenjuje individualne razlike u pojačanju hrane (Saelens & Epstein, 1996). Peto, učesnici koji pokazuju relativno veću aktivaciju kao odgovor na očekivanu i konzumacijsku nagradu za hranu u ovoj paradigmi fMRI pokazali su značajno (p <.05) više debljanja tokom jednogodišnjeg praćenja od učesnika koji pokazuju manje aktivacije u ovoj paradigmi (r = .54 to .65). Zajedno, ovi nalazi pružaju dokaze za valjanost ove paradigme za nagradu za hranu fMRI.

Imaging i statistička analiza

Skeniranje je izvršeno pomoću Siemens Allegra 3 Tesla glave samo MRI skenera. Za dobijanje podataka iz čitavog mozga korišćena je standardna spirala za kavez za ptice. Termo pjenasti vakuumski jastuk i dodatna obloga korišteni su za ograničavanje kretanja glave. Ukupno, 152 skenovi su prikupljeni tokom svake od četiri funkcionalne serije. Funkcionalna skeniranja su koristila T2 * težinski gradijent jednokratnog echo planarnog snimanja (EPI) (TE = 30 ms, TR = 2000 ms, flip angle = 80 °) sa ravninom rezolucije 3.0 × 3.0 mm² (64 × 64 matrica; 192 × 192 mm² vidno polje). Za pokrivanje čitavog mozga, 32 4mm kriške (interleavedirana akvizicija, bez preskakanja) su stečene duž AC-PC transverzalne, kose ravnine kako je određeno u srednjem dijelu. Strukturna skeniranja su sakupljena korištenjem T1-a (MP-RAGE) u istoj orijentaciji kao i funkcionalne sekvence kako bi se dobile detaljne anatomske slike koje su poravnate sa funkcionalnim skeniranjem. Strukturalne MRI sekvence visoke rezolucije (FOV = 256 × 256 mm², 256 × 256 matrica, debljina = 1.0 mm, broj slajda ≈ 160).

Podaci su prethodno obrađeni i analizirani pomoću softvera SPM5 (Wellcome Department of Imaging Neuroscience, London, UK) u MATLAB-u (Mathworks, Inc., Sherborn, MA) (Friston et al., 1994; Worsley & Friston, 1995). Slike su korigovane prema vremenu koje je korišćeno na 50% TR. Sve funkcionalne slike su zatim podešene na srednju vrijednost. Slike (anatomske i funkcionalne) su normalizirane na standardni MNI šablon mozga implementiran u SPM5 (ICBM152, baziran na prosječnom 152 normalnom MRI skeniranju). Normalizacija je rezultirala veličinom voksela od 3 mm³ za funkcionalne slike i veličinu voksela od 1 mm³ za strukturne slike. Funkcionalne slike su izglađene sa 6 mm FWHM izotropnom Gaussovom jezgrom.

Da bi se identifikovali regioni mozga aktivirani u odgovoru na konzumatorsku nagradu mi smo suprotstavili BOLD odgovor tokom prijema milkshakea u odnosu na prijem neukusnog rešenja. Smatrali smo da je dolazak ukusa u ustima nagrada za konzumaciju, a ne kada je ukus progutan, međutim, priznajemo da post-ingestivni efekti takođe doprinose vrednosti nagrađivanja hrane (O'Doherty et al., 2002). Da bi se identifikovali moždani regioni aktivirani kao odgovor na očekivanu nagradu u paradigmi milkshake, odgovor BOLD-a tokom predstavljanja signalne signalizacije o predstojećoj isporuci milkshake-a bio je u suprotnosti sa odgovorom tokom predstavljanja signalne signalizacije koja predstoji dostavljanje rešenja bez ukusa. Analizirali smo podatke o neparnoj prezentaciji u kojoj se ukusi zapravo ne isporučuju kako bi se osiguralo da primanje aktualnih ukusa ne utiče na našu operativnu definiciju akutne aktivacije mozga. Uvjeti specifični za svaki voksel procijenjeni su pomoću općih linearnih modela. Vektori pokretanja za svaki događaj od interesa su kompajlirani i uneti u matricu dizajna tako da se odgovori vezani za događaj mogu modelirati pomoću kanoničke funkcije hemodinamskog odgovora (HRF), kao što je implementirano u SPM5, koja se sastoji od mješavine 2 gama funkcija koje emuliraju rani vrhunac u 5 sekundi i naknadni potisak. Da bismo objasnili varijansu izazvanu gutanjem rešenja, uključili smo vreme nestanka znaka (subjekti su obučeni da gutaju u to vreme) kao varijablu koja nije zainteresovana. Uključili smo i temporalne derivate hemodinamske funkcije da bismo dobili bolji model podataka (Henson i dr. 2002). 128 drugi high-pass filter (po SPM5 konvenciji) korišten je za uklanjanje niskofrekventnog šuma i sporog pomaka u signalu.

Izrađene su pojedinačne mape kontrasta kako bi se uporedile aktivacije unutar svakog učesnika za gore spomenute kontraste u SPM5. Zatim su izvršena poređenja među grupama koristeći modele slučajnih efekata kako bi se objasnila varijabilnost među učesnicima. Za analizu nagradne hrane za konzumiranje, slike za procjenu parametara iz milkshakea - neukusnog kontrasta unesene su u drugi nivo 2 × 2 ANOVA (gojazni u odnosu na vitkost) pomoću (primitak milkshakea - neukusni račun). Za analizu anticipativne nagrade za hranu, parametri za procjenu slika iz nesparenog mliječnog šejka - neupareni neukusni kontrast (tj. Znak za mliječni šejk koji nije praćen primanjem mliječnog šejka - znak za neukus bez kojeg slijedi neukusni prijem) uneseni su u drugi nivo 2 × 2 ANOVA (gojazni vs (lean) by (nespareni mliječni napitak - neupareni bez okusa). Stoga smo koristili ANOVA modele kako bismo posebno testirali da li su gojazni sudionici pokazali značajno veće abnormalnosti u nagrađivanju hranom od mršavih.

Pojedinačne karte kontrasta SPM-a su takođe unesene u regresione modele sa BMI rezultatima unesenim kao kovarijanta. Ovaj model je testirao da li su učesnici sa višim indeksima BMI pokazali veću aktivaciju za koju se vjeruje da odražava konzumatorsku i očekivanu nagradu za hranu u odnosu na učesnike s nižim BMI rezultatima. Procenili smo da ovi regresioni modeli pružaju osetljiviji test ovih odnosa koristeći podatke od svih učesnika u uzorku (ANOVA modeli uključuju samo gojazne i vitke učesnike).

Značaj aktivacije BOLD je određen uzimajući u obzir i maksimalni intenzitet odgovora, kao i opseg odgovora. SPM se oslanja prvenstveno na maksimalni intenzitet za određivanje značaja, postavljanjem strogog kriterijuma intenziteta sa t-Maps praćen u p <0.001 (neispravljeno) po vokselu i liberalniji opseg (kriterij klastera od 3 voksela). Slijedeći konvenciju, koristili smo ovaj kriterij za određivanje značaja za naše aktivacije i za regresijske modele i za ANOVA modele. Aktivacijski klasteri smatrani su značajnim u p <.05 (s obzirom na nakupine) ispravljeno za višestruka poređenja u čitavom mozgu. Na temelju prethodnih studija izvršili smo usmjerena pretraživanja u područjima aktiviranim konzumatornom i anticipativnom nagradom za hranu: striatum, amigdala, regije srednjeg mozga, orbitofrontalni korteks, dorsolateralni prefrontalni korteks, insula, prednji cingulativni girus, parahipokampalni girus i fuziformni girus.

Rezultati

Test da li su gojazni ispitanici pokazali razlike u predviđanju nagrađivanja hrane u odnosu na vitke učesnike (napitak za milkshake u odnosu na neukusni znak)

Proveli smo analize koje su uporedile moždane odgovore kod gojaznih adolescentkinja (N = 7, M BMI = 33, SD = 4.25) za mršave adolescentke (N = 11, M BMI = 19.6, SD = 1.08) koristeći model ANOVA grupe. Ukupno grupa aktivatora 13-a su bile locirane unutar insule, Rolandic regiona, i temporalnih, frontalnih i parijetalnih operularnih regiona; gojazni učesnici su pokazali veću aktivaciju u ovim oblastima u poređenju sa mršavim učesnicima (Slika 2A – B i Tabela 1). Od ovih 13 aktivacijskih klastera, 9 je pao na lijevoj i 4 na desnoj hemisferi. Gojazni učesnici su takođe pokazali veću aktivaciju u levom prednjem cingularnom korteksu (ventralno Brodmann područje (BA) 24) nego mršavim učesnicima. Tabela 1 izveštava koordinate, veličinu voksela, neispravljene p-vrednosti i veličine efekata (η²). Nekoliko p-vrijednosti bilo je značajno na p <.05 korigiran čitav mozak na nivou klastera. Veličine efekata iz ovih analiza kretale su se od malih (η² = .01) do velikog (η² = .17), sa prosječnim efektom .05, koji predstavlja srednju veličinu efekta po Cohenovi kriteriji (1988).²

Slika 2

A. Saggitalni presjek veće aktivacije u lijevoj prednjoj insuli (−36, 6, 6, Z = 3.92, P neispravljeno <.001) kao odgovor na očekivanu nagradu za hranu kod pretilih u usporedbi s mršavim ispitanicima s B. stupčasti grafovi parametra procjene iz ...

Regije pokazuju povećanu aktivaciju tokom antikipitivne nagrade za hranu i nagradu za konzumaciju hrane u pretilim adolescentimaN = 7) u odnosu na Lean Adolescent Girls (N = 11)

Test o tome da li su učesnici BMI pokazali linearne odnose prema anticipatornoj nagradi za hranu

Pojedinačne SPM kontrastne mape su unesene u regresione modele sa BMI rezultatima kao kovarijanta da bi se testiralo da li je BMI linearno povezan sa aktivacijom kao odgovor na anticipatornu nagradu za hranu. Ove analize su bile osjetljivije jer su uključivale sve učesnike, a ne samo gojazne i vitke učesnike. Pronašli smo pozitivnu korelaciju BMI sa aktivacijama u ventralnom lateralnom i dorzalnom lateralnom prefrontalnom korteksu i temporalnom operkulumu kao odgovor na očekivanu prehrambenu nagradu (Slika 3A i Tabela 2). Međutim, nijedan od efekata nije bio značajan p <.05 korigiran čitav mozak na nivou klastera. Veličine efekata iz ovih analiza bile su velike po Cohen's (1988) kriteriji (raspon r = .48 to .68), sa srednjom vrijednošću r = .56.

Slika 3

A. Aksijalni presjek veće aktivacije u lijevom sljepoočnom operkulumu (TOp; -54, -3, 3, Z = 3.41, P neispravljen <.001) i u desnom ventrolateralnom prefrontalnom korteksu (VLPFC; 45, 45, 0, Z = 3.57, P neispravljeno <.001) u ...

Regije koje su reagovale tokom antikipotične nagrade za hranu i nagradu za konzumaciju hrane kao funkciju indeksa telesne mase (N = 33)

Test o tome da li su gojazni učesnici pokazali razlike u konzumacijskoj nagradi za hranu u odnosu na mršave učesnike (prijem milkshakea u odnosu na potvrdu neukusnog)

U usporedbi s rezultatima u vezi s predviđanjem nagrađivanja hrane, otkrili smo da pretile djevojčice u adolescenciji pokazuju veću aktivaciju u Rolandovom operkulumu i lijevom frontalnom operkulumu kao odgovor na konzumacijsku nagradu hrane u usporedbi s mršavim sudionicima (Slika 2C – D i Tabela 1). Aktivacioni klaster u Rolandic operkulumu bio je značajan kod p <.05 korigiran čitav mozak na nivou klastera (vidi Tabela 1). Veličina efekata iz ovih analiza se kretala od malih (η² = .03) do srednjeg (η² = .08), sa prosječnim efektom .06, koji predstavlja srednju veličinu efekta po Cohen's (1988) kriterijima.

Test da li su učesnici BMI pokazali linearne odnose prema konzumacijskoj nagradi za hranu

Individualne SPM kontrastne mape su takođe unete u regresione modele sa BMI rezultatima kao kovarijatom da bi se testiralo da li je BMI linearno vezan za aktivaciju kao odgovor na konzumacijsku nagradu za hranu. Utvrđen je pozitivan odnos između BMI i aktivacije u insuli i nekoliko regiona operkuluma (Slika 3B – C i Tabela 2). BMI je takođe bio negativno povezan sa aktivacijom u kaudatnom jezgru kao odgovor na nagradu za konzumaciju hrane u ovom osetljivijem modelu, ukazujući na to da su učesnici sa visokim BMI pokazali smanjeni odgovor u ovoj oblasti u odnosu na učesnike sa niskim BMI (Slika 3D – E i Tabela 2). Nijedna od p-vrijednosti nije bila značajna na p <.05 korigiran čitav mozak na nivou klastera. Veličine efekata iz ovih analiza bile su srednje (r = .35) do velikog (r = .58) po Cohen's (1988) kriterijima, sa prosječnim efektom koji je bio velik (r = .48).

rasprava

Ova studija je testirala hipotezu da će gojazne adolescentkinje pokazati različitu aktivaciju u krugu nagrađivanja kao odgovor na potrošnju hrane i očekivanu potrošnju u odnosu na mršave adolescentke i da će aktivacija biti linearno povezana sa BMI učesnika. Odgovori na mozak su ispitivani tokom prijema čokoladnog milkshakea u odnosu na neukusno rješenje (konzumacijska nagrada za hranu) i kao odgovor na signale koji ukazuju na predstojeću isporuku čokoladnog milkshakea u odnosu na neukusno rješenje (anticipatorna prehrambena nagrada). Na osnovu nalaza prethodnih studija (npr. Wang, Volkow, Felder et al., 2002), očekivali smo abnormalnosti u konzumatornoj i anticipatornoj nagradi za hranu među gojaznim učesnicima u odnosu na njihove mršave kolege.

Kao što je i pretpostavljeno, odgovori na konzumatorsku i anticipatornu nagradu za hranu u predviđenim regionima bili su različiti kod pretilih devojčica u poređenju sa njihovim mršavim kolegama. Gojazni učesnici su pokazali veću aktivaciju u primarnom gustatornom korteksu (prednja insula / frontalni operkulum) iu somatosenzornom korteksu (Rolandic operculum, temporalni operkulum, parijetalni operkulum i posteriorna insula) i anteriorni cingulat kao odgovor na našu mjeru očekivane prehrambene nagrade osloniti učesnike. Ove veličine efekata bile su male do velike veličine, sa srednjom veličinom efekta koja je bila srednja. Pokazalo se da insula igra ulogu u predviđanju nagrađivanja hrane (Gottfried, O'Doherty, i Dolan, 2003; Small et al., 2005; Yamamoto, 2006) i žudnja za hranom (Pelchat i dr., 2004). Štaviše, Balleine i Dickenson (2001) su pokazali da životinje sa resekcijom insule ne znaju da je ponašanje koje reagira na hranu devalvirano, što također ukazuje na ulogu insule u predviđanju nagrađivanja hrane. Nađeno je da je ventralna prednja cingularna regija uključena u kodiranje energetskog sadržaja i ukusnosti hrane (Araujo & Rolls, 2004). Kao rezultat, naši nalazi ukazuju na to da su gojazni pojedinci iskusili povećano očekivanje ukusnosti milkshakea u poređenju sa mršavim pojedincima. Za buduće studije bit će važno da se isključi mogućnost da kondicioniranje koje nastaje kao rezultat prejedanja visokovrijednih i visoko-šećernih namirnica ne doprinosi povišenoj predviđanju prehrambene nagrade koju pokazuju gojazni sudionici.

Takođe, kao što se pretpostavljalo, postojali su dokazi da su gojazni učesnici pokazali različitu aktivaciju kao odgovor na konzumacijsku nagradu za hranu u odnosu na vitke učesnike. Prvi je pokazao povećanu aktivaciju u Rolandic operculumu, frontalnom operkulumu, posteriornoj insuli i cingularnoj girusu kao odgovor na konzumacijsku nagradu hrane u odnosu na potonju. Veličine efekata bile su male do srednje veličine, sa srednjom veličinom efekta koja je bila srednja. Ovi rezultati se slažu sa rezultatima iz prethodnih studija; Del Parigi i dr. (2004) otkrili su da procenat telesne masti korelira sa povećanom aktivacijom u insuli tokom senzornog iskustva obroka i Wang, Volkow, Felder i dr. (2002) nađena je veća aktivacija u somatosenzornom korteksu dok se odmara kao funkcija BMI. S obzirom na to da su insula i operikulum povezani sa subjektivnom nagradom od unosa hrane (Small et al., 2003; Yamamoto, 2006), ovi nalazi mogu da impliciraju da gojazni pojedinci doživljavaju veću nagradu za hranu u odnosu na mršave pojedince, što može odgovarati podacima o ponašanju iz drugih studija kao što je navedeno u uvodu.

Takođe smo testirali da li je BMI linearno povezan sa aktivacijom kao odgovor na očekivanu i konzumacijsku nagradu sa regresionim modelima kako bi se obezbedio osetljiviji test hipotetičkih odnosa. Usporedivo s rezultatima pronađenim u ANOVA modelima, pronašli smo povećanu aktivaciju u temporalnom operkulumu do predviđanja nagrađivanja hrane kao funkcije BMI. Dalje, veći odgovori su pronađeni u dorzolateralnom prefrontalnom korteksu kao odgovor na očekivanu nagradu za hranu kao funkciju BMI. Takođe je moguće uporediti sa nalazima iz ANOVA modela povećana aktivacija u insuli / frontoparietalnom operkulumu kao odgovor na konzumacijsku nagradu hrane kao funkciju BMI. Sve u svemu, rezultati regresionih modela uglavnom su se slagali sa nalazima iz ANOVA modela, iako je ova druga analiza uključila samo gojazne i mršave učesnike, pružajući dalje nalaze u skladu sa našim hipotezama. Odnosi identifikovani u regresionim modelima obično su bili veliki efekti.

Interesantno je da su regresijski modeli pokazali da je BMI obrnuto povezan sa aktivacijom u kaudatnom jezgru kao odgovor na konzumacijsku nagradu za hranu, kao što je pretpostavljeno na osnovu ranijih nalaza (Wang et al., 2001). To je bila velika veličina efekta. Naš funkcionalni nalaz potvrđuje i proširuje rezultate objavljene u studiji koju je sproveo Wang et al. (2001), u kojoj su otkrili da su morbidno gojazne pokazale smanjenu dostupnost D2 receptora u mirovanju u putamenu proporcionalno njihovom BMI. Ovi nalazi mogu odražavati nižu dostupnost dopaminskih receptora. Moguće je da se pojedinci prejedaju kako bi stimulirali usporeni i dugogodišnji sistem nagrađivanja na bazi dopamina (Wang et al., 2001). Alternativno, povišeni unos hrane sa visokim sadržajem masti i visokim sadržajem šećera može dovesti do smanjenja regulacije receptora, kao što je uočeno kod korisnika supstanci (Davis i dr., 2004). Kao što je navedeno, studije na životinjama ukazuju da ponovljeni unos slatke i masne hrane dovodi do smanjenja D2 receptora i smanjenja D2 osjetljivosti (Bello et al., 2002; Kelley i dr., 2003). Druga moguća interpretacija je da gojazni pojedinci pokazuju hipofunkcionalnost kruga nagrađivanja hrane dok se odmaraju, ali hiperfunkcioniraju kada su izloženi namirnicama hrane ili hrane. Ova interpretacija se slaže sa dokazima da gojazni i post-gojazni pojedinci pokazuju veću odzivnost u dorzalnoj insuli i posteriornom hipokampusu nakon unosa hrane u odnosu na vitke pojedince (Del Parigi i dr., 2004) da izlaganje prehrambenim znakovima rezultira većom aktivacijom u desnim parietalnim i temporalnim korteksima kod gojaznih, ali ne i vitkih pojedinaca (Karhunen i dr., 1997; Stoeckel et al., 2008) da gojazni pojedinci pokazuju veću aktivaciju u dorzalnom striatumu, insuli, klaustrumu i somatosenzornom korteksu kao odgovor na prehrambene znakove nego mršavi pojedinci (Rothemund i dr., 2007), da gojazni pacovi imaju niže bazalne nivoe dopamina i smanjenu ekspresiju D2 receptora od mršavih pacova (Fetissov et al., 2002; Hamdi i dr., 1992; Orosco i dr., 1996) i da gojazni pacovi pokazuju više faznog oslobađanja dopamina tokom hranjenja nego mršavih pacova (Yang i Meguid, 1995). Međutim, ovo tumačenje se ne slaže sa dokazima da je gojaznost u odnosu na mršave pojedince pokazala veću metaboličku aktivnost u mirovanju u oralnom somatosenzornom korteksu (Wang, Volkow, Felder et al., 2002i da je aktivacija OFC-a i cinguliranje kao odgovor na gledanje slika ukusnih namirnica negativno uticala na BMI kod žena sa normalnom težinom (Killgore & Yurgelun-Todd, 2005). Bilo bi korisno za buduća istraživanja da se utvrdi koja interpretacija objašnjava naizgled nedosljedne nalaze, jer bi to značajno unaprijedilo naše razumijevanje etioloških i održavnih procesa koji doprinose pretilosti.

Ukupno otkriće ukazuje na to da se različita područja mozga aktiviraju putem nagrađivanja naspram konzumacijske hrane, što je važan doprinos jer je samo nekoliko studija pokušalo identificirati neuronske supstrate anticipatorne i konzumirajuće hrane. U ANOVA modelima koji upoređuju gojazne sa mršavim učesnicima (Tabela 1), Rolandic operculum i frontalni operculum aktivirani su i predviđanjem i konzumacijom milkshakea, ali su temporalni operkulum, parijetalni operkulum, prednja insula, posteriorna insula i ventralni prednji cingulat aktivirani samo kao odgovor na očekivano primanje milkshakea. U regresijskim modelima koji su ispitivali odnos BMI prema regijama aktivacije (Tabela 2), nije bilo preklapanja u aktiviranim regionima: dok su ventrolateralni prefrontalni korteks, dorzalni lateralni prefrontalni korteks i temporalni operkulum aktivirani kao odgovor na očekivano primanje milkshake, insula, frontoparietalni operculum, parijetalni operkulum i kaudatno jezgro bili su aktivirani kao odgovor na prijem milkshake. Ovi nalazi se uglavnom slažu sa onima iz prethodnih studija koje su istraživale regione mozga specifične za konzumatorsku i anticipatornu nagradu za hranu (O'Doherty et al., 2002; Pelchat i dr., 2004; Small et al., 2003; Small et al., 2008; Volkow i dr., 2003).

Ova studija je novina po tome što je jedna od prvih koja testira odnose između BMI i neuronskog odgovora na anticipatornu i konzumacijsku nagradu hrane koristeći paradigmu koja uključuje isporuku hrane u skeneru. Međutim, ova studija je imala nekoliko ograničenja koja treba napomenuti. Prvo, imali smo umerenu veličinu uzorka za testiranje između efekata grupe, iako je bila veća od većine ranije objavljenih fMRI studija o nagradi za hranu objavljenom do danas. Drugo, koristili smo samo jedan ukusan ukus. Možda su i drugi ukusi mnogo korisniji za učesnike i doveli bi do većeg odgovora na nagradu u mozgu. Treće, pošto je prijemu milkshakea uvijek prethodio znak (tj. Nikada nije isporučen bez napomene), učesnici su uvijek znali za ukus prije nego što je isporučen. Prethodne studije (npr. Berns, McClure, Pagoni i Montague, 2001) pronašli su različit odgovor na ukus i okus kao funkciju očekivanog ili neočekivanog. Stoga bi istraživači trebali razmotriti uključivanje mjere odgovora na primanje neočekivane nagrade za hranu u budućim studijama. Četvrto, znakovi koji su korišćeni za paradigmu milkshake su bili geometrijski oblici, koji možda ne drže dovoljno značenja za nagrađene učesnike i stoga su možda proizveli otupljene anticipatorne senzacije i aktivaciju mozga. Peto, prikupili smo ograničene podatke o ponašanju kako bismo potvrdili paradigmu fMRI sa učesnicima u našoj studiji. Ipak, podaci o validnosti iz tekućih studija koje koriste ovu paradigmu ukazuju na to da je to valjana mjera individualnih razlika u nagradi za hranu.

U zaključku, naši rezultati ukazuju na diferencijalni neuralni odgovor tokom anticipatorne i konzumacijske hrane kao funkcije statusa gojaznosti i BMI, iako će biti važno replicirati ove odnose u nezavisnim uzorcima. Budući da je u mnogim regionima došlo do većeg odgovora za koji se pokazalo da kodiraju debelu hranu kod gojaznih učesnika, obrazac odgovora je konzistentan sa bihevioralnim studijama koje sugerišu da gojazni pojedinci predviđaju više nagrade od unosa hrane i doživljavaju veće senzorno zadovoljstvo kada jedu. Međutim, takođe smo otkrili da su učesnici sa višim BMI pokazali manju aktivaciju u striatumu kao odgovor na potrošnju hrane u odnosu na one sa nižim BMI, što je u skladu sa prijedlogom da pretili pojedinci mogu iskusiti manje fazno oslobađanje dopamina kada konzumiraju hranu u odnosu na pojedinci. Biološki je moguće da pojedinci mogu očekivati više nagrade od unosa hrane i iskusiti veće somatosenzorno zadovoljstvo kada jedu, ali ipak imaju manje fazno oslobađanje dopamina kada se konzumira hrana, jer svaka uključuje odvojene neuronske sklopove. Međutim, moguće je da neke od ovih abnormalnosti prethodi gojaznosti, dok su druge posledica prejedanja. Na primer, prethodna dva efekta mogu povećati rizik od hiperfagije koja rezultira pozitivnim energetskim bilansom, a ovaj poslednji efekat može biti produkt down-regulacije receptora sekundarnog utroška ishrane sa visokim sadržajem masti i visokim sadržajem šećera. Alternativno, hipofunkcionisanje dopamin-posredovanog kruga nagrađivanja može uzrokovati da se ljudi prejedaju kako bi nadoknadili ovaj nagrađeni deficit, koji kroz uslovljavanje proizvodi veće anticipatorno nagrađivanje hrane i pojačan razvoj somatosensotrije korteksa. Bit će od vitalne važnosti za prospektivne studije da istraže koje od ovih abnormalnosti prethodi nastanku gojaznosti i koje su proizvod hroničnog prejedanja. Nadamo se da će sistematska studija abnormalnosti koja prethodi nastanku gojaznosti omogućiti osmišljavanje efikasnijih preventivnih i terapijskih intervencija.

priznanja

Ova studija je podržana istraživačkim grantom (R1MH64560A) iz Nacionalnog instituta za zdravlje.

Zahvaljujemo se asistentu za istraživanje projekta, Keely Muscatell i učesnicima koji su omogućili ovu studiju.

Fusnote

¹Inventar žudnje za hranom (FCI, White et al., 2002) procenjuje stepen žudnje za različitim namirnicama. Prilagodili smo ovu skalu tako što smo tražili ocjene kako ukusni učesnici nalaze svaku hranu. Originalni FCI je pokazao internu konzistentnost (α = .93), 2-tjedan test-pouzdanost testa (r = .86), i osjetljivost na otkrivanje efekata intervencije (Martin, O'Neil i Pawlow, 2006; White et al., 2002). U pilot studiji (n = 27) skala žudnje i skala ukusa pokazale su unutrašnju konzistenciju (α = .91 i .89, redom).

²Dok se neki softverski paketi, kao AFNI (Analiza funkcionalnih neurologa), fokusiraju prvenstveno na volumen i tako koriste veći kriterij klastera, SPM se fokusira prvenstveno na intenzitet i koristi manji kriterij klastera (ali zahtjevi većeg intenziteta). Koristeći zahtev intenziteta od t <0.001 i susjedni kriterij minimalnog klastera od 3 voksela za prag t-mapa standardni su za SPM i pristup smo koristili u prethodnim studijama. U ovom kontekstu važno je napomenuti da su svi klasteri koje prijavljujemo veći od 3 voksela (Stolovi 1 i And22).

³Na osnovu dokaza da je neuralna funkcija povezana sa nagradom kod žena pojačana tokom srednje-folikularne faze (Dreher et al., 2007), kreirali smo dihotomnu varijablu koja je odražavala da li su učesnici završili fMRI skeniranje tokom srednjepolikularne faze (dana 4 – 8 nakon početka menstruacije; n = 2) ili ne (n = 31). Kada smo kontrolisali ovu varijablu u svim analizama, aktivacija u prijavljenim regionima je ostala značajna.

reference

Balleine B, Dickinson A. Uticaj lezija insularnog korteksa na instrumentalno kondicioniranje: Dokazi za ulogu u podsticajnom učenju. Journal of Neuroscience. 2000: 20: 8954 – 8964. [\ TPubMed]
Barlow SE, Dietz WH. Procena i lečenje gojaznosti: Preporuke ekspertskog komiteta. Pedijatrija. 1998: 102: E29. [\ TPubMed]
Bello NT, Lucas LR, Hajnal A. Ponovljeni pristup saharozi utječe na gustoću receptora dopamina D2 u striatumu. Neuroreport. 2002: 13: 1557 – 1578. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
Berns GS, McClure SM, Pagoni G, Montague PR. Predvidljivost modulira odgovor ljudskog mozga na nagradu. Journal of Neuroscience. 2001: 21: 2793 – 2798. [\ TPubMed]
Blackburn JR, Phillips AG, Jakubović A, Fibiger HC. Dopamin i pripremno ponašanje: neurokemijska analiza. Behavioral Neuroscience. 1989: 103: 15 – 23. [\ TPubMed]
Cohen J. Statistička analiza snage za bihevioralne nauke. 2. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum; 1988.
Cole TJ, Bellizzi MC, Flegal K, Dietz WH. Uspostavljanje standardne definicije prekomjerne težine i gojaznosti djece širom svijeta: Međunarodna anketa. British Medical Journal. 2000: 320: 1 – 6. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
Dolazi DE, Blum K. Sindrom nedostatka nagrade: genetski aspekti poremećaja ponašanja. Napredak u istraživanju mozga. 2000: 126: 325 – 341. [\ TPubMed]
Davis C, Strachan S, Berkson M. Osjetljivost na nagradu: Implikacije za prejedanje i pretilost. Apetit. 2004: 42: 131 – 138. [\ TPubMed]
Dawe S, Loxton NJ. Uloga impulsivnosti u razvoju upotrebe supstanci i poremećaja u ishrani. Neuroznanost i Biobehavioral Review. 2004: 28: 343 – 351. [\ TPubMed]
De Araujo IE, Rolls ET. Predstavljanje u ljudskom mozgu teksture hrane i oralne masti. Journal of Neuroscience. 2004: 24: 3086 – 3093. [\ TPubMed]
Delahanty LM, Meigs JB, Hayden D, Williamson DA, Nathan DM. Psihološka i bihevioralna korelacija osnovnog BMI u programu prevencije dijabetesa. Diabetes Care. 2002: 25: 1992 – 1998. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
Del Parigi A, Chen K, Hill DO, Wing RR, Reiman E, Tataranni PA. Postojanost abnormalnih neuralnih odgovora na obroke u potobskim jedinicama. International Journal of Obesity. 2004: 28: 370 – 377. [\ TPubMed]
Dietz WH, Robinson TN. Upotreba indeksa tjelesne mase (BMI) kao mjere prekomjerne težine kod djece i adolescenata. Journal of Pediatrics. 1998: 132: 191 – 193. [\ TPubMed]
Dreher JC, Schmidt PJ, Kohn P, Furman D, Rubinow D, Berman KF. Faza menstrualnog ciklusa modulira neuronsku funkciju u vezi sa nagradama kod žena. Zbornik radova Nacionalne akademije nauka Sjedinjenih Američkih Država. 2007: 104: 2465 – 2470. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
Drewnowski A, Kurth C, Holden-Wiltse J, Saari J. Prehrambene preferencije kod gojaznosti kod ljudi: Ugljikohidrati u odnosu na masti. Apetit. 1992: 18: 207 – 221. [\ TPubMed]
Epstein LJ, Temple JL, Neaderhiser BJ, Salis RJ, Erbe RW, Leddy JJ. Pojačanje hrane, genotip dopaminskog D2 receptora i unos energije kod gojaznih i nonobesnih ljudi. Behavioral Neuroscience. 2007: 121: 877 – 886. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
Epstein LH, Wright SM, Paluch RA, Leddy JJ, Hawk LW, Jaroni JL, et al. Hedonika hrane i pojačanje kao determinante laboratorijskog unosa hrane kod pušača. Fiziologija i Behaivor. 2004a: 81: 511 – 517. [\ TPubMed]
Epstein LH, Wright SM, Paluch RA, Leddy JJ, Hawk LW, Jaroni JL, et al. Odnos između pojačanja hrane i dopaminskih genotipova i njegovog uticaja na unos hrane kod pušača. American Journal of Clinical Nutrition. 2004b: 80: 82 – 88. [\ TPubMed]
Fetisov SO, Meguid MM, Sato T, Zhang LH. Izražavanje dopaminergičkih receptora u hipotalamusu vitkih i pretilih Zucker-ovih stopa i unosa hrane. American Journal of Physiology. 2002: 283: R905 – 910. [\ TPubMed]
Fisher JO, Birch LL. Jede u odsustvu gladi i prekomerne težine kod devojčica od 5 do 7 godina starosti. American Journal of Clinical Nutrition. 2002: 76: 226 – 231. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
Flegal K, Graubard B, Williamson D, Gail M. Višak smrtnih slučajeva povezanih sa težinom, težinom i gojaznošću. Časopis Američkog medicinskog udruženja. 2005: 293: 1861 – 1867. [\ TPubMed]
Forman EM, Hoffman KL, McGrath KB, Herbert JD, Brandsma LL, Lowe MR. Poređenje strategija prihvatanja i kontrole za suočavanje sa žudnjom za hranom: analogna studija. Istraživanje ponašanja i terapija. 2007: 45: 2372 – 2386. [\ TPubMed]
Franken IH, Muris P. Individualne razlike u osjetljivosti nagrađivanja povezane su sa žudnjom za hranom i relativnom tjelesnom težinom kod žena zdrave težine. Apetit. 2005: 45: 198 – 201. [\ TPubMed]
Gottfried JA, O'Doherty J, Dolan RJ. Kodiranje prediktivne vrijednosti nagrađivanja u ljudskoj amigdali i orbitofrontalnom korteksu. Nauka. 2003: 301: 1104 – 1107. [\ TPubMed]
Hamdi A, Porter J, Prasad C. Smanjeni striatalni D2 receptori dopamina kod pretilih Zucker pacova: Promjene tokom starenja. Brain Research. 1992: 589: 338 – 340. [\ TPubMed]
Henson RN, Cijena CJ, Rugg MD, Turner R, Friston KJ. Otkrivanje razlika kašnjenja u BOLD odgovorima povezanim sa događajima: Primjena na riječi nasuprot ne-riječi početne i ponavljane prezentacije lica. Neuroimage. 2002: 15: 83 – 97. [\ TPubMed]
Jeffery R, Drewnowski A, Epstein LH, Stunkard AJ, Wilson GT, Wing RR, Hill D. Dugoročno održavanje gubitka težine: Trenutni status. Health Psychology. 2000: 19: 5 – 16. [\ TPubMed]
Karhunen LJ, Lappalainen RI, Vanninen EJ, Kuikka JT, Uusitupa MI. Regionalni cerebralni protok krvi tokom izlaganja hrane kod gojaznih i normalno težih žena. Mozak. 1997: 120: 1675 – 1684. [\ TPubMed]
Kelley AE, Will MJ, Steininger TL, Zhang M, Haber SN. Ograničena dnevna konzumacija vrlo ukusne hrane (čokoladni osigurač) mijenja ekspresiju strikarnog enkefalina. European Journal of Neuroscience. 2003: 18: 2592 – 2598. [\ TPubMed]
Killgore WD, Yurgelun-Todd DA. Masa tela predviđa orbitofrontalnu aktivnost tokom vizuelnih prezentacija visokokalorične hrane. NeuroReport. 2005: 16: 859 – 863. [\ TPubMed]
Kiyatkin EA, Gratton A. Elektrokemijsko praćenje ekstracelularnog dopamina u nukleusu akumbensa štakora koji potiskuju hranu. Brain Research. 1994: 652: 225 – 234. [\ TPubMed]
LaBar KS, Gitelman DR, Parrish TB, Kim YH, Nobre AC, Mesulam MM. Glad selektivno modulira kortikolimbičku aktivaciju na podražaje hrane kod ljudi. Behavioral Neuroscience. 2001: 115: 493 – 500. [\ TPubMed]
Martin CK, O'Neil PM, Pawlow L. Promjene u hrani za niskokaloričnom ishranom. Gojaznost. 2006: 14: 115 – 121. [\ TPubMed]
Martinez D, Gil R, Slifstein M, Hwang DR, Huang Y, Perez A, et al. Zavisnost od alkohola povezana je sa otupljenom transmisijom dopamina u ventralnom striatumu. Biological Psychiatry. 2005: 58: 779 – 786. [\ TPubMed]
Nederkoorn C, Smulders FT, Jansen A. Odgovori na cefalnu fazu, žudnja i unos hrane kod normalnih subjekata. Apetit. 2000: 35: 45 – 55. [\ TPubMed]
O'Doherty JP, Deichmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Neuralni odgovori tokom očekivanja primarne nagrade za okus. Neuron. 2002: 33: 815 – 826. [\ TPubMed]
O'Doherty JP, Rolls ET, Francis S, Bowtell R, McGlone F. Predstavljanje ugodnog i odbojnog okusa u ljudskom mozgu. Journal of Neurophysiology. 2001: 85: 1315 – 1321. [\ TPubMed]
Orosco M, Rouch C, Nicolaidis S. Promjene monoterapije hipromalalnim hipotalamusom kao odgovor na intravenozne infuzije insulina i glukoze u slobodno hranjenom pretilu Zucker Rats: Mikrodijaliza. Apetit. 1996: 26: 1 – 20. [\ TPubMed]
Pelchat ML, Johnson A, Chan R, Valdez J, Ragland JD. Slike želje: Aktivacija hrane žudnje tokom fMRI. NeuroImage. 2004: 23: 1486 – 1493. [\ TPubMed]
Rissanen A, Hakala P, Lissner L, Mattlar CE, Koskenvuo M, Ronnemaa T. Stečena sklonost posebno za prehrambene masnoće i gojaznost: Studija monozigotnih parova blizanaca težine. International Journal of Obesity. 2002: 26: 973 – 977. [\ TPubMed]
Robinson TE, Berridge KC. Podsticajna senzibilizacija i ovisnost. Ovisnost. 2001: 96: 103 – 114. [\ TPubMed]
Roefs A, Herman CP, MacLeod CM, Smulders FT, Jansen A. Na prvi pogled: kako suzdržani eaters ocjenjuju ukusnu hranu bogatu mastima? Apetit. 2005: 44: 103 – 114. [\ TPubMed]
Rothemund Y, Preuschof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H, Klapp BF. Diferencijalna aktivacija dorzalnog striatuma visokokaloričnom vizualnom stimulacijom hrane kod pretilih osoba. Neuroimage. 2007: 37: 410 – 421. [\ TPubMed]
Saelens BE, Epstein LH. Jačanje vrednosti hrane kod gojaznih i ne-gojaznih žena. Apetit. 1996: 27: 41 – 50. [\ TPubMed]
Schultz W, Apicella P, Ljungberg T. Odgovori neurona majmuna dopamina na nagrađene i uslovljene stimulanse tokom uzastopnih koraka učenja zadatka odloženog odgovora. Journal of Neuroscience. 1993: 13: 900 – 913. [\ TPubMed]
Schultz W, Romo R. Dopaminske neurone srednjeg mozga majmuna: Nepredviđeni odgovori na podražaje koji izazivaju neposredne reakcije ponašanja. Journal of Neurophysiology. 1990: 63: 607 – 624. [\ TPubMed]
Mali DM, Gerber J, Mak YE, Hummel T. Diferencijalni neuronski odgovori izazvani ortonazalnom i retronasalnom odorantnom percepcijom kod ljudi. Neuron. 2005: 47: 593 – 605. [\ TPubMed]
Mali DM, Jones-Gotman M, Dagher A. Ispuštanje dopamina izazvano hranjenjem u dorzalnom striatumu korelira sa ocjenom ugodnosti obroka kod zdravih ljudi. Neuroimage. 2003: 19: 1709 – 1715. [\ TPubMed]
Mali DM, Zatorre RJ, Dagher A, Evans AC, Jones-Gotman M. Promjene u aktivnostima mozga koje se odnose na konzumaciju čokolade: od užitka do averzije. Mozak. 2001: 124: 1720 – 1733. [\ TPubMed]
Stice E, Shaw H, Marti CN. Meta-analitički pregled programa prevencije gojaznosti za djecu i adolescente: Mršav na intervencijama koje djeluju. Psychological Bulletin. 2006: 132: 667 – 691. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, Twieg DB, Knowlton RC, Cox JF. Široko rasprostranjena aktivacija sistema nagrađivanja kod gojaznih žena kao odgovor na slike visokokalorične hrane. Neuroimage. 2008: 41: 636 – 647. [\ TPubMed]
Stunkard AJ, Berkowitz RI, Stallings VA, Schoeller DA. Unos energije, a ne izlaz energije, determinanta je veličine tijela kod djece. American Journal of Clinical Nutrition. 1999: 69: 524 – 530. [\ TPubMed]
Temple JL, Legerski C, Giacomelli AM, Epstein LH. Hrana je jača za prekomjernu težinu od mršave djece. American Journal of Clinical Nutrition In Press.
Veldhuizen MG, Bender G, Constable RT, Small DM. Degustacija u odsustvu ukusa: Modulacija ranog okusnog korteksa pažnjom na ukus. Chemical Senses. 2007: 32: 569 – 581. [\ TPubMed]
Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ. Uloga dopamina u pojačavanju droga i ovisnosti kod ljudi: Rezultati studije snimanja. Behavioral Pharmacology. 2002: 13: 355 – 366. [\ TPubMed]
Volkow ND, Wang GJ, Maynard L, Jayne M, Fowler JS, Zhu W, et al. Mozak dopamina je povezan sa ponašanjem kod ljudi. International Journal of Eating Disorders. 2003: 33: 136 – 142. [\ TPubMed]
Wang GJ, Volkow ND, Felder C, Fowler J, Levy A, Pappas N, et al. Poboljšana aktivnost mirovanja oralnog somatosenzornog korteksa kod gojaznih subjekata. Neuroreport. 2002: 13: 1151 – 1155. [\ TPubMed]
Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS. Uloga dopamina u motivaciji za hranu kod ljudi: implikacije za gojaznost. Mišljenje stručnjaka o terapeutskim ciljevima. 2002: 6: 601 – 609. [\ TPubMed]
Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, Zhu W, et al. Mozak dopamina i gojaznost. Lancet. 2001: 357: 354 – 357. [\ TPubMed]
Wardle J, Guthrie C, Sanderson S, Birch D, Plomin R. Prehrambene i aktivnosti preferencija kod djece vitkih i gojaznih roditelja. International Journal of Obesity. 2001: 25: 971 – 977. [\ TPubMed]
Westenhoefer J, Pudel V. Užitak iz hrane: Važnost izbora hrane i posljedice namjernog ograničenja. Apetit. 1993: 20: 246 – 249. [\ TPubMed]
White MA, Whisenhunt BL, Williamson DA, Greenway FL, Netemeyer RG. Razvoj i validacija inventara hrane za žudnjom za hranom. Istraživanje gojaznosti. 2002: 10: 107 – 114. [\ TPubMed]
Worsley KJ, Friston KJ. Ponovno ponovljena analiza vremenske serije fMRI. [pismo; komentar] Neuroimage. 1995; 2: 173–181. [PubMed]
Yamamoto T. Neuralne supstrate za obradu kognitivnih i afektivnih aspekata ukusa u mozgu. Arhiva histologije i citologije. 2006: 69: 243 – 255. [\ TPubMed]
Yang ZJ, Meguid MM. Dopaminergička aktivnost kod gojaznih i vitkih zucker pacova. Neuroreport. 1995: 6: 1191 – 1194. [\ TPubMed]
Zald DH, Parvo JV. Kortikalna aktivacija izazvana intraoralnom stimulacijom vodom kod ljudi. Chemical Senses. 2000: 25: 267 – 275. [\ TPubMed]