Brain Res Bull. 2009 Aug 14;79(6):388-95. doi: 10.1016/j.brainresbull.2009.05.016.
Stoeckel LE1, Kim J, Weller RE, Cox JE, Cook EW 3rd, Horwitz B.
astrattu
Una reattività esagerata di i punti alimentari in donne obese sembra mediata in parte da un sistema di ricompattu iperattivu chì include u nucleo accumbens, l'amigdala, è a corteccia orbitofrontale. U presente studiu hà fattu usà imaging a risonanza magnetica funzionale (fMRI) per investigà se e differenze tra e donne obese xNUMX è 12 in pesu normali in attivazione cerebrale curretta in risposta à e immagini di l'alimentu pò esse spiegate da cambiamenti in interazioni funzionali tra regioni di rete primaria.
A analisi di a strada di duie fasi / approcciu di Linea Modelli Generale hè statu adupratu per pruvà s'ellu ci era differenze di gruppu in e cunnessioni di rete trà u nucleo accumbens, l'amigdala è a corticale orbitofrontale in rispondenza à e immagini di alimenti cù calorie alta. C'è stata una connettività anormale in u gruppu obese in risposta à entrambe le spezie di l'alimentu altu è à bassu calorie paragunatu à i controlli di u pesu normale.
Rispuntendu à i controlli, u gruppu obesu avia una relativa carenza in a modulazione di amigdala di attivazione sia in corteccia orbitofrontale sia in nucleus accumbens, ma influenza eccessiva di modulazione di attivazione di corteccia orbitofrontale in nucleus accumbens. E proiezioni deficienti da l'amigdala puderebbenu riferisce à a modulazione subottima di l'aspetti affettivi / emotivi di u valore di ricumpensa di un alimentu o di una salienza motivazionale di una cue assuciata, mentre chì una crescente corteccia orbitofrontale a connettività nucleus accumbens puderia cuntribuisce à un impulso elevatu di manghjà in risposta à un aliment cue.
Dunque, hè pussibule chì a più grande attivazione di u sistema di ricompensazione, ma ancu e differenze in l'interazzioni di e regioni in sta rete pudessenu contribuire à u relativu crescutu valore motivazionale di l'alimentu in individui obesi.
L'eziologia di l'obesità pare esse spiegata, in parte, da una reattività esagerata à i cuglieri assuciatu cù l'alimentu, in particulare à l'alimenti impurtanti in u grassi, densi (per esempio, [12]). U meccanismu per a salitivu motivazionale elevata di sti stimuli in l'individui obese pò esse un sistema di ricompattu iperattivu, chì include u nucleo accumbens / striatum ventral (NAc), l'amigdala (AMYG), è a corteccia orbitofrontale (OFC). Un studiu di pronta risonanza magnetica funzionale (fMRI) hà avutu una maghjina attivazione di queste regioni in risposta à l'immusioni di alimenti altamente calorie in obesi paragunatu à e persone di pesu normali ([77]; Fig. 1). Altri studii chì esponenu à l'individui obese o quelli chì sò più alti BMI è per stimuli alimentari anu trovu dinò mudelli anormali di attivazione in queste regioni ([22], [23], [28], [43], [68]), è dinò à altri (40], [68]). Stimuli associati à l'alimentu altamente calorie ponu avverà una motivazione eccessiva per a manciata nè homeostatica di sti tipi di alimenti ([10], [11], [53]). Questu desideriu eccessivu non homeostaticu à cunsumiri l'alimentu hè statu chjamatu primu salientiale o "anu volendu" è pari à largamente regolatu per mezu di u sistema di dopamina mesocorticolimbica, chì include NAc, AMYG, è OFC (eg, [6]).
A maiò parte di i studii fMRI umani utilizanu un'analisi statistica di massa univariate per discernà e caratteristiche funzionale di e diverse regioni cerebrali macroscopiche. Spessori, i investigatori integranu infurmazioni nantu à a specializazione funzionale di un gruppu di regioni per spieghjere cume queste regioni interagiscenu per cumpetisce una funzione data. Tuttavia, l'unica conclusione empirica basata validu chì pò esse tracciata da tali analisi riguardu à l'importanza è a larghezza di l'attivazione in un determinatu set di regioni di u cervellu, micca cumu queste regioni interagiscenu cumulativamente. L'analisi di a cunnessione permette à l'investigatori di studà cume e rete di e regioni di u cervellu si interagiscenu per fà funzioni cuncepitive è comportamentali (pe, [34]). Hè impurtante fatti cunnosce chì l'inferenze da studii di attivazione tradiziunali ùn passanu micca direttamente à studii di connettività. Hè cusì, ci pò esse misure di differenze in u magnitude di attivazione cerebrale tra gruppi, ma senza differenze di gruppu in Cunnessione, e viceversa (eg, [52]).
L'analisi di a strada, un tippu di mudelazione di l'equazioni strutturali, hè un approcciu multivariato, basatu di ipotesi, applicatu à a neuroimagerie funzionale per investigà relazioni direzzionali trà un determinatu serie di regioni di u cervellu in relazione ([51]). Questu hè un metodo di analisi di a connettività efficace, in questu casu significava cambiamenti in l'attivazione di una regione di u cervellu chì deriva da cambiamenti in l'attivazione in un'altra regione. I mudelli di chjassione sò sviluppati basatu annantu à a priori ipotesi è assumenu una struttura causale, induve A → B significa mutazioni in a regione A sò ipotizzate da a causa cambiamenti in a regione B (per esempio, [69]). E regioni cerebrali in un mudellu di rete sò tipicamente scelti basatu annantu à studii di neuroimaging funzionali precedenti, è e cunnessioni tra queste regioni sò di solitu definite basatu nantu à e cunnessioni neuroanatomiche note, in gran parte da letteratura animale, assumendu l'omologia in regioni di u cervellu trà specie (per esempio, [69]). I valori di paràmetru stimati calculati aduprendu l'analisi di i percorsi rappresentanu a quantificazione di i vie di direzzione trà e regioni in u mudellu. Questi coefficienti di strada possanu poi esse usati per fà paragunà e cunnessioni in i soggetti in risposta à cambiamenti di e condizioni di travagliu o trà soggetti è gruppi in u quadru di u Modellu Generale Lineare (GLM) (per esempio, [44], [64]).
U NAc, AMYG, è OFC funziunanu cum'è parte di u sistema di ricompense. Ci sò forti cunnessioni anatomiche trà queste regioni (v Fig. 2; AMYG → OFC: [7], [16], [30], [38], [60], [65], [71], AMYG → NAc: [30], [38], [71], e OFC → NAc: [7], [16], [17], [30], [38], [56], [60], [65], [71]). Ancu se hè chiaru chì NAc, AMYG, è OFC sò più forte attivati in obesi paragunatu à i controlli di pesi normali quandu vedenu imagini di alimenti, in particulare immagini di alimenti cù calorie77]), hè dubbiu chè l'attivazione in queste regioni sia cù un prucessu cumunamentu (per esempio, incisivu di salienza o motivazione à avvicinà è à cunsumà una ricompensa) o se ci sò processi diversi (per esempio, hedonics o u piacè di ricompensa è / o apprendendu) chì tenenu conto di stu mudellu di attivazione (vedi [8] per una discusione di sti prucessi di ricompensazione diversi). I NAc, AMYG, è OFC hanno ognuna di e numerose proprietà di funziunamentu. U stratu novu / ventralu funziula cum'è un'interfaccia trà u prucessu riferitu à a ricompensa, meccanismi homeostatici è l'uscimentu di u motoru (per esempio, [41]), ma pò ancu còdice per u valore di ricompensa ([57]). U OFC pò codificare rappresentazioni sensitivi multimodali di alimenti è alimenti ([[10], [11]). Insemi, AMYG è OFC ponu mediare i prucessi associativi chì i stimuli cunnessi à l'alimentu assurganu una primura di incentivu o altre proprietà motivazionali.6], [31]), ma dui codici ancu per u valore hedonicu, AMYG via bottom-up è OFC tramite processi top-down ([7]).
In questu studiu, abbiamo adupratu i dati fMRI di Stoeckel et al. [77] e una analisi di vie di due stadi più approcciu GLM per investigà e interazioni di e strutture premiate chiave (NAc, AMYG, è OFC) in una rete semplice per determinà se queste strutture funziunanu insieme in risposta à e immagini di alimenti cù calorie alta e bassa. in modu diversu in individui obesi è normali. Avemu aspettatu di truvà cunnessioni effettive trà e regioni di u cervellu cum'è specificatu in u nostru mudellu in i cuntrollu di pesi normali in risposta à e immagini di alimenti cù e calorie elevate. In più, avemu aspettatu di truvà un numeru di cunnessioni effettive alterate in u nostru gruppu obese chì puderianu aiutà spiegà perchè l'alimenti anu aumentatu di potenza motivazionale per questi individui.
Materieali è metudi
I dati utilizati per l'analisi di u parcorsu sò stati stessi dati riportati in Stoeckel et al. [77]. A eccezione di a rubrica chì discute i metudi di l'analisi di u parcorsu, l'infurmazioni qui seguite sò dettu in Stoeckel et al. [77].
participanti
I participanti eranu obesi 12 (Indice di Massa Corporea, BMI = 30.8 - 41.2) è 12 di pesu normale (BMI = 19.7 - 24.5) donne destre recrutate da a cumunità di l'Università di Alabama in Birmingham (UAB). Ùn ci era nisuna differenza di gruppu nantu à l'età media (obesi: 27.8, SD = 6.2; cuntrollu: 28, SD = 4.4), etnicità (obesi: 7 Afro-Americani, 5 Caucasiani; cuntrollu: 6 Afro-Americani, 6 Caucasici), educazione (obesi: 16.7 anni, SD = 2.2; cuntrollu: 17.2, SD = 2.8), o ghjornu mediu di u ciclu menstruale (obesi: ghjornu 6.8, SD = 3.1, cuntrollu: ghjornu 5.7, SD = 3.3, tuttu in a fase follicular ). I participanti sò stati recrutati cù publicità piazzate in u ghjurnale UAB è volantini piazzati in vari lochi di u campus UAB. Fùbbenu infurmati chì u scopu di u studiu era di fighjà mudelli di attività cerebrale in participanti "affamati" di diversi BMI in risposta à e immagini visive di vari oggetti cum'è alimenti è immagini di cuntrollu. L'individuali sò stati esclusi basati annantu à criteri multipli relativi à a salute, cumprendu una storia di disordine alimentaria positiva, una dieta attiva o participendu à un prugramma di perdita di pesu, o pesu> 305 libbre (138 kg) cù circundanza> 64 pollici (163 cm), quest'ultima per via di limitazioni di scanner. Tutti i participanti anu firmatu un permessu informatu scrittu dopu chì e procedure di studiu è i rischi implicati sò stati spiegati. Tutte e procedure sò state riesaminate è appruvate da u Cunsigliu di Revisione Istituzionale per Uso Umanu in UAB.
Stimuli
I stimuli aduprati durante a sessione di imaging anu compositu di immagini in culore 252, tutte di dimensioni, risoluzione è luminanza consistenti.77]). L'immagine di alimenti 168 era suddivisa in categurii calori bassi è calorie alti, ciascuna cusì da imagini uniche 84. E immagini di alimenti calori bassi consistevanu in elementi cioè bassu in grassu cume a verdura cotta a vapore è i pesci fritti. I cibi altamente calorie eranu in primis elementi impurtanti in grassu cume u pasticciu o a pizza. I stimuli di cuntrollu furmati di immagini di automobili, chì variavanu assai in a marca, u mudellu, l'età è u culore. L'immagine di a vittura era intesa cum'è stimuli di cuntrollu moderatamente interessanti chì accumpagnavanu e l'imaghji à calorie nantu à l'aghjunanza basati nantu à i risultati di Stoeckel et al. [77], cù l'alimentu altamente calorie cum'è altu.
prucedura
Dopu avè un veru scopu di cunvalidazione per validà l'IMC è per verificà altri criteri di studiu, i participanti sò stati pianificati per a sessione fMRI. Hè amparatu à manghjà una colazione sempre cum'è 7 – 8 AM ma à saltà a manghera è a cunsumà solu l'acqua, affinchì avianu digiunatu per circa 8 – 9 h prima di esse imaging tra 3 – 5 PM
Mentre i participanti eranu in u magnetu, stimuli visivi foru presentati in un furmatu di furmazione, cù un tuttu di sei 3: 09 funziona per sessione di imaging. Ciascuna corsa era fatta da duie epoche 21 s ciascuna di vitture (C), cibi bassi calorie (LC), è cibi alti calorie (HC) pseudorardomly presentati à i participanti. In ogni epoca di 21 di alimenti o di l'imagine di automobili, sette singuli immagini sò stati presentati per 2.5 s. A separazione di 0.5 s separava l'immagine, è un distendu di 9 separava l'epica. Tutti i lacetti consistevanu di una schermata biancu grigia cù una croce di fissazione. Ciascuna corsa era di volumi 63 per un totalu di volumi 378 in sei corse, di i quali 84 volumi sò stati acquistati durante ciascuna di a vittura, alimenti bassa-calorie, è esposizioni alimenti high-calorie. L'imagine visive sò state presentate da un computer portatile chì scava VPM18]). E immagini sò state proietate nantu à una schermata dietro a testa di u participanu è visti da un spia di proiettu posteriore di una sola superficie 45 ° attaccatu à a bobina di testa. I participanti sò stati compensati finanziariamente per a so participazione. Tutte e procedure sò state riesaminate è appruvate da u Cunsigliu di Revisione Istituzionale di UAB per Uzu Umanu.
Acquisizione è trasformazione di MRI
I dati MRI funzionali sò stati acquistati usando un magnete ultra-corto di fori Philips Intera 3T, dotato di una bobina capa di codifica di sensibilità (SENSE). E immagini sò state raccolte cù una sola sequenza di impulsi EPI di pignula-echo T2 * -pattu pussibuli. Abbiamo usatu TE = 30 msec, TR = 3 sec, è un angulu di rotazione 85 ° per 30 affettive assiali 4 mm spessu cun un gap interschjeriale 1 mm, una risoluzione di scansione di 80 × 79, ricostruita in 128 × 128, è cun 230 × 149 × 230 mm FOV. I primi quattru scansioni sò stati scartati per permettenu à u magnetu di ottene una magnetizzazione di u staticu
I dati sò stati preprocessati (currezzione di muvimentu, nurmalizazione à u sistema di coordinate MNI cù u mudellu SPM2 EPI, è lisciu cù un filtru Gaussian FWHM 6 mm) aduprendu u pacchettu software SPM2 (Wellcome Dept. Imaging Neuroscience, Londra, UK). Nisun set di dati ùn hà micca riesciutu à soddisfà i criteri d'inclusione di u muvimentu, chì eranu quellu muvimentu prima di a correzione era <2 mm in u muvimentu di traslazione è <2 ° in u muvimentu di rotazione (dettagli in [77]).
Analisi di dati
dati di fMRI
Risposte à u dipendente di u livellu di ossigene in sangue (BOLD) sò state analizzate in u cuntestu di u Modellu Generale Linearu nantu à una basa voxel by voxel cume hè implementata in SPM2 ([27]). U corso di tempu di l'attivazione cerebrale hè statu modellatu cù una funzione di boxcar convolved cu a funzione di risposta hemodinamica canonica (HRF) è una funzione derivativa temporale. I dati sò stati filtrati cù passaghju alto (1 / 128 Hz) per rimuovere i filtri à basse frequenze. Un mudellu autoregressivu di u primu ordine hè statu implementatu ancu per corregge l'autocorrelazioni in u termini di l'errore di u mudellu fMRI.
Hè stata utilizzata una procedura à 2 fatti à tempu di effetti casuali per l'analisi statistica per tene in contu per a variabilità à l'intestu di u sughjettu è per a variabilità tra i soggetti. Prima, i dati di fMRI da ognunu participanu individualmente sò stati aduprati per generà contrasti statistichi di e stime di parametri per testà e differenze trà i punti tempu currispondenti à l'alimentu altu calorie è l'alimentu à calorie. I risultati di un studiu precedente ([77]) anu trovu differenze di gruppu in i schemi di attivazione ligata à a ricumpensa, cù u gruppu obesu chì mostra una attivazione più grande à l'alimenti calurichi è cuntrolli à l'alimenti calori. U cuntrastu alimentariu> stimuli di cuntrollu hè statu dopu inseritu in analisi di test di t di unu campione di secondu livellu per i paragoni in u gruppu per localizà u massimu di u gruppu per e nostre regioni d'interessu (ROI): NAc bilaterale, AMYG è OFC mediu (p <.05, senza correzione).
I ROI per AMYG è OFC sò stati definiti aduprendu u WFU Pickatlas è l'atlas AAL è Talairach Daemon ([47], [49], [79]). Perchè NAc ùn era dispunibule in queste biblioteche, avemu tracciatu una sfera 6 mm in raggio cù a WFU Pickatlas centrata à una posizione di voxel determinata da a media di dimensioni di voxel da studii fMRI pertinenti1], [54], [58]). A classificazione di a posizione regionale di i voxels attivati hè stata verificata aduprendu WATTA Pickatlas è ispezzione visuale di i dati utilizendu un atlas di cervellu umanu ([48]).
Analisi di u parcorsu
L'analisi di a strada hè stata aduprata per determinà a forza è a direzzione di e relazioni (cunnessioni effettive) tra variabili osservate (ROI), stimate cù equazioni di regressione simultanee via a stima massima di verosimiglianza. Questu hè unu di i mudelli di mudellazione più cumuniti aduprati per studiare a connettività efficace ([69]). Abbiamo utilizatu un apprucamentu di u parcorsu bifase / GLM, seguendu un metudu simili à Kim et al. [44]. Per ogni participant: (1) sò stati scelti per includere in u mudellu, (2) i dati di seri tempora sò stati spartiti in dui gruppi assucitati à i volumi per e dui condizioni di travagliu (cibi di u calorie) (3) I dati sò stati estratti per ogni situazione per ogni ROI, (4) hè statu designatu un mudellu chì specifiava e interazzioni di i ROI, (5) a matrice di varianza-covarianza (numero di volumi di scansione X numero di ROI) matrice per ogni situazione hè calculata, e (6) i coefficienti di u caminu per e cunnessioni tra ROI in i mudelli sò statu stimati via una stima massima di verosimiglianza. E misure ripetute ANOVA hè poi stata usata per determinà e differenze in gruppu (vale à dì, a condizione) è in mezu à u gruppu in e cunnessioni di mudellu chì utilizanu i coefficienti di u parcorsu da i mudelli per ogni individui.
Specifica mudellu
E regioni incluse in u mudellu (OFC, AMYG, è NAc) sò componenti di ciò chì hè statu chjamatu u “circuitu motivu” ([63]), riguardu u sistema dopaminu mesocorticolimbic di6], [36], [39], [45], [63], [66], [73], [80], [83]). I cunnessioni in u mudellu sò stati definiti in parte basatu annantu à a connettività anatomica cunnisciuta di e strutture in sta rete, ma ancu cunsiderà i vincoli metodulogichi (per esempio, a risoluzione temporale di fMRI è u prublema di l'identificazione cun mudelli non recursivi cun modellazione di l'equazioni strutturali) [7], [30], [38], [60], [65], [71]; Fig. 2). Per stima i valori di i coefficienti di u viaghju affidabile, u mudellu hè statu restituitu à esse ricorsive (vale à dì, ùn ci sò micca strade di reciprocità inclusi in u mudellu).
U listessu mudellu di strada hè statu custruitu per ogni sughjettu. Per permette una variabilità inter-sughjettu, avemu definitu e coordinate esatte di ogni regione per ogni emisferu da u massimu lucale di a carta statistica di ogni participante in 12 mm di u massimu di u gruppu (in a stessa regione anatomica) resultante da l'alimenti> cuntrastu di vitture ( p <.05, senza correzione; [52]). E coordinate MNI di e regioni sò NAc, sinistra (x, y, z): −6, 10, −10 [controls] e −10, 14, −6 [obese]; NAc dirittu, (x, y, z): 6, 10, −10 [controls] e 6, 12, −10 [obese]; AMYG, sinistra (x, y, z): −26, −2, −20 [controls] e −20, 0, −24 [obese]; AMYG, diritta (x, y, z): 22, 0, −20 [controls] e 24, 2, −24 [obese]; OFC, sinistra (x, y, z): −22, 36, −10 [controls] e −22, 30, −14 [obese]; OFC, diritta (x, y, z): 26, 36, −14 [controls] e 26, 30, −4 [obese]. Per ogni regione, l'estrutta principale di a serie tempu hè stata estratta da una sfera 4-mm centrata à u massimu di u sughjettu locale. U principiu (cioè, 1st) a variazione propria hè una misura riassunta, simile à una media ponderata robusta à i numeri outliers, basata annantu à a varianza di tutti i vosselli annantu à a sfera 4 mm in raggio.
I dati di serie tempu regionali (i valori di a variazione propria principale) sò poi stati separati in dui serie di dati: i punti tempu associati à (1) l'altri alimenti in calorie è (2) i cibi bassi in calorie. Per rappurtà u ritardu hemodinamicu, aghjunghjimu un ritardu fisiologicu di 6 s (2 TR) trà l'insorgenza è l'offset di i nostri dui cundizioni è hà adattatu i dati chì eremu estratti.32]). Quessa ha causatu duie 84 (numero di volumi di scansione) X 6 (numero di ROI) matrici di dati per ogni situazione (alimenti cù e calorie elevate) per ogni participant.
Stima di u parametru di u via
Un mudellu di percorsu era adattatu à a matrice di dati sia per l'alimenti ad alto contenutu caluricu sia à bassa caluria indipendentemente per ogni participante. I coefficienti di strada libera sò stati stimati minimizendu a discrepanza trà una matrice di correlazione osservata da i dati fMRI è una matrice di correlazione prevista da u mudellu cù u software LISREL (Versione 8, Software Scentificu SSI). E stime di i parametri standardizati (simili à β in regressione), o coeficienti di percorsu, per ogni cunnessione (AMYG → OFC, OFC → NAc, è AMYG → NAc) in ogni emisferu (sinistra è destra) da i dui mudelli (altu è bassu) alimenti calurichi) per ogni participante sò stati impurtati in SPSS per analisi successive. Un mudellu mixte ANOVA hè statu cunduttu per ognuna di e trè cunnessioni, in cui i fattori eranu gruppu (obesi versus cuntrollu), categuria di alimenti (alta versus bassa caloria) è emisferu. Cum'è questu era un studiu esplorativu, avemu testatu per a significazione di coefficienti di percorsu specifici, finu à chì i mudelli omnibus anu mostratu almenu effetti quasi significativi (p <0.10). Per ogni gruppu, un campione di test t hè statu adupratu per testà se i coefficienti di u percorsu in i mudelli di alimenti à alta è bassa caloria eranu significativamente diversi da zero, indicendu a connettività cum'è specificata. E paragoni in paru sò stati aduprati per testà e differenze in i coefficienti di u percorsu per ogni emisferu (sinistra è destra) per u gruppu (cibi à alta caloria vs. cibi bassi in calorie) è paragoni trà gruppi (obesi vs. cuntrolli per alta caloria è bassa -alimenti calurichi, indipindente). I test t accoppiati sò stati aduprati per paragoni in u gruppu è campioni indipendenti i test t sò stati aduprati per paragoni trà gruppi.
Risposte alla lingua
Tutti i coefficienti di percorsu stimati sò stati significativamente diversi da zero per u gruppu obesu è cuntrolli per i dui emisferi sia in i mudelli di alimenti à alta è bassa caluria, in cunfurmità cù u mudellu di connettività specificatu (valori p <0.001; Table 1).
I confronti tra i gruppi
OFC → NAc
Ùn ci era nisun effettu principale di u gruppu per a cunnessione OFC → NAc, ancu se ci era una tendenza (F [1,22] = 3.70, p = 0.067), chì indicava una cunnessione più grande per u gruppu obesu (0.53 ± 0.06) paragunatu à i cuntrolli (0.41 ± 0.06). Ùn ci era micca una categurìa significativa di gruppu X o gruppu X categurie X interazzioni di lateralità, ancu s'ellu ci era una tendenza versu una interazione di lateralità di gruppu X (p = 0.059). I coefficienti di u caminu di sinistra da OFC → NAc eranu significativamente più alti in u gruppu obesu per cibi alti è bassi in calorie (valori p <.03; Fig. 3).
AMYG → OFC
Ci era un effettu principale di u gruppu tale chì a connettività media da AMYG → OFC era menu per i participanti obesi (0.64 ± 0.07) paragunatu à i controlli (0.84 ± 0.07), indicendu una relazione direzionale relativamente più forte in attivazione cerebrale tra queste strutture in risposta à alimenti in cuntrolli (F [1,22] = 4.46, p = 0.046). Ùn ci era micca un gruppu significativu per categuria o gruppu per interazzioni di lateralità, ancu se ci era una tendenza (p = 0.066) versu un gruppu per interazione di lateralità di categuria X. E analisi successive anu mostratu chì i coefficienti di percorsu eranu significativamente più alti in i controlli per alimenti ad alto contenutu di calorie bilaterale è da destra AMYG → destra OFC per alimenti à bassa caluria (valori p <.05; Fig. 3).
AMYG → NAc
Ci hè statu un effettu principale di u gruppu per a cunnessione media AMYG → NAc tale chì ci era una cunnessione più debule per u gruppu obesu (0.35 ± 0.05) paragunatu à i participanti di cuntrollu (0.49 ± 0.05; F [1,22] = 6.00, p = 0.023 ). Ùn ci era nisuna categurìa significativa di gruppu X o gruppu X categoria X interazioni di lateralità, ancu s'ellu ci era una tendenza versu una interazione di lateralità di gruppu X (p = 0.09). E paragoni in paru indicanu chì i coefficienti di u percorsu di a manca eranu significativamente maiori per i cuntrolli per l'alimenti à alta è bassa caloria (valori p <.05; Fig. 3).
In i confronti in gruppu di e cundizioni d'alimentu high-vs.
I coefficienti di a strada da AMYG → OFC in modu bilaterale sò stati significativamente più alti per u cunferenza di cadee in alimenti in calorie in i controlli (sinistra: p = 0.007, dirittu: p = 0.002; vedi Fig. 4). Nisunu di i coefficienti di u parcorsu hè differitu significativamente trà e condizioni di l'alimentu elevatu è di bassa calorie in u gruppu obese.
Articulu discussione
Ricerche precedenti anu evidenti chì i segni di alimenti, in particulare quelli associati à l'alimentu altamente calorie, generanu iperattività in regioni cerebrali chì includenu NAc, AMYG, è OFC pensatu di mediare o almenu codice per i prucessi motivazionali è emozionali in individui obesi (per esempio, [68], [77]). In u stu studiu, avemu testatu sì ci erau differenze in cunnessioni di rete tra NAc, AMYG, è OFC in risposta à e immagini di alimenti à calorie alta è à basse in e tra gruppi obesi è normali. Hè impurtante notà chì questu hè u primu studiu di cunnessione umana cù neuroimaging funzionale per misurà l'interazione di e regioni di u cervellu in una rete di ricompensa. Avemu trovu una connettività aberente in u gruppu obese in risposta à entrambe le spezie di l'alimentu altu è à bassu calorie paragonatu à i controlli di u pesu normali. In particulare, si vede chì u gruppu obese ha una carenza relativa in l'attivazione modulata AMYG di entrambi l'OFFC è a NAc, ma una tendenza à l'influenza eccessiva di a modulazione di l'OFC di l'attivazione di NAc. Dunque, hè pussibule chì micca solu più grande attivazione di u sistema di ricompense, ma dinò a differenza in u interazione di e regioni in questa rete pò cuntribuisce à u relativu accumutu valore motivazionale di alimenti in individui obesi.
U mudellu di ricompense
Tutti i viaghji di i viaghji trà NAc, AMYG, è OFC sò stati significativi per i mudelli di l'alimentu altamente è di bassa calorie in cuntrollu di gruppu obesi è di pesi normali, cunsunanti à e cunnessioni anatomiche cunnisciute di sti regioni ([7], [16], [17], [30], [38], [56], [60], [65], [71]). Questa rete hè inervata da a zona tegmentale ventrale chì allora u dopamina à stu circamu risponde à eventi di primu motivazione ([9], [39], [71]). Tuttavia, e proiezioni trà NAc, AMYG, è OFC cum'è illustratu in Fig. 2 sò glutamatergic ([39], [71]).
Questa rete di ricompense NAc, AMYG, è OFC hè un subcircuitu di un "più grande" circuitu motivu pensatu di attivà è cumportamentu di cumportamentu di cumportamentu in risposta à i stimuli di motivazione-pertinenti ([39], [63]). I CNA, l'AMYG, è l'OFFC, in particulare, anu avè funzioni impurtanti ricumpensate chì probabilmente contribuiranu à i processi motivazionali sia generali sia specifici alimentari ([6], [10], [11], [36], [39], [45], [63], [66], [73], [80], [83]). U striatum vàticu NAc / hè statu cuncettualizatu cume l'interfaccia 'limbic-motor' ([55]) è pari à esse implicatu in u prucessu relativu à u condizionamentu pavlovianu, a primu di primu apprezzamentu, è a dispunibilità di u premiu, valore è cuntestu (13], [15], [21]). Questa regione, cunjunta à u pallidum ventralisu trà meccanismi mediati da oppioidi, pò ancu dà un cuntrollu di u valore hedonicu ([9], [10], [11], [74], [75]). U striatum vàticu NAc / sembra ancu codificà per l'ambiente di motivazione generale (per esempio, [14]), chì permessu l'urganizazione di i segnali ricivuti in ricompensazione. Per a ricumpensa di u manghju, u striatum veneopru NAc / ventrale sembra dimostrà l'implicazione preferenziale in l'encoding di le spingule associate à l'alimentu (versus u cunsumu di l'alimentu) è pò integra i segnali homeostaticu è non homeostaticu per modulà u statu di motivazione (42], [76]). Questa regione pò ancu dà un cuntrollu per u valore di ricompense relative di i stimuli alimentari dispunibili ([57]). L'AMYG sembra esse implicatu in i prucetti associative pertinenti à e motivazione ([61], [62]). In più di codificà per e proprietà affettive è motivazionali più generale, l'attività di AMYG pò cuntenire à e proprietà specifie di i stimuli alimentari.2]). U OFC sembra esse una regione chiave per traduce u valore di ricompense in un'esperienza hedonica ([46]), elaborà e caratteristiche temporale è di certezze di ricompensazione ([14]), è hè impurtata in i prucessi di apprendimentu relativi à a motivazione cunjunzione à AMYG ([24], [59]). L'OCU mostra risposti multimodale à i punti alimentari ([67]) è hè statu cunsideratu cum'è «area gustativa terziaria», in seguitu di a trasfurmazioni gustativa in a cortex insulare (10], [11]).
Importanza di e differenze di gruppu in a connettività
OFC → NAc
E donne obesi mostranu una maghjerate sinistra di a sinistra di a sinistra OFC → NAc di i cuntrollu fatti per l'alimentu altamente o à calorie. Questu parcorsu pò esse statu rinforzatu in u gruppu obese cù a combinazione di a attivazione di u crescente OFC da e ritratti di alimenti è di a funzione elevata di dopamina (DA) in u NAc di questi individui. Horvitz [33] ha propositu chì DA agisca à porta di entrate glutamatergiche da u OFC à NAc. A causa di sta cancellazione, in presenza di una alta funzione DA in NAc, alti livelli di attività in OFC diventanu più efficaci per aumentà ulteriormente l'attività NAc. Benchè u rolu di a DA in obesità sia controversu (20], [29], [81]), l'evidenza indiretta suggerisce una funzione elevata di DA in u sistema di ricompensa di individui lisci à moderatamente obesi (per esempio, [20]), cum'è quelli di u nostru campione. Si specula chì a strada OFC → NAc pò esse una chjave per le relazioni positive trà tra reattività cue di alimenti, ingesta maggiore è BMI altu (25], [78]) per via di l'attualisazione forti di u valore di ricunniscenza sughjettu esageratu di stimuli alimentari mediati da l'OFC cù i percorsi di uscita à l'accessu da u NAc. Infine, à causa di parallelli suggeriti tra a obesità è a tossicità (per esempio, [82]), è interessante chì investigatori di dipendenza anu prupostu chì PFC djregregulati (cum'è OFC) → Trasmissione di glutammatu sinapticu NAc spieghjendu una maggiore motivazione per i farmaci in risposta à i segni cunnubbitosi (37], [39]).
AMYG → OFC è AMYG → NAc
In i partecipanti obesi paragunati à i controlli, truvamu coefficienti di via ridotta da AMYG à sia OFC che NAc. Queste differenze sò state significative per AMYG → OFC bilateralmente per l'alimentu altamente calorie è in l'emisferu drittu per l'alimenti à calorie. A cunnessione di AMYG → NAc hè stata più bassu in u gruppu obese in emisferu di sinistra per l'alimentu altu calorie è l'alimenu calori. Benchì a rilevanza di queste differenze di gruppu per l'obesità ùn hè micca chjaru, hè pussibule chì a connettività ridotta da l'AMYG à queste strutture possa compromissu à a flessibilità di l'aggiornamentu di u valore di ricompense. L'insegnamentu di basa cù chì stimuli associati à e ricompense primarie abusu di u valore motivazionale pò avessu accadere in l'AMYG ([5]). A proiezione AMYG → OFC pò trasmette e informazioni associativhe basiche di pertinenza di a motivazione à l'OFC, chì utilizza l'infurmazioni da l'AMYG per determinà u valore subjectivu è influisce u comportamentu di una scelta instrumentale successiva ([15]). Cume un esempiu di l'importanza di sta strada per cambià u valore di premiu, Baxter è culleghi [3] truvatu chì i macaci rhesus ùn pudessu micca cambià u so comportamentu in un travagliu di devaluazione di u premiu dopu a cunnessione tra AMYG è OFC hè stata distrutta. In un paradigmu di apprendimentu cue-result, Schoenbaum è colleghi70] truvatu chì perturbà a via AMYG → OFC per via di i lesionamentu hà risultatu in più di sparghjendu un neurone OFC selettivu in risposta à e proprietà sensoriali contra u proprietà associative di u tacu. Quale u comportamentu ingestivu, una mancanza di AMYG → OFC in i participanti obesi pò indicà un trasferimentu suboptimal di u valore affettivu / emozionale di basa per l'alimentu è i nutriti chì impieghjanu a cuesione di u nutrimentu. Rispuntendu à l'individui di pesu normali, u valore di ricompensa di alimenti è i frutti di l'alimentu pò esse più forti guidatu da e prufesse sensoriali di l'alimentu è di i segni alimentari per e persone obesi. In più, u valore di ricompense guidatu sensoriale di l'alimentu è di i segni d'alimentu pò esse u meno maleable in faccia di cambià contingenze di premiu.
Simili à a cunnessione AMYG → OFC, una cunnessione carente in obesi da AMYG → NAc pò indicà chì u smentu hedonicu di base chì serve per modulà u valore di ricompensa di alimenti o spunti di manghjà (AMYG) ùn hè micca ponderatu cun altre segnali (per esempio, motivazionale , homeostatica) prima chì u comportamentu ingestivu pertinente sia determinatu ([84]).
Limitazioni è caveats
- Specifichi un mudellu chì utilizanu analisi di i percorsi in fMRI pò esse una sfida, chì u nùmmiru è a cumbinazione di e cunnessioni trà regioni aumentanu assai cù ogni regione addiziunale inclusa in u mudellu, chì facenu stima di questi coefficienti di u via in modo affidabile è interpretà i risultati. Per esempiu, in stu studiu cun regioni 3 per hemisphere (regioni 6 tutali), ci sò k = N(N + 1) / 2 = 21 gradi di libertà per serie di dati (k = 42 gradi di libertà per i dui mudelli testati) attribuiti à stima gli effetti di l'interesse. Dudu gradi di libertà sò aduprati per stima le varianze associate à ogni regione in ambedue i mudelli (regioni 6 per mudelli × mudelli 2). Cù un Minimum di i punti di dati 5 necessarii per stima i valori di parametru per ogni via in u mudellu in modu affidabile ([4], questu lascia un massimu di percorsi stimabili di 30 per duie modelli cù e regioni 6 ciascuna (15 sentite stimabili per mudellu). Questo limita a complessità di u mudellu chì pò esse testatu cù l'analisi di a strada è hè unu di i motivi da noi hà sceltu di micca includere e cunnessioni interemisferichi in i nostri mudelli.
- Abbiamo sceltu l'approcciu SEM / GLM in duie fasi per testà direttamente e differenze di gruppu tra e cunnessioni in un mudellu ipotizzatu è ùn era micca interessatu à confrontà l'adattazione di u mudellu tra i gruppi à di per se. L'approcciu hè diversu da u metodulogoriu tradiziunale di l'FMRI è di l'analisi di parcorsu chjamatu "approcciu mudellu accatastatu" parallele à e mudelli chì si basanu tra e attività o gruppi50]). Tuttavia, Protzner è McIntosh [64] recentemente hà dettu chì l'infurmazione di u mudellu assolutu ùn hè micca necessariu per generà stimi di paràmetri fidati cù l'analisi di a strada.
- Un'altra limitazione di stu studiu riguarda u putere di rilevà differenze trà i coefficienti di u via stimati in i nostri mudelli, à causa di u picculu campionu di dimensioni adupratu per ogni gruppu. Cù i dimensioni più grandi di u gruppu, i nostri risultati di livelli di tendenza avessu pussibule avutu avutu significanza statistica.
- Ùn avemu micca inclusu a zona tegmentale ventrale (VTA), a fonte di dopamina in u circuitu mesocorticolimbic propositu di mediatevuli parechji di i prucessi associati à a ricompensa ([26], [35], [72]), in u nostru mudellu per via di limitazioni metodologiche in rapprese di BMRI fMRI chì ponenu difficiuli l'attivazione di a attivazione in e regioni di u tretu cerebrale cum'è u VTA ([...]19]).
Conclusioni è Sommario
Riassuntu, u nostru studiu di neuroimaging hà trovatu a connettività di rete anomala di ricompensazione in individui obesi rispetto à i cuntrollu, cun una connettività ridotta da AMYG à OFC è NAc è aumentata cunnessione in OFC → NAc in sti participanti. Questi risultati aghjunghjenu à rapporti precedenti dimustrendu chì esiste una attivazione di u sistema premiata esagerata in risposta à l'alimentu, ma dinò una interazione anormale tra regioni in sta rete in individui obesi. In particulare, pensu chì a mangiava troppu in individui obesi pò esse influenzata da dui meccanismi: (1) l'upconnu di a connectività OFC → NAc pò cuntribuisce à un'accentuazione di u consumu di alimenti è (2) a connettività carente da XMA di una AMYG pò risultà in una modulazione subottimale di l'affettivu / emozionale. aspetti di un alimento o di l'alimentu di u premiu di u premiu. Senza l'informazione affettive / emozionali adatta per signallizà a svalutazione di alimenti o segni di cunsu a manghja di l'alimentu, l'aghjuntamentu elevatu pone ancu sopra meccanismi homeostatici chì cunducanu in iperfagia è aumentu di pesu. Vogliu chì avemu testatu una rete simpatica di ricompense. Ulteriori studi sò necessarii per investigà a connettività in u sistema di ricompensazione è cume queste regioni puderanu interagire cun meccanismi homeostaticu in l'ipotalamo è in u trunghju cerebrale, è ancu i meccanismi cognitivi di cuntrollu di prutezzione di alimenti in a corteccia prefrontale. Sarà ancu interessante determinà cume e differenze individuali è fattori interoceptive è exteroceptive modulanu questa rete di ricompensazione per capisce megliu cumu i meccanismi di ricompensa influenzanu u comportamentu ingestivu.
Acknowledgments
Aiutatu da u NIH-NIDCD Programmu di Ricerca Intramurica, u GCRC dà M01 RR-00032 da u Centru Nazionale di Risorse per a Ricerca, Procter and Gamble Co., è risorse di u Centre for the Development of Imaging Functional (CDFI) di UAB.
Footnotes
Disclaimer di l'editore: Questu hè un schedariu PDF di un manuscrittu pocu editatu chì hè statu accettatu per a pubblicazione. Cum'è un serviziu per i nostri clienti, vi furnisce questa versione iniziale di u manuscrittu. U manuscrittu serà sottumessu editore, sintetizazione, è rivista di a prucede pruviamente prima ch'ella hè publicata in a so forma citatible finali. Innota chì durante u prucessu di produzzione pò esse scuperati alcune è puderanu influenzà u cuntenutu, è tutte e cundizzioni legale chì appieghjanu à a journal pertenenu.
Conflitti di Interesse
L'autori dichiaanu ch'elli ùn anu micca interessi finanziari cunfrontali.
Vede ancu
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