L 'obesità in Differences Relacionati trà e donne è l'omi in Brain Structure è Behaviu Cumunitariu diretta (2011)

Neurosci Front Hum. 2011; 5: 58.

Publicatu online 2011 Jun 10. doi:  10.3389 / fnhum.2011.00058

PMCID: PMC3114193

Differenze legate à l'obesità trà e donne è l'omi in a struttura di u cervellu è u cumpurtamentu direttu à u scopu

Annette Horstmann,1,2, * Franziska P. Busse,3 David Mathar,1,2 Karsten Müller,1 Jöran Lepsien,1 Haiko Schlögl,3 Stefan Kabisch,3 Jürgen Kratzsch,4 Jane Neumann,1,2 Michael Stumvoll,2,3 Arno Villringer,1,2,5,6 e Burkhard Pleger1,2,5,6

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astrattu

E differenze di genere in a regulazione di u pesu di u corpu sò ben documentate. Quì, avemu valutatu l'influenze di u sessu in relazione à l'obesità nantu à a struttura di u cervellu, è ancu u rendiment in l'Iowa Gambling Task. Stu compitu richiede una valutazione di i ricumpensa immediata è di i risultati à longu andà, è cusì riflette u scambiu trà a ricumpensa immediata da manghjà è l'effettu à longu andà di l'eccessivu nantu à u pesu di u corpu. In e donne, ma micca in l'omi, dimustramu chì a preferenza per ricumpensa immediata salienti in fronte di cunsiquenzi negativi à longu andà hè più altu in l'obesità chì in i sughjetti magri. Inoltre, rappurtamu differenze strutturali in u striatum dorsal left (vale à dì, putamen) è u cortex prefrontal dorsolateral right per e donne solu. Funzionalmente, e duie regioni sò cunnisciute per ghjucà roli cumplementari in u cuntrollu abituale è direttu di u cumportamentu in cuntesti motivazionali. Per e donne cum'è l'omi, u voluminu di a materia grisa correlate positivamente cù e misure di l'obesità in e regioni chì codificanu u valore è a salienza di l'alimentu (vale à dì, nucleus accumbens, cortex orbitofrontal) è ancu in l'ipotalamo (vale à dì, u centru omeostaticu cintrali di u cervellu). Queste differenze trà i sughjetti magri è obesi in i sistemi di cuntrollu hedonic è omeostaticu ponu riflette un preghjudiziu in u cumpurtamentu alimentariu versu l'ingesta di energia chì supera a dumanda omeostatica attuale. Ancu s'ellu ùn pudemu micca inferisce da i nostri risultati l'etiologia di e differenze strutturali osservate, i nostri risultati s'assumiglia à differenze neurali è comportamentali ben cunnisciute da altre forme di dipendenza, in ogni modu, cù differenze marcate trà e donne è l'omi. Questi risultati sò impurtanti per u disignu di trattamenti adattati per u sessu di l'obesità è possibbilmente u so ricunniscenza cum'è una forma di dipendenza.

Segni: differenza di genere, morfometria basata in voxel, obesità, struttura di u cervellu, compitu di ghjocu Iowa, sistema di ricumpensa

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I MUVRINI

A regulazione di u pesu di u corpu è l'ingesta d'energia hè un prucessu cumplessu chì implica i sistemi umorali è omeostatici è hedonic. Differenze di genere in a regulazione di u pesu di u corpu chì copre questi duminii sò riportati in a literatura. A prevalenza di l'obesità hè ligeramente più altu in e donne (in Germania, induve stu studiu hè statu fattu, e donne 20.2%, l'omi = 17.1%, l'Organizazione Mondiale di a Salute, 2010) è e differenze trà i sessi in quantu à a regulazione biologica di u pesu di u corpu sò state descritte per l'hormone gastrointestinali (Carroll et al., 2007; Beasley et al., 2009; Edelsbrunner et al., 2009) è per i fatturi suciali è ambientali legati à l'alimentazione, è ancu per u cumpurtamentu dieteticu (Rolls et al., 1991; Provencher et al., 2003).

Un studiu recente hà dimustratu chì i fatturi di risichi di l'obesità per e donne è l'omi sò assai diffirenti malgradu avè u stessu effettu nantu à u pesu di u corpu: per l'omi, a maiò parte di a diffarenza trà i gruppi cù u risicu di salute altu è bassu hè spiegata da a variabilità in a cumpetenza alimentaria (un puntuatu). chì copre l'attitudini alimentarii, l'accettazione di l'alimentariu, a regulazione interna è e cumpetenze contextuale cum'è a pianificazione di i pasti) è a restrizione cuscente di l'ingesta di l'alimentariu. Per e donne, l'incapacità di resiste à i segnali emotivi è l'alimentazione incontrollata spiegà a maiò parte di e differenze di gruppu (Greene et al., 2011).

Queste osservazioni suggerenu differenze fundamentali in u modu chì e donne è l'omi processanu l'infurmazioni relative à l'alimentariu è cuntrullanu l'ingaghjamentu di l'alimentariu, chì hè sustinutu da l'evidenza di meccanismi neurali parzialmente separati in risposta à l'alimentariu è in u cuntrollu di u cumpurtamentu di l'alimentariu per i dui sessi (Parigi et al. ., 2002; Smeets et al., 2006; Uher et al., 2006; Wang et al. 2009). In ogni casu, postu chì l'omi è e donne ponu diventà obesi, nè di sti modi ùn pare micca prutezzione di l'aumentu di pesu eccessivu.

In questu studiu avemu investigatu dui aspetti di e differenze di genere in l'obesità. Prima, utilizendu a morfometria basata in voxel (VBM), avemu valutatu e differenze in a struttura di u cervellu in l'omi è e donne magri è obesi. Siconda, avemu esploratu pussibuli differenze di genere in u cuntrollu cognitivu nantu à u cumpurtamentu di manghjà utilizendu una versione mudificata di l'Iowa Gambling Task (Bechara et al., 1994).

Un studiu recente chì utilizeghja MRI funzionale hà truvatu differenze di genere ad libitum l'assunzione di energia dopu à 6 ghjorni di alimentazione eucalorica è ancu in l'attivazione cerebrale di l'alimentariu per i sughjetti di pesu normale (Cornier et al., 2010). In questu studiu, l'attivazione in a corteccia prefrontale dorsolaterale (DLPFC) hè correlata negativamente cù l'ingesta d'energia, ma cù i livelli di attivazione aumentati in e donne in quantu à l'omi. L'autori suggerenu chì questi risposti neurali prefrontali maiò in e donne riflettenu un processu cognitivu aumentatu in relazione à a funzione esecutiva, cum'è a guida o a valutazione di u cumpurtamentu di l'alimentariu. In l'obesità, però, l'impairment di sti miccanismi di cuntrollu pò cuntribuisce à l'excedente di energia.

Per investigà e pussibuli differenze di genere in u cuntrollu cognitivu nantu à u cumpurtamentu di manghjà in l'obesità, avemu usatu una versione mudificata di l'IGT. Stu compitu richiede una valutazione di i ricumpensa immediata è di i risultati à longu andà, è cusì riflette u scambiu trà a ricumpensa immediata da manghjà è l'influenza à longu andà di l'eccessivu nantu à u pesu di u corpu. Assuminendu chì i sughjetti obesi preferanu alta ricumpensa immediata ancu in fronte à u risultatu negativu longu, avemu cuncintratu i nostri investigazioni nantu à a carta di carta B. In questa piattaforma alta ricumpenza immediata sò accumpagnate da punizioni infrequenti ma alti chì portanu à un risultatu negativu à longu andà. Per cuntrastà ognunu di l'altri ponti cù u ponte B individualmente, avemu prisentatu solu dui invece di quattru mazzi di carte alternative in ogni mumentu. Ipotisendu chì l'obesità affetta di manera differenziale u cuntrollu cognitivu nantu à u cumpurtamentu in l'omi è e donne, avemu aspittatu di truvà effetti di u genere è di l'obesità nantu à e misure di cumportamentu in l'IGT.

A morfometria basata in Voxel hè un strumentu preziosu per identificà e differenze in a struttura di a materia grisa di u cervellu (GM) ligati micca solu à e malatie, ma ancu à a prestazione di u travagliu (Sluming et al., 2002; Horstmann et al., 2010). Inoltre, a densità GM è i paràmetri strutturali di a materia bianca sò stati recentemente dimustrati chì cambianu rapidamente in risposta à un cumpurtamentu alteratu, cum'è maestru di una nova abilità - in altre parolle, chì mostra chì u cervellu hè un organu plasticu (Draganski et al., 2004; Scholz et al., 2009; Taubert et al., 2010). Dunque, l'adattazioni in i circuiti funziunali per via di un cumpurtamentu alteratu, cum'è l'eccessiva persistente, puderia esse riflessu in a struttura GM di u cervellu.

Les premières études pionnières sur la structure du cerveau dans l'obésité ont montré des différences liées à l'obésité dans divers systèmes cérébraux (Pannacciulli et al., 2006, 2007; Taki et al., 2008; Raji et al., 2010; Schäfer et al., 2010; Walther et al., 2010; Stanek et al., 2011) Ancu s'ellu era assai perspicace in l'identificazione di strutture cerebrali chì sò diffirenti in l'obesità, quelli studii ùn anu investigatu pussibuli effetti di genere. Un studiu hà riportatu una influenza di u genere è di l'obesità nantu à e proprietà di diffusione di a materia bianca (Mueller et al., 2011).

Avemu studiatu a relazione trà a struttura di u cervellu è l'obesità [cum'è misurata da l'indice di massa corporea (BMI) è di leptina] utilizendu VBM in l'omi è in e donne in una mostra normale di età sana, cumminata per u sessu è a distribuzione BMI. In vista di e differenze di genere sopra citate in u trasfurmazioni di l'infurmazioni in l'alimentariu, avemu l'ipotesi di truvà dipendente di u sessu in più di correlati di l'obesità indipendente di u sessu in a struttura di u cervellu.

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Materiale è Metodi

Subjects

Avemu inclusu 122 sughjetti caucasiani sani. Avemu accumpagnatu masci è femine secondu a distribuzione è a gamma di l'IMC è l'età [61 femine (premenopausal), BMI (f) = 26.15 kg/m2 (SD 6.64, 18–44), BMI (m) = 27.24 kg/m2 (SD 6.13, 19-43), χ2 = 35.66 (25), p = 0.077; età (f) = 25.11 anni (SD 4.43, 19–41), età (m) = 25.46 anni (SD 4.25, 20–41), χ2 = 11.02 (17), p = 0.856; vede figura Figure11 per a distribuzione di BMI è età in i dui gruppi]. I criterii d'inclusione eranu età trà 18 è 45. I criteri d'esclusione eranu ipertensione, dislipidemia, sindromu metabolicu, depressione (Inventariu di Depressione di Beck, valore di cut-off 18), una storia di malatie neuropsichiatriche, fumà, diabetes mellitus, cundizzioni chì sò contraindicazioni à MR- l'imaghjini è anormalità in a scansione MR ponderata T1. U studiu hè statu realizatu in cunfurmità cù a Dichjarazione di Helsinki è appruvata da u cumitatu d'etica lucale di l'Università di Leipzig. Tutti i sughjetti anu datu un accunsentu infurmatu scrittu prima di participà à u studiu.

figura 1

figura 1

Distribuzione di l'indice di massa corporea [in kg/m2 (A)] è età [in anni (B)] per i participanti femminili è maschili.

Acquisizione MRI

L'imaghjini ponderati T1 sò stati acquistati nantu à un scanner 3T TIM Trio di u corpu tutale (Siemens, Erlangen, Germania) cù una bobina di testa di 12 canali cù una sequenza MPRAGE [TI = 650 ms; TR = 1300 ms; snapshot FLASH, TRA = 10 ms; TE = 3.93 ms; alfa = 10 °; larghezza di banda = 130 Hz/pixel (ie, 67 kHz totale); matrice matrice = 256 × 240; FOV = 256 mm × 240 mm; spessore di lastra = 192 mm; 128 partizioni; 95% di risoluzione di fette; orientazione sagittale; risoluzione spaziale = 1 mm × 1 mm × 1.5 mm; 2 acquisti].

E trasfurmazioni di l'imagine

SPM5 (Wellcome Trust Center for Neuroimaging, UCL, Londra, Regnu Unitu; http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm) hè stata utilizata per a pre-processazione di l'imaghjini ponderati in T1 è l'analisi statistiche. L'imaghjini MR sò stati trattati cù l'approcciu DARTEL (Ashburner, 2007) cù parametri standard per VBM chì funziona sottu MatLab 7.7 (Mathworks, Sherborn, MA, USA). Tutte l'analisi sò state realizate nantu à l'imaghjini curretti, segmentati, registrati (trasformazione di u corpu rigidu), isotropichi interpolati (1.5 mm × 1.5 mm × 1.5 mm), è lisciati (FWHM 8 mm). Tutte l'imaghjini sò stati deformati basatu annantu à a trasfurmazioni di u mudellu DARTEL specificu di u gruppu à l'imaghjini di prima GM furnita da SPM5 per scuntrà u spaziu stereotacticu standard di l'Istitutu Neurologicu di Montreal (MNI). I segmenti GM sò stati modulati (vale à dì, scalati) da i determinanti giacobiani di e deformazioni introdutte da a normalizazione per cuntà a cumpressione locale è l'espansione durante a trasfurmazioni.

Analisi statistici

I seguenti mudelli statistichi sò stati evaluati: un disignu full-factorial cun un fattore (sessu) è dui livelli (donne è omi), cumpresu l'IMC cum'è una covariata centrata nantu à u fattore mediu senza interazzione. I mudelli supplementari includenu interazzione trà l'IMC o u livellu di leptina centrale è u sessu per esaminà l'effetti differenziali di sti covariate in i dui gruppi. Tutti i mudelli statistichi includenu covariate per l'età è i volumi totali di materia grisa è bianca per cuntà l'effetti di cunfusione di l'età è a dimensione di u cervellu. I risultati sò stati cunsiderati significativi à un limitu di voxel p < 0.001 cù un sogliu supplementu à livellu di cluster di p  < 0.05 (FWE currettu, cervu sanu). In effetti, sta statistica cumminata à livellu di voxel è cluster riflette a probabilità chì un cluster di una certa dimensione, custituitu solu di voxels cù p < 0.001, avaria accadutu per casu in dati di a liscia data. I risultati sò stati ulteriormente corretti per una liscia non isotropica (Hayasaka et al., 2004).

Prucedure analitiche

A leptina, una hormona derivata da l'adipocyte, hè ben cunnisciuta per correlate cù u percentuale di grassu di u corpu (Considine et al., 1996; Marshall et al., 2000). L'effetti cintrali per a leptina sò stati largamente descritti (Fulton et al., 2006; Hommel et al., 2006; Farooqi et al., 2007; Dileone, 2009). Avemu dunque inclusu u livellu di leptina centrale stimatu (vale à dì, u logaritmu naturali di leptina periferica, Schwartz et al., 1996) in più di l'IMC cum'è misura di l'obesità. A concentrazione di leptina serica (assay immunosorbente ligatu à l'enzima, Mediagnost, Reutlingen, Germania) hè stata determinata per un sottocampione [n = 56 (24 femine), BMI (f) = 27.29 kg/m2 (SD 6.67, 19-44), BMI (m) = 30.13 (SD 6.28, 20-43); età (f) = 25.33 anni (SD 5.27, 19-41), età (m) = 25.19 anni (SD 4.5, 20-41)].

Cumpagnia di ghjocu Iowa mudificata

participanti

Sessantacinque participanti sani sò stati pruvati cù l'Iowa Gambling Task mudificatu [34 femine, 15 magre (BMI mediu 21.9 kg / m).2 ± 2.2; età media 24.1 anni ± 2.8) e 19 obesi (IMC medio 35.4 kg/m2 ± 3.9; età media 25.4 anni ± 3.4); 31 maschi, 16 magri (IMC mediu 23.8 kg/m).2 ± 3.2; età media 25.2 anni ± 3.8) e 15 obesi (IMC medio 33.5 kg/m2 ± 2.4; età media 26.7 anni ± 4.0)]. Suggetti cù un BMI superiore o uguale à 30 kg/m2 sò stati classificati cum'è obesi. I quattru sottogruppi sò stati accumpagnati secondu u so fondu educativu. Una donna obesa hè stata esclusa da l'analisi per una ipofunzione di tiroide.

Pratica sperimentale

A versione IGT mudificata è l'acquistu di dati di cumportamentu sò stati implementati in Presentazione 14.1 (Neurobehavioral Systems Inc., Albany, CA, USA). A nostra versione di u travagliu mudificatu era simile in a so cumpusizioni generale di ponte à l'IGT originale (Bechara et al., 1994). Les ponts A et B étaient désavantageux, ce qui conduisait à une perte à long terme et les ponts C et D donnaient un résultat positif à long terme. E nostre mudificazioni di u compitu riguardavanu solu à u numeru di diversi mazzi di carte presentati simultaneamente è à a frequenza di guadagnu / perdita è a dimensione di guadagnà / perdita in ogni ponte. I participanti anu da sceglie trà dui mazzi di carte alternative in ogni bloccu (per esempiu, ponte B + C). Deck A è C avianu una frequenza di guadagnu / perdita di 1: 1 cù un guadagnu immediata di + 100 (+ 70 rispettivamente) è una perdita immediata di -150 (-20 rispettivamente). I ponti B è D avianu una frequenza di guadagnu / perdita di 4: 1 è hà datu ricumpensa immediata di + 100 (+ 50 rispettivamente) è perdite in quantità di -525 (-75 rispettivamente). Dunque, i ponti A è B anu purtatu à una perdita netta generale mentre chì u ponte C è D hà purtatu à un guadagnu netu.

In ogni prucessu, duie carte di carte cù un segnu d'interrogazione trà sò state mostrate nantu à u screnu, chì indicanu chì i sughjetti anu da sceglie una carta. U puntu di quistione hè statu rimpiazzatu da una croce bianca dopu chì i participanti anu fattu e so scelte. In ogni prucessu, i participanti anu da piglià a so decisione in menu di 3 s. Sì i sughjetti ùn anu micca sceltu una carta in questu limitu, un smiley cù una bocca d'interrogazione hè apparsu è u prossimu prucessu principia. Questi prucessi sò stati scartati.

I participanti anu cumpletu 90 prucessi suddivisi in 3 blocchi randomizzati (AB / BC / BD) di 30 prucessi ognunu. Dopu ogni bloccu, hè statu introduttu una pausa di 30 s, in quale i sughjetti anu infurmatu chì e carte di carte presentate seranu diverse in u bloccu seguente. Analogamente à l'IGT originale, i sughjetti anu dettu di maximizà u so risultatu per via di scelte di ponte vantaghji.

Per i prublemi di motivazione, i participanti sò stati pagati un bonus di finu à 6 € in più di u pagamentu di basa secondu a so prestazione in u compitu.

Analisi di dati

Tutti i risultati sò stati calculati cù PASW Statistics 18.0 (IBM Corporation, Somers, NY, USA). U numaru di carte tratte da u ponte B hè statu analizatu in quantu à l'obesità è e differenze di genere, cumprese l'età cum'è covariate in u mudellu lineale generale. Inoltre, e curve di apprendimentu sò state investigate cù una ANOVA di misure ripetute. Ulteriori ANOVA per ottene effetti di gruppu separati per i dui sessi in quantu à l'obesità sò stati realizati. A correlazione trà l'IMC è a preferenza per u ponte B hè stata calculata utilizendu un mudellu lineale.

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Risposte alla lingua

Struttura di materia grisa

Per esplorà i correlati di l'obesità in a struttura di u cervellu, avemu usatu DARTEL per VBM di tuttu u cervellu (Ashburner, 2007) basatu nantu à MRI ponderata T1. I risultati detallati sò mostrati in Figura Figure22 è Tavola Table1.1. Avemu trovu una correlazione positiva trà l'IMC è u voluminu di materia grisa (GMV) in a corteccia orbitofrontale posteriore mediale (OFC), u nucleus accumbens (NAcc) bilateralmente, l'ipotalamo è u putamen di manca (vale à dì, striatum dorsale, voxels picchi). p < 0.05, FWE-corrected per parechje paraguni à u nivellu di voxel) quandu l'omi è e donne eranu inclusi in l'analisi (vede Figura Figure2) .2). Realizà a stessa analisi in i gruppi di uguali dimensioni (n  = 61) di e donne è l'omi separatamente, avemu ottenutu risultati paragunabili per e donne ma micca per l'omi: In particulare, avemu trovu una correlazione positiva significativa trà GMV in OFC / NAcc è BMI in i dui gruppi (Figura). (Figure33 fila superiore, femine r = 0.48, p < 0.001, masci r = 0.48, p < 0.001) ma una correlazione significativa trà u GMV in u putamen è l'IMC per e donne solu (Figura (Figure33 fila media, donne r = 0.51, p < 0.001; omi r = 0.003, p = 0.979).

figura 2

figura 2

L'obesità hè assuciata cù alterazioni strutturali di a struttura di a materia grisa di u cervellu. I risultati sò mostrati in dettagliu per tuttu u gruppu (n = 122), cumpresi dui omi è donne. Fila superiore: fette coronali, i numeri indicanu u locu di a fetta in ...

Table 1

Table 1

Correlazioni trà a materia grisa è e misure di l'obesità.

figura 3

figura 3

L'associazione di l'obesità cù alterazioni strutturali profonde dipendente di u sessu in e regioni cerebrali implicate in l'elaborazione di ricumpensa, u cuntrollu cognitivu è omeostaticu. U voluminu di a corteccia orbitofrontale mediale posteriore (OFC), nucleus accumbens (NAcc), ...

I sughjetti obesi sò cunnisciuti per mostra livelli elevati di leptina periferica, una hormona circulante derivata da l'adipocyte chì correlazioni forte cù a quantità di grassu di u corpu (Marshall et al., 2000; Park et al., 2004). Dunque, i livelli elevati di leptina riflettenu a quantità di grassu in eccessu. Siccomu un BMI elevatu ùn riflette micca necessariamente l'eccessu di grassu di u corpu, avemu usatu leptina cum'è una misura addiziale di u gradu di obesità per assicurà chì un altu BMI in u nostru campione riflette veramente l'excedente di grassu di u corpu piuttostu cà l'excedente di massa magra. Avemu trovu chì e donne anu avutu una cuncentrazione di leptina serica assoluta più altu cumparatu cù l'omi [donne 30.92 ng/ml (SD 26.07), l'omi 9.65 ng/ml (SD 8.66), p < 0.0001]. Un ANCOVA hà revelatu una interazzione significativa trà l'IMC (2 livelli: pesu normale ≤ 25; obesità ≥ 30), sessu è cuncentrazione di leptina serica (F1,41 = 16.92, p <0.0001).

Per l'omi è e donne, avemu trovu una correlazione positiva trà leptina è GMV in u NAcc è u striatum ventral bilateralmente (donne). r = 0.56, p = 0.008; omi r = 0.51, p = 0.005) è ancu in l'ipotalamo (Figura (Figure33 terza fila). Solu e donne mostranu differenze strutturali supplementari legate à a leptina in u putamen left è u fornix (Figura (Figure3,3, zone mostrate in rossu in a terza fila). I clusters in u NAcc è u putamen mostranu una sovrapposizione sustanciale cù e regioni identificate da correlazione di BMI cù GMV (Figura (Figure33 prima à a terza fila). Inoltre, solu per e donne avemu trovu un dicadimentu (ie, negativa) correlazione trà i livelli di leptina è GMV in u DLPFC ghjustu (r = -0.62, p < 0.001; Figura Figure3,3, fila inferiore).

Relazione trà u cumpurtamentu di u ghjocu, u sessu è l'obesità

In l'IGT, u ponte B trasmette alti premii immediati cù ogni carta, ma perdite elevate di freccia bassa, chì in ultimamente risultatu in un risultatu negativu à longu andà. Dunque, l'opzioni in u ponte B riflette u cunflittu trà ricumpensa immediata assai salienti è a realizazione di scopi à longu andà. In a versione attuale di l'Iowa Gambling Task, e donne obese anu sceltu significativamente più carte da u ponte B in cuntrastu cù ogni mazzo vantaghju (vale à dì, C o D) cà e donne magre in tutti i prucessi (F1,32 = 8.68, p  = 0.006). Ùn avemu truvatu nisuna differenza trà e donne magre è obese in cuntrastà i dui ponti svantaghji (ie, A è B). Inoltre, ci era una correlazione significativa trà l'IMC è u numeru tutale di carte scelte da u ponte B per e donne (Figura (Figure4A) .4A). Paragunendu magre cù l'omi obesi ùn avemu micca truvatu nè una differenza significativa per u numeru tutale di carte scelte da u ponte B (F1,29 = 0.51, p = 0.48), nè una correlazione significativa cù l'IMC.

figura 4

figura 4

Differenze in e donne magre è obese in a so capacità di aghjustà u cumpurtamentu di scelta per currisponde à i scopi à longu andà. (A) A preferenza per u ponte B per tutti i prucessi correlate cù l'IMC in u gruppu di e donne. Linea grisa : regressione lineale. (B) Differenza trà magre ...

Per pruvà e differenze in u cumpurtamentu di l'apprendimentu trà i participanti magri è obesi, avemu analizatu e scelte di u ponte B cù u tempu. In u cursu di l'apprendimentu, e donne obese ùn anu micca aghjustatu in u cumpurtamentu di scelta. In cuntrastu, per e donne magre avemu osservatu una diminuzione graduale di a preferenza per e carte da u ponte B (vede a figura Figura4B) .4B). Cusì, e donne obese ùn anu micca adattatu u so cumpurtamentu versu un risultatu generale vantaghju cumparatu cù e donne magre. L'analisi di u cumpurtamentu di l'apprendimentu hà revelatu solu un effettu significativu per l'obesità in e donne (F1,30 = 6.61, p = 0.015) ma micca in l'omi.

Stu effettu di u genere era particularmente pronunzianu in l'ultima fase di l'apprendimentu (vale à dì, prucessi 25-30), induve avemu osservatu una interazzione significativa trà u sessu è l'obesità per u cumpurtamentu di scelta nantu à u ponte B.F1,59 = 6.10; p = 0.02). Quì, e donne obese anu sceltu più di duie volte più carte da u ponte B chì e donne magre (F1,33 = 17.97, p < 0.0001). Per i sughjetti maschili, nisuna differenza significativa hè stata osservata (Figura (Figura 4C, 4C, F1,29 = 0.13, p = 0.72). Inoltre, una analisi di correlazione hà dimustratu una forte correlazione (r = 0.57, p  < 0.0001) trà l'IMC è u numeru di carte scelte da u ponte B in l'ultimu bloccu per e donne. In novu, nisuna correlazione significativa hè stata osservata per l'omi (r = 0.17, p = 0.35).

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Articulu discussione

Per l'omi è e donne, mostramu una correlazione trà GMV è misure di l'obesità in l'OFC mediale posteriore (mOFC) è in u striatum ventrale (vale à dì, u NAcc) chì hè in linea cù e differenze di gruppu precedentemente riportate in GM quandu paragunate magre. aux sujets obèses (Pannacciulli et al., 2006). L'interazzione trà sti dui rigioni hè cruciale per evaluà stimuli motivationally salienti (cum'è l'alimentariu) è trasmette sta informazione per u scopu di decisione. Funzionalmente, queste regioni codificanu a salienza è u valore subjective di stimuli (Plassmann et al., 2010). In a bulimia nervosa (BN), una cundizione induve u cumpurtamentu di manghjà ma NON l'IMC difiere da u normale, u GMV di e stesse strutture hè più altu in i pazienti chì in i cuntrolli (Schäfer et al., 2010). Questu suggerisce chì a struttura di sti rigioni hè o affettata da o hè una predisposizione per un comportamentu alimentariu alteratu invece di esse fisiologicamente determinata da u percentualità di grassu corpu.

In più di mOFC è NAcc, i dui sessi anu dimustratu una correlazione trà a struttura di u cervellu è l'obesità in l'ipotalamo. L'ipotalamo hè una regione chjave chì cuntrolla a fame, a sazietà, u cumpurtamentu di l'alimentariu è a spesa energetica è pussede cunnessione diretta à u sistema di ricumpensa (Philpot et al., 2005). Ipotisemu chì queste differenze trà i sughjetti magri è obesi in i sistemi di cuntrollu hedonic è omeostaticu ponu riflette una caratteristica chjave di l'obesità, vale à dì un preghjudiziu in u comportamentu alimentari versu scelte alimentari più hedoniche induve l'assunzione di energia supera a dumanda omeostatica attuale.

In e donne solu, mostramu ancu correlazioni trà GMV è misure di l'obesità (IMC è livelli di leptina cintrali) in u striatum dorsale (ie, putamen left) è in u DLPFC right. Curiosamente, queste strutture ghjucanu un rolu impurtante, cumplementariu in u cuntrollu abituale (automaticu) è direttu (cognitivu) di u cumpurtamentu in cuntesti motivazionali: u mOFC è NAcc signalanu a preferenza è u valore previstu di ricumpensa, u putamen in u striatum dorsolaterale hè. pensatu à codificà (frà parechje altre funzioni) contingenze di cumportamentu per ottene una ricumpensa specifica, è u DLPFC furnisce un cuntrollu cognitivu direttu à u scopu di u cumpurtamentu (Jimura et al., 2010). U cumpurtamentu direttu à u scopu hè carattarizatu da una forte dipendenza trà a probabilità di a risposta è u risultatu anticipatu (per esempiu, Daw et al., 2005). In cuntrastu, u cumpurtamentu abituale (o autumàticu) hè carattarizatu da un ligame forte trà un stimulu (per esempiu, l'alimentariu) è una risposta (per esempiu, u so cunsumu). In questu casu, a probabilità di a risposta hè pocu influenzata da u risultatu di l'azzione stessu, sia in u cortu termini (satiazione) o à longu andà (obesità).

Recentemente, Tricomi et al. (2009) hà investigatu a basa neurale di l'emergenza di u cumpurtamentu abituale in l'omu. Anu applicatu un paradigma ben cunnisciutu per suscitarà un cumpurtamentu di l'abitudine in l'animali, è dimustranu chì l'attivazioni di gangli basali (in particulare in u putamen dorsale, vede ancu Yin è Knowlton, 2006) aumentatu à traversu a furmazione, suggerenu di un rolu in un prucessu di apprendimentu di rinforzu progressiu. U rolu funziunale di u putamen in questu cuntestu pò esse di stabilisce i loops sensoriali-mutore cue-driven, è cusì aiutà à automatizà un cumpurtamentu eccessivamente imparatu. Inoltre, e rappresentazioni di l'azzione-risultati in u mOFC anu cuntinuatu ancu à aumentà in anticipazione di ricumpensa in tutte e sessioni. Questi risultati mostranu chì a risposta abituale ùn hè micca risultatu da una diminuzione di l'anticipazione di i risultati di ricumpensa in l'apprendimentu, ma da u rinfurzamentu di i ligami stimulu-risposta (Daw et al., 2005; Frank è Claus, 2006; Francu, 2009). In u cuntestu di l'obesità, Rothemund et al. (2007) hà dimustratu prima, utilizendu un paradigma fMRI, chì l'IMC predice l'attivazione in u putamen durante a visualizazione di l'alimentu d'alta caloria in e donne. Inoltre, Wang et al. (2007) anu dimustratu una differenza di genere in u putamen in quantu à i cambiamenti in CBF in risposta à u stress: Stress in women principarmenti attivatu u sistema limbic, cumpresu u striatum ventral è putamen.

I gangli basali sò fortemente interconnessi cù u PFC (Alexander et al., 1986), stabiliscenu percorsi cortico-striato-corticali integrativi chì liganu l'apprendimentu basatu in recompensa, u cuntestu motivazionale è u cumpurtamentu direttu à u scopu (per esempiu, Draganski et al., 2008). Miller è Cohen (2001) hà dichjaratu chì u cuntrollu cognitivu nantu à u cumpurtamentu hè principarmenti furnitu da u PFC. Cuncludenu chì l'attività in u PFC sottumette a selezzione di una risposta, chì hè appruvata in una situazione determinata ancu in fronte à una alternativa più forte (per esempiu, più automatica / abituale o desiderata). Recentemente hè statu dimustratu chì u DLPFC guida l'implementazione anticipata di i scopi di cumportamentu in a memoria di travagliu in cuntesti gratificante è motivazionale (Jimura et al., 2010). Differenze di genere per l'attività in questa regione in u cuntestu di l'alimentariu è u cuntrollu di u cumpurtamentu di l'alimentariu sò ancu dimustrati recentemente da Cornier et al. (2010). Anu trovu chì l'attivazione di DLPFC ghjustu in risposta à l'alimentu hedonic era solu apparente in e donne, mentre chì l'omi mostranu una disattivazione. L'attivazione in DLPFC hè stata correlata negativamente cù i successivi ad libitum energia-assunzione, chì suggerenu un rolu specificu di sta regione corticale in u cuntrollu cognitivu di u cumpurtamentu di manghjà. Se unu assume a rilevanza funziunale di a struttura di u cervellu alterata, a relazione negativa trà GMV in u DLPFC ghjustu è l'obesità truvata in u presente studiu pò esse interpretata cum'è una disfunzione in a capacità di aghjustà l'azzioni attuali à scopi à longu andà o, in altri termini, una perdita di cuntrollu cognitivu nantu à u cumpurtamentu di manghjà in l'obesità cumparatu cù e donne magre.

Appliendu una versione simplificata di l'Iowa Gambling Task, un compitu di apprendimentu cù ricumpensa immediata assai salienti in cunflittu cù l'uttenimentu di ugettivi à longu andà, avemu osservatu chì e donne magre diminuinu a so scelta di ponte B cù u tempu, mentre chì e donne obese ùn anu micca. Questa scuperta pò sustene a rilevanza funzionale di e differenze osservate in a struttura di u cervellu in cuntesti gratificanti. Differenze nantu à l'IGT classicu trà i sughjetti morbidamente obesi è di pisu sanu sò state dimustrate recentemente (Brogan et al., 2011). Tuttavia, i risultati di u studiu sopra citatu ùn sò micca stati analizati per influenze di genere. I nostri scuperti indicanu una sensibilità più alta à ricumpensa immediata in l'obesità cà in e donne magre, accumpagnata da una pussibule mancanza di cuntrollu inibitoriu di u scopu. Weller et al. (2008), chì anu truvatu chì e donne obese anu mostratu più ritardu-scontu cà e donne magre. Curiosamente, ùn anu micca truvatu differenze in u cumpurtamentu di ritardu di scontu trà l'omi obesi è magri, chì corrobora i nostri risultati specifichi di genere. Un altru studiu, chì includeva solu e donne, hà pruvatu l'impattu di l'obesità nantu à l'efficacità di l'inhibizione di a risposta è hà truvatu chì e donne obese mostranu una inibizione di risposta menu efficae cà e donne magre in un compitu di stop-signal (Nederkoorn et al., 2006). In u cuntestu di u cumpurtamentu di l'alimentariu, l'inhibizione comportamentale menu efficace in cumminazione cù una sensibilità più alta à ricumpensa immediata pò facilità l'eccessivu di manghjà, soprattuttu quandu affruntate cun un fornimentu constantu di alimentu assai piacevule.

Koob è Volkow (2010) hà suggeritu recentemente roli chjave di u striatum, l'OFC è u PFC in u stadiu di preoccupazione / anticipazione è in u cuntrollu inhibitori disrupted in addiction. Osservanu chì a transizione à l'addiction (vale à dì, l'assunzione di droga obbligatoria) implica a neuroplasticità in parechje strutture cintrali è cuncludenu chì sti neuro-adattamenti sò un fattore chjave per a vulnerabilità per u sviluppu è u mantenimentu di un cumpurtamentu addictivu. Dunque, i nostri scuperti ponu sustene l'ipotesi chì l'obesità s'assumiglia à una forma di dipendenza (Volkow è Wise, 2005), ma cù differenzi marcati trà e donne è l'omi.

Ancu s'ellu ùn pudemu micca inferisce differenze funziunali da i nostri scuperti in a struttura di u cervellu, hè cuncepimentu chì e differenze strutturali anu ancu una rilevanza funziunale. Questu hè ancu sustinutu da esperimenti chì mostranu effetti modulatori di l'hormone di l'intestinu chì agisce cintrali cum'è ghrelin, PYY è leptina in queste regioni (Batterham et al., 2007; Farooqi et al., 2007; Malik et al., 2008). I cambiamenti dinamichi in a struttura di u cervellu sò stati recentemente dimustrati à i prucessi di apprendimentu paralleli, è ancu di accumpagnanu progressioni preghjudizii cum'è l'atrofia (Draganski et al., 2004; Horstmann et al., 2010; Taubert et al., 2010). Siccomu u nostru studiu, ancu se trasversale, includeva un inseme di sughjetti ghjovani sani, speremu d'avè minimizatu l'effetti possibbilmente di cunfusione cum'è l'anziane è maximizà l'effetti specifichi di l'obesità d'interessu. À a nostra cunniscenza, simu i primi à discrive una correlazione positiva trà GM è marcatori di l'obesità. A discrepanza trà i risultati publicati nantu à a struttura di u cervellu è l'obesità finu à avà è i nostri scuperti puderanu esse spiegati da differenze in a cumpusizioni di mostra è u disignu di studiu. I studii chì riportanu correlazioni negative trà l'obesità è a struttura di u cervellu anu implicatu sughjetti chì eranu considerablemente più vechji cà i sugetti in u nostru campione o includenu sughjetti cù una grande fascia d'età generale (Taki et al., 2008; Raji et al., 2010; Walther et al., 2010). L'effetti preghjudizii di l'obesità ponu emerge più tardi in a vita, cusì chì i nostri scuperti ponu descriverà a prima fase di cambiamenti in a struttura di u cervellu in relazione à l'obesità. En outre, comme ces études n'étaient pas conçues pour étudier les différences de genre, la répartition des sexes entre les groupes maigres et obèses n'était pas explicitement équilibrée, ce qui pourrait influencer les résultats (Pannacciulli et al., 2006, 2007).

Perchè u nostru studiu era trasversale, ùn pudemu micca fà inferenze nantu à se i nostri scuperti riflettenu a causa o l'effettu di l'obesità. Hè ancu prubabile chì a struttura di u cervellu predice u sviluppu di l'obesità o chì l'obesità, accumpagnata da un comportamentu alimentariu alteratu, face cambià a struttura di u cervellu. In u futuru, studii longitudinali ponu risponde à sta quistione aperta.

In riassuntu, suggerimu chì in i dui sessi, e differenze di i sistemi di cuntrollu hedonic è omeostaticu ponu riflette un preghjudiziu in u cumpurtamentu di l'alimentariu. Solu in e donne, dimustramu chì l'obesità modula a preferenza di cumportamentu per ricumpinsi immediati salienti in fronte di cunsequenze negative à longu andà. Siccomu esperimenti cumportamentali è MRI strutturali sò stati realizati nantu à diversi campioni (vede Materiale è Metodi) ùn pudemu micca direttamente ligà sti differenzi di cumportamentu à l'alterazioni strutturali. Tuttavia, ipotisemu chì e differenze strutturali supplementari vedute in e donne obese ponu esse interpretate cum'è un riflessu di u cumpurtamentu parallelu à l'obesità, vale à dì chì u cuntrollu di u cumportamentu hè duminatu progressivamente da un cumpurtamentu cum'è l'abitudine in uppusizione à l'azzioni diretti à u scopu. Inoltre, i nostri scuperti ponu esse impurtanti per a ricunniscenza di l'obesità cum'è una forma di dipendenza. Studi supplementari di e differenze di genere in u cuntrollu di cumportamentu seranu impurtanti per investigà l'etiologia di i disordini di l'alimentazione è di u pesu di u corpu è per cuncepisce trattamenti adattati per u sessu (Raji et al., 2010).

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Declarazione di Conflict of Interest

I autori dicianu chì a ricerca hè stata capunanzata in l'assenza di qualsiasi relazioni cummerciale o finanziarii chì puderia esse interpretatu com'è un cunflittu di interessu interessanti.

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Acknowledgments

Stu travagliu hè statu sustinutu da u Ministeru Federale di Educazione è Ricerca [BMBF: Neurocircuits in obesity to Annette Horstmann, Michael Stumvoll, Arno Villringer, Burkhard Pleger; IFB AdiposityDiseases (FKZ: 01EO1001) à Annette Horstmann, Jane Neumann, David Mathar, Arno Villringer, Michael Stumvoll] è l'Unione Europea (GIPIO à Michael Stumvoll). Ringraziemu Rosie Wallis per a correzione di u manuscrittu.

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