Vyšší kortikolimbická aktivace po jídlech s vysokým obsahem kalorií po jídle u dospělých obézních a normálních dospělých (2012)

Účastníci

Tento výzkum se zúčastnilo dvacet dva obézních (OB) [průměr BMI (SD): 31.6 (4.5)] a 16 s normální hmotností (NW) (viz Tabulka 1 pro skupinové charakteristiky). Tito jednotlivci byli přijati z reklam do komunity univerzity Case Western Reserve University. Účastníci byli v dobrém zdravotním stavu, měli normální až korigované normální vidění a byli způsobilí pro skenování MRI (tj. Bez feromagnetických implantátů). Jednotlivci, kteří ohlásili v anamnéze psychiatrické nebo neurologické problémy, významnou ztrátu hmotnosti nebo nárůst v posledních 6 měsících nebo poranění hlavy se ztrátou vědomí, se nemohli zúčastnit. Všichni účastníci dali informovaný písemný souhlas a byli finančně kompenzováni za svou účast. Tento výzkum byl schválen Výborem pro ústavní přezkum případu pro lékařské vyšetřování na univerzitních nemocnicích.

 

Tabulka 1

Charakteristika účastníka

Postup

Účastníci byli postupně skenováni mezi 12 a 2pm za účelem předběžného a následného vyšetření. V rámci rozsáhlejšího projektu srovnávajícího jednotlivce s normální hmotností a nadváhou / obezitou s jedinci se vzácnou poruchou (Prader-Williho syndrom; PWS) bylo skenování omezeno parametry studie týkajícími se jedinců s PWS. Skenování v oddělených dnech (a v důsledku toho vyvažování předběžného a následného stavu) tedy nebylo proveditelné. Účastníci byli požádáni, aby před 8: 00am před jejich jmenováním v den jejich skenů snědli lehkou snídani, a aby se zdrželi jídla, dokud nedokončili experimentální postup. Patnáct účastníků v každé skupině vykázalo snídani [hodiny půstu- OB: 6.2 (.68) = 5 – 8hrs, NW: 5.6 (1.1) = 3 – 7hrs, t= −1.79, p = .08]. Účastnická zpráva o obsahu snídaně byla zaznamenána a odhadnuta na kalorický příjem; to se nelišilo mezi skupinami (OB: 372.1 (190) kalorií; NW: 270 (135) kalorií, t= -1.6, p = 12, n = 15 na skupinu). Osm účastníků (OB: n = 7; NW: n = 1) uvedlo, že nesnídají, protože obvykle nesnídají. Abychom zjistili, zda se účastníci, kteří konzumovali snídani, lišili od těch, kteří se nelišili, byla mezi dvěma skupinami porovnána data fMRI před skenováním (p <05, neopraveno). Obě skupiny se nelišily ve své reakci na podněty k jídlu při jakýchkoli zajímavých kontrastech (např. Vysokokalorické vs. nízkokalorické). Skupiny se také nelišily v hodnocení hladu před a po předběžném skenování (hlad před skenováním: t= .43, p = .67; po předběžném skenování: t= .39, p = .69) nebo spotřebované obědové kalorie (t= .41 p = .68). Další potvrzení bylo provedeno provedením analýz fMRI pouze s účastníky, kteří jedli snídani (n = 15 ve skupině) a klíčová zjištění zůstala stejná. Proto všechny analýzy uváděné dále ignorují stav spotřeby snídaně.

Před skenováním účastníci podstoupili neuropsychologické testování (jako součást větší studie zde neuvedené) a školení o funkčních úkolech. Během této doby se také získalo posouzení výšky, hmotnosti a preference potravin. Posouzení preference potravin bylo provedeno pro získání míry preference potravin s vysokým a nízkým obsahem kalorií pro každého účastníka. Hodnocení vyžadovalo, aby účastníci hodnotili fotografické flash karty potravin 74 (7 ”× 6”; PCI Educational Publishing, 2000), které zahrnovaly dezerty, maso, ovoce, zeleninu, občerstvení, chleby a těstoviny na stupnici Likert od 5 'nechuť' k 'jako'. Fotografie pro hodnocení preference potravin se lišily od obrázků použitých v úkolu fMRI. Hodnoty preference potravin s vysokým obsahem kalorií (např. Koláče, sušenky, bramborové lupínky, párky v rohlíku) a nízkokalorické (např. Ovoce a zelenina) se nelišily v rámci skupin ani mezi skupinami (viz viz Tabulka 1).

Po předběžném skenování dostali účastníci jídlo připravené jednotkou klinického výzkumu Dahms ve fakultních nemocnicích standardizovanou na přibližně 750 kalorií a skládající se ze sendviče (výběr z krůtího, pečeného hovězího nebo vegetariánského), kartonu mléka, porce ovoce a buď stranu zeleniny nebo tvarohu. Možnosti nabídky byly vyvážené pro obsah makronutrientů. Účastníci byli instruováni, aby se najedli do sytosti, a veškeré zbývající jídlo se zvážilo, aby se odhadl počet spotřebovaných kalorií. Skenování po jídle obvykle začalo do 30 minut po ukončení jídla. Bezprostředně před a po předměstských a postmealních skenování účastníci odpověděli na otázku: „Jaký máte hlad právě teď?“ na stupnici od 0 do 8, kde 0 je „vůbec hladový“ až 8 - „extrémně hladový“. Je třeba poznamenat, že zatímco účastníci byli instruováni, aby jedli, dokud se nenasytí, nebyla poskytnuta přímá míra nasycení, ale byla nepřímo odvozena změnou stavu hladu.

Návrh úlohy fMRI

Změny kontrastu v závislosti na hladině kyslíku v krvi (BOLD) byly měřeny v úloze blokového designu percepční diskriminace. Účastníci označeni stiskem tlačítka, zda byly barevné obrázky vedle sebe vysoce kalorické jídlo (např. Dort, koblihy, bramborové lupínky, hranolky), nízkokalorické jídlo (čerstvá zelenina nebo ovoce) nebo předměty (nábytek) „Stejný“ nebo „jiný“ objekt. Obrázky byly upraveny pro konzistentní velikost, jas a rozlišení. Každý snímek byl během procedury fMRI prezentován pouze jednou. Byly vybrány stejné / odlišné parametry úkolu, aby se zajistilo, že se účastníci podnětů účastní. Obrázky byly prezentovány v blocích odpovídajících typům obrázků 3: vysoce kalorická jídla, nízkokalorická jídla a nábytek. Ukázalo se, že toto paradigma aktivovalo postranní OFC, insula, hypothalamus, thalamus a amygdala v reakci na podněty jídla (Dimitropoulos & Schultz, 2008). Všechny funkční běhy byly složeny z 8 bloků (21 sekund, každý s 14-sekundovým odpočinkem mezi bloky), s 6 obrazovými páry na blok. Trvání stimulu bylo nastaveno na 2250 ms a interval interstimulu (ISI) na 1250 ms. Každý běh představoval bloky nábytku, vysoce kalorická jídla a nízkokalorická jídla v vyváženém pořadí. Během každé skenovací relace byly předvedeny dva funkční cykly (před jídlem a po jídle).

Sběr dat fMRI

Veškeré skenování bylo provedeno v Case Center for Imaging Research. Zobrazovací data byla získána na skeneru 4.0T Bruker MedSpec MR pomocí 8-kanálového fázového pole trasmitt přijímat hlavní cívku. Pohyb hlavy byl minimalizován umístěním pěnové výplně kolem hlavy. Funkční snímky byly získány za použití jednorázové echo-planární sekvence s gradientem echo přes 35 souvislé axiální řezy zarovnané rovnoběžně s rovinou AC-PC s rozlišením v rovině 3.4 X 3.4 X 3 mm (TR = 1950, TE = 22 ms, flip úhel = 90 stupňů). Aktivační data BOLD byla získána během dvou běhů (5: 01 minut, 157 EPI objemy / měření) na MRI relaci. Vizuální podněty byly zpětně promítnuty na průsvitné plátno umístěné blízko konce MRI skeneru a prohlíženy zrcadlem namontovaným na hlavové cívce. 2D T1 vážené strukturální obrazy (TR = 300, TE = 2.47ms, FOV = 256, matice = 256 × 256, úhel překlopení = 60 stupňů, NEX = 2), 3mm silné, umístěné ve stejné rovině a umístění řezů jako echo - planární data pro registraci v letadle a strukturální objem 3D s vysokým rozlišením (3D MPRAGE, sousedící, sagitální akvizice, oddíly pro výběr segmentů 176, každý s izotropními voxely 1 mm, TR = 2500, TE = 3.52, FOV = 1100, matice = 256 × 256, úhel překlopení = 256 stupňů, NEX = 12) byly shromážděny během počáteční (předběžné) relace.

Předběžné zpracování a analýza dat fMRI

Zpracování obrazu, analýzy a testy statistické významnosti byly provedeny pomocí Brainvoyager QX (Brain Innovation, Maastricht, Nizozemsko; Goebel, Esposito a Formisano, 2006). Kroky předzpracování zahrnovaly trilineární trojrozměrnou korekci pohybu, prostorové vyhlazení pomocí Gaussova filtru s poloviční maximální hodnotou 7 mm v celé šířce a odstranění lineárního trendu. Parametry korekce pohybu byly přidány do návrhové matice a pohyb> 2 mm podél libovolné osy (x, y nebo z) vedl k vyřazení těchto dat (<1% vyřazeno pro tento vzorek). Data pro každého jednotlivce byla porovnána s 2D a 3D anatomickými obrazy s vysokým rozlišením pro zobrazení a lokalizaci. Jednotlivé datové soubory prošly po částech lineární transformací do proporcionální 3D mřížky definované pomocí Talairach a Tournoux (1988) a byli spolu zaregistrováni s datovou sadou 3D s vysokým rozlišením a převzorkováni na 3 mm³ voxely. Normalizované soubory dat byly vloženy do analýzy druhé úrovně, ve které byla funkční aktivace zkoumána pomocí analýzy obecného lineárního modelu (GLM) s náhodnými efekty pro skenování před jídlem a pro skenování po jídle. Pro každé z časových období (před / po jídle) byly porovnány následující kontrasty mezi obézní a normální tělesnou hmotností: vysoce kalorická jídla, nízkokalorická jídla, všechna jídla (kombinovaná s vysokou a nízkou kalorií) a předměty . Výsledné statistické mapy byly opraveny na několik srovnání pomocí korekce prahové hodnoty založené na klastru (na základě simulací Monte Carlo prováděných v rámci Brain Voyager). Počáteční prahová hodnota p <01 a minimální souvislá korekce klastru aplikovaná na každou mapu kontrastu v rozmezí 7–12 voxelů (189–324 mm³) poskytl rodinnou korekci p <05.

Pro každý hlad byla provedena interakce mezi skupinami (OB vs. NW) podle kontrastu podmínek (jídlo vs. objekt; kalorie vs. nízkokalorie; kalorie vs. objekt; nízkokalorie vs. objekt) Stát. Pro vizualizaci interakčních účinků byly prováděny post-hoc analýzy na klastrech s nejvýraznějšími rozdíly mezi skupinami a podmínkami a pro klastry v systémech kortikolimbické odměny (OFC, přední cingulate, insula, ventrální striatum a amygdala). Konkrétně, pro post-hoc analýzy byla pro každý subjekt extrahována velikost aktivace signálu BOLD (hodnoty beta). SPSS (verze 17; SPSS, Inc; Chicago, IL) byl použit k provedení post-hoc analýz (t-testy) a k potvrzení nálezů mozku Voyager. Po extrakci byly vypočteny beta kontrasty pro každý stav kalorií oproti nepotravinářským objektům během každého stavu hladu (vysoký kalorický - objekt, předběžný stav; nízkokalorický - objekt, předběžný stav; vysoký kalorický - objekt, postmealní stav; nízkokalorický - objekt , posmrtný stav). Pak byly provedeny post hoc spárované Studentské t-testy pro identifikaci rozdílů mezi vysokými a nízkými kontrasty pro každý stav jídla samostatně pro každou oblast v každé skupině.

Behaviorální data

fMRI Data

Premeal reakce: interakce skupina × podmínka

Pro zkoumání skupinových rozdílů v premealním stavu byly zkoumány následující kontrasty: OB> NW [(i) jídlo> objekt, (ii) vysoce kalorické> nízkokalorické, (iii) vysoce kalorické> objekt, (iv) nízké -calorie> object], NW> OB [(v) food> object, (vi) high-calorie> low-calorie, (vii) high-calorie> object, (viii) low-calorie> object].

V premeal stavu vykazovala obézní skupina významně větší aktivitu než skupina s normální hmotností na jídlo vs. objekt a na kalorické vs. objektové podněty v primárně prefrontálních kortikálních oblastech včetně bilaterální přední prefrontální kůry (aPFC) (x, y , z = 23, 58, 0; -34, 63, 2). OB vykázal větší aktivaci než NW na nízkokalorické kontrasty s objektem v aPFC i v horním frontálním gyrusu (BA6; -3, 11, 60) a mozečku (47, -57, -33). Naproti tomu skupina NW vykazovala větší aktivitu než skupina OB v podmínkách jídla vs. objektu, a to primárně ve více zadních oblastech, včetně parietálních (-46, 0, 7), středních cingulátů (-14, -9, 42; -23, −26, 44) a temporální lalok (−34, −1, −28; −43, −30, 17). Všechny významné oblasti aktivace mezi skupinami (p <05, opravené) jsou zahrnuty v Tabulka 2.

 

Tabulka 2

Oblasti mozku, které se lišily skupinovým a vizuálním kontrastem během předběžného a následného skenování

Nervová reakce u účastníků s normální hmotností ukázala větší rozdíl mezi potravinami s vysokým a nízkým obsahem kalorií ve srovnání s obézními účastníky. Během předběžného testu skupina OB nevykazovala větší odezvy na potraviny s vysokým a nízkokalorickým obsahem než skupina NW. Naproti tomu skupina NW vykázala větší odezvu na potravinové podněty s vysokým a nízkým obsahem kalorií než OB v post-centrálním gyru levé hemisféry (BA43; , parahippocampální gyrus (−55, −12, −15) (viz Tabulka 2/Obrázek 1) a bilaterálně v mozečku (45, −50, −34; −16, −65, −19).

 

Obrázek 1

Normální váha vs. obézní. Vlevo: Výsledky skenování před jídlem. Zvýšená aktivace skupiny normální hmotnosti na vysoce kalorické versus nízkokalorické jídlo během předběžného stavu v A) postcentrálním gyrusu / BA43, B) insulach / BA13 a C) parahippocampálním gyrusu / BA28. Významná aktivace ...

Post-hoc analýzy

Post-hoc analýzy byly provedeny na významných oblastech v NW> OB vysoké vs. nízkokalorický kontrast k potvrzení nálezů BV a osvětlení rozdílů v rámci skupiny. Kromě kortikolimbických oblastí (ostrov) byly vybrány další oblasti, protože kontrast mezi vysokou a nízkou kalorií ukázal nejvýznamnější rozdíly mezi skupinami. Nálezy na mozeček byly z post-hoc analýz vyloučeny, protože v této oblasti byla pozorována aktivace v reakci na nízkokalorické vs. objektové narážky v kontrastu OB> NW (viz Tabulka 2). U účastníků NW během premealního skenování byla vyvolána větší odezva na vysokokalorické potravinové narážky ve srovnání s nízkokalorickými potravinovými narážkami v postcentrálním gyru (BA43; p <05; Obrázek 1a). Odpověď se také významně lišila u účastníků OB (p <05) s vysoce kalorickými potravinami vyvolávajícími větší deaktivaci v postcentrálním gyrusu než nízkokalorické potraviny během předčasného skenování. U parahippocampálního gyrusu (BA28) byla během předčasného skenování účastníků NW významně větší odpověď (p <05) na vysokokalorické narážky než na nízkokalorické narážky (Obrázek 1b). U účastníků SZ navíc aktivace parahippocampu významně poklesla (p <05) ze skenů před a po jídle v reakci na vysokokalorické potravinové podněty (Obrázek 1b). Vysoce kalorické potravinové podněty vyvolaly diferenciální odezvu na ostrovech podle stavu jídla pro obě skupiny (Obrázek 1c). U účastníků NW byla aktivace významně větší (p <05) v reakci na vysokokalorické narážky než nízkokalorické narážky během předzvěstního skenování. Naproti tomu u účastníků OB vysoce kalorické podněty vyvolaly během odposlechu větší odezvu na izolaci než nízkokalorické podněty (p <05).

Postmeal odpověď: skupina × podmínka interakce

Pro zkoumání skupinových rozdílů v postmealním stavu byly zkoumány následující kontrasty: OB> NW [(i) jídlo> objekt, (ii) vysoce kalorické> nízkokalorické, (iii) vysoce kalorické> objekt, (iv) nízké -calorie> object], NW> OB [(v) food> object, (vi) high-calorie> low-calorie, (vii) high-calorie> object, (viii) low-calorie> object].

V postmealním stavu vykazovala obézní skupina větší odezvu ve srovnání se skupinou s normální hmotností na kontrastu potravy vs. objektu ve více regionech, včetně frontálních oblastí [dorsolaterální PFC (BA9; 0; 53, 21), laterální OFC (BA47; 29) , 25, −9) a vynikající frontální gyrus (BA6; 17, 15, 48)], jakož i časové a více zadních oblastí, jako je zadní cingulate (18, −46, 0) a entorhinal cortex (29, 6, 9, 32, 29) , −3). Vyšší odezva byla prokázána u OB ve srovnání s NW účastníky pro kontrast kalorií vs. objektů v několika regionech, které jsou součástí kortikolimbických systémů odměn: laterální OFC (4, 16, −15), přední cingulate (−8, 7, −14), caudate (XNUMX, XNUMX, XNUMX) (viz Tabulka 2; Obrázek 2) a dalších frontálních oblastech včetně PFC (BA8; 4, 23, 51) a středního frontálního gyrusu (BA6; 2, 47, 37). Kontrast nízkokalorické vs objekt poskytl větší odezvu mezi účastníky OB než NW účastníky ve frontálních oblastech [aPFC (−16, 59, 3), dorsolaterální PFC (0, 52, 24) a vynikající frontální gyrus (BA6; −3, 11, 60)], temporální oblasti laloků [přední spánkový lalok (45, 4, −13; −50, 18, −13), temporální supramarginální gyrus (BA40; −57, −50, 20, gNUMX, gNUMX, 53, −63, 24)], caudate (−2, 22, 3) a zadní cingulate (21, −48, 3). Skupina NW nevykazovala větší reakci než skupina OB v žádném kontrastu během postmealního stavu. Kromě toho, stejně jako předběžný stav, skupina OB nevykazovala větší odezvu než skupina NW na kontrast s vysokým obsahem kalorií a nízkokalorickým. Vidět Tabulka 2 pro všechny oblasti aktivace mezi skupinami, které dosáhly významnosti (p <05, opraveno).

 

Obrázek 2

Obézní vs. normální hmotnost. Vlevo: Výsledky skenování po jídle. Zvýšená aktivace obézních skupin na narážky na kalorie vs. objekty během postmealního stavu v A) laterálním OFC / BA47, B) anteriorním cingulátu / BA25 a C) Caudate. Významná aktivace u kalorií ...

Post-hoc analýzy

Pro post-hoc analýzy byly vybrány významné kortikolimbické oblasti v OB> NW kontrastu s vysokým a nepotravinovým obsahem, aby se potvrdily nálezy BV a osvětlily rozdíly ve skupině (viz Obrázek 2). U účastníků OB během skenování po jídle vyvolaly vysokokalorické potravinové narážky větší odezvu v laterálním OFC (BA47; p <05) než nízkokalorické narážky (Obrázek 2a). Podobně se odezva v kaudátu také významně lišila u účastníků OB (p <05) s vysoce kalorickými potravinami vyvolávajícími větší aktivaci než nízkokalorické potraviny během postmealního skenování (Obrázek 2c).

Předběžná odpověď

Naše zjištění ukazují, že u obézních je zvýšená aktivace předního prefrontálního kortexu ve srovnání s účastníky s normální hmotností v reakci na kombinovaný stav potravin a oba typy potravinových podnětů samostatně. Zjistili jsme však, že napříč kontrastním typem (např. Vysoce kalorický vs. objekt atd.) Jedinci s normální hmotností vykázali větší aktivaci ve více regionech ve srovnání s obézní skupinou, s výjimkou reakce na nízkokalorické potraviny. Ve skutečnosti u kontrastu s vysokým a nízkým obsahem kalorií se skupiny dramaticky lišily, protože skupina s normální hmotností vykazovala větší aktivaci na ostrově Insula, postcentrálním gyru, parahippocampálním gyru a mozečku a obézní skupina nevykazovala větší diferenciální aktivaci na vysoce - versus nízkokalorické narážky v jakékoli oblasti ve srovnání se skupinou s normální hmotností.

Na první pohled byla tato zjištění na základě dosavadní literatury poněkud překvapivá a nečekaná. Několik studií prokázalo větší aktivaci na podněty k jídlu u obézních oproti normální hmotnosti během půstu a zejména u podnětů s vysokým a nízkým obsahem kalorií (Martin et al., 2010; Stoeckel a kol., 2008), a tak jsme předpovídali podobná zjištění. Existují však dva zajímavé body. Zaprvé je větší aktivace v předních prefrontálních oblastech mozku u obézní skupiny ve srovnání se skupinou s normální hmotností u předběžného jídla a kontrastů s vysokými kaloriemi a objekty. Předchozí výzkum ukázal větší reakci PFC na potravinové podněty u osob s poruchou stravování ve srovnání se skupinou s normální hmotností (Holsen a kol., 2006); a to se podílí na závislosti, zapojuje se do aktivace vyvolané cue v reakci na obrázky spojené s alkoholem u alkoholiků (George a kol., 2001; Grusser a kol., 2004). Zadruhé, u skupiny s normální hmotností se zdá, že nízkokalorické potravinové podněty nepůsobí na nervové systémy podobně jako na vysoké kalorické podněty, jak ukazuje významný rozdíl mezi aktivacemi s vysokou a nízkokalorickou aktivitou pro tuto skupinu. Výsledky post-hoc zkoumání beta hodnot na ostrovech, post centrálních gyrech a parahippocampálních gyrusech (Obrázek 1) ukazují, že skupinové rozdíly jsou způsobeny především zvýšenou aktivací v těchto regionech na vysoce kalorické potraviny ve skupině s normální hmotností a v případě post-centrálních gyrusových a ostrovních ostrovů také deaktivací vysoce kalorických potravin pro obézní skupina. Tyto oblasti hrají roli ve smyslovém zpracování chuti a čichu. Bylo prokázáno, že insula se aktivuje do vizuálních potravinových podnětů a výzkum primátů prokázal, že primární chuťová kůra je umístěna uvnitř insula (Pritchard, Macaluso a Eslinger, 1999). Postcentrální gyrus (BA43) se podílí na vnímání chuti (nachází se v somatosenzorické oblasti nejblíže jazyku) a dříve bylo ukázáno, že tyto oblasti aktivují potravinové narážky (Frank a kol., 2010; Haase, Green a Murphy, 2011; Killgore a kol., 2003; Wang a kol., 2004). Podobně, ačkoli parahippocampální gyrus je nejlépe známý pro kódování a získávání paměti, zdá se, že se podílí na zpracování vizuálních potravinových narážek, protože se v předchozím výzkumu opakovaně ukázalo, že odlišně reagují na narážky na jídlo a na objekty.Berthoud, 2002; Bragulat a kol., 2010; Haase a kol., 2011; Killgore a kol., 2003; LaBar a kol., 2001; Tataranni a kol., 1999). Kromě toho bylo zjištěno, že stimulace parahippocampálního gyru zvyšuje autonomní a endokrinní účinky, jako je žaludeční sekrece (Halgren, 1982). Zdá se, že nízkokalorické potraviny vyvolávají větší nervovou reakci, než jsme očekávali u obézní skupiny, což je indikováno vysokými a nízkokalorickými kontrastními výsledky (kde nejsou pozorovány žádné významné aktivace ve srovnání s normální hmotností) a významnými nízkokalorickými vs nálezy objektů.

Odmítnout odpověď

Na rozdíl od předběžného stavu ukazují výsledky po jídle větší aktivaci na potraviny s vysokou a nízkou kalorickou hodnotou u obézních ve srovnání s účastníky s normální hmotností. Bylo prokázáno, že kontrasty s jídlem proti objektu, s vysokou kalorickou hodnotou proti objektu nebo s nízkokalorickou verzí proti objektu vyvolávají aktivaci v čelních, časových a více zadních oblastech. Jak se očekávalo, účastníci s normální hmotností nevykazovali během postmealního úkolu větší aktivaci v žádných regionech než obézní účastníci. U podmínek s vysokým a nízkým obsahem kalorií však nedošlo k významnému skupinovému účinku. Obézní skupina vykazovala menší diferenciální aktivaci vůči potravinám s vysokým a nízkým obsahem kalorií, než jsme předpovídali, a vykazovala větší aktivaci jak u kontrastu s vysokým, tak nízkým vs.

Naše primární nálezy ukazují na zvýšenou aktivaci na vysoce kalorické potraviny (oproti předmětu) po jídle u obézních jedinců. Čelní oblasti pravé hemisféry (laterální OFC, mediální frontální gyrus PFC / BA8 / BA6) vykazovaly větší reakci na potraviny s vysokou kalorickou hodnotou u obézní skupiny. Prefrontální regiony (BA6,8) již dříve prokázaly, že reagují na podněty k jídlu u obézních vzorků a vzorků s normální hmotností a konkrétně na vysoce kalorická jídla, zatímco mají hlad (Rothemund a kol., 2007; Stoeckel a kol., 2008). Boční OFC hraje důležitou roli v nervových obvodech souvisejících s potravinami a reaguje přednostně na vysoce kalorické potravinové podněty (Goldstone a kol., 2009; Rothemund a kol., 2007; Stoeckel a kol., 2008). Primární výzkum prokázal souvislosti s korekcí primární chuti v ostrovní ostrovy a hypotalamu a zjistil, že sekundární chuťová kortex je umístěn v postranním OFC (Baylis, Rolls a Baylis, 1995; Rolls, 1999). Ukázalo se, že aktivace laterálního OFC pozitivně koreluje se subjektivním hodnocením příjemnosti jídla jednotlivce, což naznačuje, že vysoce prospěšné potraviny mohou tuto oblast aktivovat více než méně žádoucí jídla (Kringelbach, O'Doherty, Rolls, & Andrews, 2003). Naše zjištění ukazují, že region OFC nesnižuje odpověď po jídle u obézních jedinců (viz Obrázek 2). Podobná aktivace OFC nebyla pozorována ve srovnávací skupině s normální hmotností. Ukázalo se také, že laterální OFC je modulován hladem se sníženou palbou neuronů po nasycení určité chuti (Critchley & Rolls, 1996). Je zajímavé, že jídlo použité k dosažení sytosti v této studii nezahrnovalo potraviny s vysokým obsahem tuku / sladkosti. Pokud jsou neurony v postranním OFC předmětem potravy specifické saturace, pak saturace jedinou konkrétní potravou nesnižuje palbu v reakci na jiný typ potravin (Critchley & Rolls, 1996), může to podpořit pokračující aktivitu OFC pozorovanou v reakci na vysoce kalorická jídla po jídle mezi obézními účastníky.

Přední cingulate také vykazoval diferencovanou odpověď mezi skupinami po jídle, s větší reakcí mezi obézní skupinou na vysoce kalorické versus objekt. Předchozí zjištění ukazují, že ACC ukazuje větší aktivaci na potraviny s vysokým a nízkokalorickým jídlem, zatímco hladové a menší poklesy změny signálu po jídle u obézních jedinců ve srovnání s kontrolami (Bruce a kol., 2010; Stoeckel a kol., 2008). ACC se podílí na motivaci jídla, aktivuje se v reakci na podávání tuku a sacharózy (De Araujo & Rolls, 2004) a vykazující zvýšenou aktivaci na návycích souvisejících s drogami mezi závislými (Volkow, Fowler, Wang, Swanson a Telang, 2007). Nedávný výzkum také ukázal závažnost závislosti na potravě pozitivně koreluje s aktivací v ACC během očekávání chutného jídla (Gearhardt a kol., 2011). Kromě toho, vysoce kalorické potraviny vs. objektové podněty vyvolaly větší odezvu v caudátové oblasti u obézní skupiny. Na rozdíl od předchozího výzkumu používajícího PET naznačující sníženou aktivaci v kaudátu a putamenu po tekutém jídle (Gautier a kol., 2000), naše zjištění naznačují pokračující aktivaci striatu na vysoce kalorická jídla. To je v souladu s důkazy ze zvířecí literatury, které naznačují, že neurony distribuované v jádru accumbens, caudate a putamen zprostředkovávají hedonický dopad potravin s vysokým obsahem cukru / tuku (Kelley a kol., 2005).

Shrnutí a závěry

Naše zjištění ukazují, že obézní jedinci a jedinci s normální hmotností se podstatně liší ve své mozkové odpovědi na potravinové podněty, zejména po jídle. Zatímco hladoví, obézní jedinci projevují větší odezvu na oba typy tága v předních prefrontálních oblastech zapojených do závislosti. Naproti tomu během předběžného testu vykazují jedinci s normální hmotností jasnou preferenční odpověď na podněty s vysokým a nízkým obsahem kalorií v regionech zapojených do senzorického zpracování - rozdíl, který není pozorován po jídle. Po jídle je u obézních účastníků zřejmý dopad vysoce kalorických potravin, protože vysoce kalorické narážky vyvolávají aktivaci v oblastech mozku, které se podílejí na zpracování odměny a chuti, i když je hlášený snížený hlad. Kromě toho nízkokalorické potraviny také vyvolávají větší nervovou reakci po jídle u obézních ve srovnání s účastníky s normální hmotností, což zdůrazňuje pokračující citlivost na tyto typy podnětů u obézních jedinců a sníženou aktivaci u osob s normální hmotností. Tato zjištění jsou obzvláště zajímavá vzhledem k tomu, že většina účastníků podstoupila před jídlem oběd normativní kalorickou deprivaci, díky čemuž byla tato zjištění zobecnitelná na cykly přirozeného půstu / jídla.

Tato studie má několik omezení. Zaprvé, kvůli omezením sběru dat v rámci většího projektu jsme nebyli schopni vyrovnat půst a postmeal stát mezi jednotlivci. I když to není ideální a zjištění by měla být replikována pomocí protiváhy, jak krátkodobé, tak i delší trvání (dny 1 – 14), studie fMRI s opakovaným testem prokázaly dobrou spolehlivost opakovaného testu v senzorimotorických úkolech (Friedman a kol., 2008) a ve striatální reakci během úkolů reaktivity s alkoholemSchacht a kol., 2011). Nedostatek této protiváhy činí interpretaci uvnitř skupiny před a po jídle obtížným interpretací, a proto zde není primárním zaměřením. Nedostatek protiváhy napříč stavy jídla je ve výsledcích mezi skupinami minimalizován, protože obě skupiny jsou při skenování porovnávány. V budoucích studiích by vyvažování umožnilo úplnější analýzu inter-time modulace odezvy na potraviny v rámci skupiny. Za druhé, zařazení mužů i žen do tohoto vzorku může mít neznámé účinky na soubor údajů, protože bylo prokázáno, že funkce odměn u žen se liší v závislosti na stadiu menstruačního cyklu (Dreher a kol., 2007), faktor nezohledněný v tomto vzorku vzhledem k požadavkům většího projektu. Je třeba poznamenat, že účastníci neměli na základě posouzení preferencí potravin přednost před konkrétním typem potravin; to může být výsledkem správy úkolu přímo před skenováním na lačno, což může odrážet zvýšenou chutnost během hladu. Avšak jen proto, že by člověk mohl hodnotit jídlo vysoce, nemusí to nutně znamenat, že by dávali přednost tomu jinému chutnému jídlu, pokud bude mít na výběr (např. Autor AD miluje mrkev, ale pokud dostane výběr zmrzliny nebo mrkve, zmrzlina bude vždy vyhrát). Míra rozhodování o preferencích potravin může vést k diskriminačním výsledkům u preferencí s vysokým a nízkým obsahem kalorií. Navzdory behaviorálním hodnocením vykazují účastníci obézní i normální váhy rozdílnou aktivaci mozku kalorickým typem. Budoucí studie by navíc měly tyto nálezy replikovat se zahrnutím lepších mír saturace. Přestože byl hlad hodnocen ve čtyřech časových bodech (před a po každém skenování) a vykazoval snížený hlad po jídle, přímé hodnocení sytosti nebylo dosaženo. Nepřímo jsme odvodili sytost změnou stavu hladu. Nakonec jsme tento vzorek neomezili pouze na praváky, protože v rámci většího projektu byli tito účastníci porovnáváni se vzácnou populací, ve které jsme nemohli vybrat podle kritérií handedness. I když tato studie není bez omezení, tato zjištění poskytují mezi obézními předběžné důkazy o trvalé odpovědi na potravinové podněty v mozkových oblastech souvisejících s odměnami i po jídle, ve srovnání s reakcemi u kontrol s normální hmotností. Budoucí práce by se měla na těchto zjištěních rozšířit zkoumáním míry, v jaké stravovací a stravovací návyky ovlivňují nervovou reakci na narážky na jídlo.

Účastníci této studie uvedli před skenováním nalačno pouze mírný hlad. Dokonce i ti, kteří vynechali snídani, před skenováním naznačili jen mírný hlad. Většina předchozího výzkumu se zaměřila na zkoumání nervové reakce po dlouhodobém atypickém půstu. Naše zjištění jsou zajímavá, protože extrémní hlad není nutný k vyvolání nervové reakce na potravu. Pochopení toho, jak nervové systémy reagují během typičtějšího hladu, nám může poskytnout kritický vhled do mechanismů přejídání. Je zajímavé poznamenat, že nervová reakce na potravinové podněty se nelišila mezi těmi, kdo to dělali, a těmi, kteří nekonzumovali snídani. To může znamenat, že u jednotlivců, kteří obvykle vynechávají snídani, se odměna za stravovací návyky zásadně neliší od těch, kteří konzumují snídani. Zajímavé je také to, že většina účastníků, kteří vynechali snídani, byla obézní; to může znamenat horší příjem potravy, protože výzkum ukázal, že konzumace snídaně souvisí se zdravějšími stravovacími návyky a snížením celkového denního příjmu potravy (de Castro, 2007; Leidy & Racki, 2010).

Ukázali jsme zde, že u obézních jedinců ukazují vysoce kalorické potravinové podněty trvalou reakci v mozkových oblastech, které jsou zapojeny do odměny a závislosti i po požití značného jídla. Tato pokračující hédonická reakce po vysoké kalorické zátěži může být kritická pro pochopení chování při přejídání. Budoucí práce zaměřené na rozsah, v jakém přidávání vysoce kalorického sladkého / slaného jídla k jídlu omezuje nervovou reakci v systémech odměňování obézních jedinců, je s ohledem na současná zjištění opodstatněná.

Tato práce byla podporována granty RO3HD058766-01 a UL1 RR024989 od National Institutes of Health a grantem ACES Opportunity od National Science Foundation. Děkujeme Case Center for Imaging Research, Jack Jesberger, Brian Fishman a Angela Ferranti a Kelly Kanya za jejich pomoc při výzkumu; Jennifer Urbano Blackford a Elinora Price za jejich užitečné komentáře k rukopisu; a všem jednotlivcům, kteří se zúčastnili.

Zřeknutí se odpovědnosti vydavatele: Jedná se o soubor PDF s neupraveným rukopisem, který byl přijat k publikaci. Jako službu pro naše zákazníky poskytujeme tuto ranní verzi rukopisu. Rukopis podstoupí kopírování, sázení a přezkoumání výsledného důkazu před jeho zveřejněním ve své konečné podobě. Vezměte prosím na vědomí, že během výrobního procesu mohou být objeveny chyby, které by mohly ovlivnit obsah, a veškeré právní odmítnutí týkající se časopisu.

Konflikt zájmů: Autoři prohlašují, že nedochází ke střetu zájmů.

1. Baylis LL, Rolls ET, Baylis GC. Aferentní spojení caudolaterální orbitofrontální kortexové oblasti chuti primáta. Neurovědy. 1995; 64 (3): 801 – 812. [PubMed]
2. Berthoud HR. Více nervových systémů regulujících příjem potravy a tělesnou hmotnost. Neurovědy a biobehaviorální recenze. 2002; 26 (4): 393 – 428. [PubMed]
3. Berthoud HR, Morrison C. Mozek, chuť k jídlu a obezita. Roční přehled psychologie. 2008; 59: 55 – 92. [PubMed]
4. Bragulat V, Dzemidzic M, Bruno C, Cox CA, Talavage T, Considin RV, et al. Potravinové zápachové sondy obvodů odměňování mozku během hladu: Pilotní studie FMRI. Obezita (Silver Spring, Md.) 2010; 18 (8): 1566 – 1571. [PubMed]
5. Bruce AS, Holsen LM, Chambers RJ, Martin LE, Brooks WM, Zarcone JR, et al. Obézní děti vykazují hyperaktivaci na obrázky potravin v mozkových sítích spojených s motivací, odměnou a kognitivní kontrolou. Mezinárodní žurnál obezity (2005) 2010; 34 (10): 1494 – 1500. [PubMed]
6. Castellanos EH, Charboneau E, Dietrich MS, Park S, Bradley BP, Mogg K, et al. Obézní dospělí mají vizuální předpojatost pro obrazy tága: Důkaz o změně funkce systému odměn. Mezinárodní žurnál obezity (2005) 2009; 33 (9): 1063 – 1073. [PubMed]
7. Critchley HD, Rolls ET. Hlad a sytost modifikují reakce čichových a zrakových neuronů v orbitofrontální kůře primátů. Žurnál neurofyziologie. 1996; 75 (4): 1673 – 1686. [PubMed]
8. De Araujo IE, Rolls ET. Reprezentace textury a ústního tuku v lidském mozku. Žurnál neurovědy: Úřední věstník společnosti pro neurovědu. 2004; 24 (12): 3086 – 3093. [PubMed]
9. de Castro JM. Denní čas a proporce konzumovaných makronutrientů souvisí s celkovým denním příjmem potravy. The British Journal of Nutrition. 2007; 98 (5): 1077 – 1083. [PubMed]
10. Dimitropoulos A, Schultz RT. Nervové obvody související s potravinami u Prader-Williho syndromu: Reakce na vysoce versus nízkokalorické potraviny. Žurnál autismu a vývojových poruch. 2008; 38 (9): 1642 – 1653. [PubMed]
11. Dreher JC, Schmidt PJ, Kohn P, Furman D, Rubinow D, Berman KF. Fáze menstruačního cyklu moduluje neurální funkce související s odměnami u žen. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 2007; 104 (7): 2465 – 2470. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
12. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. Leptin reguluje striatální oblasti a lidské stravovací chování. Science (New York, NY) 2007; 317 (5843): 1355. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
13. Frank S, Laharnar N, Kullmann S, Veit R, Canova C, Hegner YL, et al. Zpracování potravin: Vliv hladu, pohlaví a obsahu kalorií. Výzkum mozku. 2010; 1350: 159 – 166. [PubMed]
14. Friedman L, Stern H, Brown GG, Mathalon DH, Turner J, Glover GH, et al. Opakovaná zkouška a spolehlivost mezi pracovišti v multicentrické studii fMRI. Mapování lidského mozku. 2008; 29: 958 – 972. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
15. Gautier JF, Chen K, Salbe AD, Bandy D, Pratley RE, Heiman M, et al. Diferenciální mozkové reakce na nasycení obézních a štíhlých mužů. Cukrovka. 2000; 49 (5): 838 – 846. [PubMed]
16. Gautier JF, Del Parigi A, Chen K, Salbe AD, Bandy D, Pratley RE, et al. Vliv nasycení na mozkovou aktivitu u obézních a štíhlých žen. Výzkum obezity. 2001; 9 (11): 676 – 684. [PubMed]
17. Gearhardt AN, Yokum S, Orr PT, Stice E, Corbin WR, Brownell KD. Neurální koreláty závislosti na jídle. Archivy obecné psychiatrie. 2011; 68 (8): 808 – 816. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
18. George MS, Anton RF, Bloomer C, Teneback C, Drobes DJ, Lorberbaum JP, et al. Aktivace prefrontální kůry a předního talamu u alkoholických osob při expozici alkoholu specifickým narážkám. Archivy obecné psychiatrie. 2001; 58 (4): 345 – 352. [PubMed]
19. Geliebter A, Ladell T, Logan M, Schneider T, Sharafi M, Hirsch J. Reakce na potravní podněty u obézních a libových jedlíků s využitím funkce MRI. Chuť. 2006; 46 (1): 31 – 35. [PubMed]
20. Goebel R, Esposito F, Formisano E. Analýza dat soutěže o funkční analýzu obrazu (FIAC) s Brainvoyagerem QX: Od jediného subjektu po korticky zarovnanou skupinu obecná lineární modelová analýza a samoorganizující se analýza nezávislých složek skupiny. Mapování lidského mozku. 2006; 27: 392 – 401. [PubMed]
21. Goldstone AP, de Hernandez CG, Beaver JD, Muhammed K, Croese C, Bell G, et al. Půst ovlivňuje systémy odměňování mozku směrem k vysoce kalorickým potravinám. Evropský žurnál neurověd. 2009; 30 (8): 1625 – 1635. [PubMed]
22. Grusser SM, Wrase J, Klein S, Hermann D, Smolka MN, Ruf M, et al. Aktivace striata a mediální prefrontální kůry vyvolaná narážkou je spojena s následným relapsem abstinujících alkoholiků. Psychofarmakologie. 2004; 175 (3): 296 – 302. [PubMed]
23. Halgren E. Duševní jevy vyvolané stimulací v limbickém systému. Lidská neurobiologie. 1982; 1 (4): 251 – 260. [PubMed]
24. Haase L, Green E, Murphy C. Muži a ženy vykazují rozdílnou aktivaci mozku podle chuti, když mají hlad a jsou nasazeni v ochutnávacích a odměňovacích oblastech. Chuť. 2011; 57 (2): 421 – 434. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
25. Holsen LM, Zarcone JR, Brooks WM, Butler MG, Thompson TI, Ahluwalia JS, et al. Nervové mechanismy, které jsou základem hyperfagie u prader-williho syndromu. Obezita (Silver Spring, Md.) 2006; 14 (6): 1028 – 1037. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
26. Karhunen LJ, Lappalainen RI, Vanninen EJ, Kuikka JT, Uusitupa MI. Regionální průtok krve mozkem během expozice potravy u obézních žen a žen s normální hmotností. Mozek: Žurnál neurologie. 1997; 120 (Pt 9) (Pt 9): 1675 – 1684. [PubMed]
27. Kelley AE, Baldo BA, Pratt WE, Will MJ. Kortikostriatálně-hypotalamické obvody a motivace k jídlu: Integrace energie, akce a odměny. Fyziologie a chování. 2005; 86 (5): 773–795. [PubMed]
28. Killgore WD, Young AD, Femia LA, Bogorodzki P, Rogowska J, Yurgelun-Todd DA. Kortikální a limbická aktivace při sledování potravin s nízkým obsahem kalorií. NeuroImage. 2003; 19 (4): 1381 – 1394. [PubMed]
29. Kringelbach ML. Jídlo k zamyšlení: Hedonická zkušenost nad homeostázou v lidském mozku. Neurovědy. 2004; 126 (4): 807 – 819. [PubMed]
30. Kringelbach ML, O'Doherty J, Rolls ET, Andrews C. Aktivace lidské orbitofrontální kůry na tekutý potravní stimul souvisí s jeho subjektivní příjemností. Cerebral Cortex (New York, NY: 1991) 2003; 13 (10): 1064–1071. [PubMed]
31. LaBar KS, Gitelman DR, Parrish TB, Kim YH, Nobre AC, Mesulam MM. Hlad selektivně moduluje kortikolimbickou aktivaci na potravní podněty u lidí. Behaviorální neurovědy. 2001; 115 (2): 493 – 500. [PubMed]
32. Leidy HJ, Racki EM. Přidání snídaně bohaté na bílkoviny a její účinky na kontrolu akutní chuti k jídlu a příjem potravy u dospívajících se „vynecháním snídaně“. International Journal of Obesity (2005) 2010; 34 (7): 1125–1133. [PubMed]
33. Martin LE, Holsen LM, Chambers RJ, Bruce AS, Brooks WM, Zarcone JR, et al. Nervové mechanismy spojené s motivací jídla u obézních a zdravých dospělých dospělých. Obezita (Silver Spring, Md.) 2010; 18 (2): 254 – 260. [PubMed]
34. Pritchard TC, Macaluso DA, Eslinger PJ. Vnímání chuti u pacientů s ostrovními kortexovými lézemi. Behaviorální neurovědy. 1999; 113 (4): 663 – 671. [PubMed]
35. Rigby NJ, Kumanyika S, James WP. Čelíme epidemii: Potřeba globálních řešení. Žurnál politiky veřejného zdraví. 2004; 25 (3 – 4): 418 – 434. [PubMed]
36. Rolls ET. Mozek a emoce. New York: Oxford University Press; 1999.
37. Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H, a kol. Diferenciální aktivace dorzálního striatu pomocí vysoce kalorických vizuálních potravinových podnětů u obézních jedinců. NeuroImage. 2007; 37 (2): 410 – 421. [PubMed]
38. Schacht JP, Anton RF, Randall PK, Li X, Henderson S, Myrick H. Stabilita fMRI striatální reakce na alkoholové narážky: Hierarchický lineární modelovací přístup. NeuroImage. 2011; 56: 61 – 68. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
39. Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, 3rd, Twieg DB, Knowlton RC, Cox JE. Rozsáhlá aktivace systému odměn u obézních žen v reakci na obrázky vysoce kalorických potravin. NeuroImage. 2008; 41 (2): 636 – 647. [PubMed]
40. Talairach J, Tournoux P. Co-planární steriotaxický atlas lidského mozku. 3-rozměrný proporcionální systém: Přístup k mozkovému zobrazování. New York: Thieme Medical Publishers, Inc .; 1988.
41. Tataranni PA, Gautier JF, Chen K, Uecker A, Bandy D, Salbe AD, et al. Neuroanatomické koreláty hladu a nasycení u lidí pomocí pozitronové emisní tomografie. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 1999; 96 (8): 4569 – 4574. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
42. Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ, Swanson JM, Telang F. Dopamin ve zneužívání drog a závislosti: Výsledky zobrazovacích studií a důsledky léčby. Archivy neurologie. 2007; 64 (11): 1575 – 1579. [PubMed]
43. Wang GJ, Volkow ND, Thanos PK, Fowler JS. Podobnost mezi obezitou a drogovou závislostí hodnocenou neurofunkčním zobrazením: Přehled koncepce. Žurnál návykových nemocí. 2004; 23 (3): 39 – 53. [PubMed]