Komentář: Studie odhaluje senzibilizaci i hypofrontalitu u obézních jedinců. Oba jsou charakteristickými znaky mozkových změn souvisejících se závislostí.
Metabolismus glukózy v jádře kaudátu ve středním mozku (A) byl významně vyšší u obézních versus libových jedinců (B).
Ve většině západních zemí je v současnosti roční nárůst výskytu a závažnosti obezity značný. Ačkoli je obezita obvykle důsledkem nadměrného příjmu energie, v současné době není jasné, proč jsou někteří lidé náchylní k přejídání a přibírání na váze.
Protože centrální nervový systém je důvěrně zapojen do zpracování hladových signálů a řízení příjmu potravy, je možné, že přírůstek hmotnosti a obezita mohou být v mozku.
Vědci z University of Turku a Aalto University nyní našli nové důkazy o roli mozku v obezitě. Vědci změřili fungování mozkové obvody zapojené do více metod zobrazování mozku.
Výsledky odhalily, že u obézních versus štíhlých jedinců byl metabolismus glukózy v mozku významně vyšší v striatálních oblastech mozku, které se podílejí na zpracování odměn. Systém odměn obézního jedince navíc energičtěji reagoval na obrázky jídla, zatímco reakce v oblastech čelní kortikální oblasti zapojených do kognitivní kontroly byly tlumené.
"Výsledky naznačují, že mozek obézních jedinců může neustále generovat signály, které podporují stravování, i když by tělo nepotřebovalo další příjem energie, “Říká mimořádný profesor Lauri Nummenmaa z univerzity v Turku.
"Výsledky zdůrazňují roli mozku při obezitě a přibývání na váze." Výsledky mají zásadní dopad na současné modely obezity, ale také na vývoj farmakologické a psychologické léčby obezity, “říká Nummenmaa.
Účastníci byli morbidně obézní jedinci a štíhlé, zdravé kontroly. Jejich mozek metabolismus glukózy byl měřen pozitronem emisní tomografie během stavů, kdy bylo tělo nasyceno z hlediska signalizace inzulínem. Mozkové odpovědi na obrázky potravin byly měřeny pomocí funkční zobrazování magnetickou rezonancí.
Výzkum je financován Finskou akademií, Fakultní nemocnicí v Turku, Univerzitou v Turku, Univerzitou Åbo Akademi a Univerzitou Aalto.
Výsledky byly publikovány v lednu 27th, 2012 ve vědeckém časopise PLoS ONE.
STUDIE: Dorsální striatum a jeho limbická konektivita zprostředkují abnormální předvídavé zpracování odměn u obezity
Lauri Nummenmaa, Jussi Hirvonen, Jarna C. Hannukainen, Heidi Immonen, Markus M. Lindroos, Paulina Salminen, Pirjo Nuutila .. PLoS ONE, 2012; 7 (2): e31089 DOI: 10.1371 / journal.pone.0031089
Abstraktní
Obezita je charakterizována nerovnováhou v mozkových obvodech podporujících hledání odměn a těmi, kteří řídí kognitivní kontrolu. Zde ukazujeme, že jádro dorzálního caudátu a jeho spojení s amygdalou, insulem a prefrontální kůrou přispívají k abnormálnímu zpracování odměny při obezitě. Měřili jsme regionální příjem glukózy v mozku u morbidně obézních (n = 19) a normálně vážených (n = 16) subjektů s 2- [18F] fluor-2-deoxyglukózou [[18F] FDG) pozitronová emisní tomografie (PET) během euglykemické hyperinzulinémie a při funkčním zobrazování magnetickou rezonancí (fMRI), zatímco předběžné odměny za jídlo byly indukovány opakovanými prezentacemi chutných a nevýrazných potravinových obrázků. Nejprve jsme zjistili, že rychlost absorpce glukózy v jádře dorzálního caudátu byla vyšší u obézních než u jedinců s normální hmotností. Za druhé, obézní jedinci vykazovali zvýšenou hemodynamickou odezvu v jádru caudate při sledování chutných versus nevýrazných potravin v fMRI. Kaudát také vykazoval zvýšenou funkční konektivitu spojenou s úkolem s amygdalou a insulami u obézních osob s normální hmotností. Nakonec měli obézní jedinci na dorsolaterálních a orbitofrontálních kortikách menší odezvy na chutný a nevýrazný jídelníček než normální jedinci a neschopnost aktivovat dorsolaterální prefrontální kůru byla korelována s vysokým metabolismem glukózy v jádře dorzálního caudátu. Tato zjištění naznačují, že zvýšená citlivost na vnější potravinové podněty u obezity může zahrnovat abnormální stimulaci-učení učení a motivační motivaci podřízenou hřbetním jádrem caudate, což může být zase způsobeno abnormálně vysokým vstupem z amygdaly a insula a dysfunkční inhibiční kontrolou frontální kortikální regiony. Tyto funkční změny v citlivosti a propojitelnosti odměnového obvodu by mohly být kritickým mechanismem vysvětlujícím přejídání u obezity.
Citace: Nummenmaa L, Hirvonen J, Hannukainen JC, Immonen H, Lindroos MM, et al. (2012) Dorsální striatum a jeho limbická konektivita zprostředkovávají abnormální předvídavé zpracování odměn u obezity. PLoS ONE 7 (2): e31089. doi: 10.1371 / journal.pone.0031089
Editor: Ya-Ping Tang, Louisiana State University Health Sciences Center, Spojené státy americké
obdržel: 19, 2011; Přijato: leden 2, 2012; Publikováno: únor 3, 2012
Copyright: © 2012 Nummenmaa et al. Toto je článek s otevřeným přístupem distribuovaný podle podmínek licence Creative Commons Attribution License, která umožňuje neomezené použití, distribuci a reprodukci na jakémkoli médiu za předpokladu, že je původnímu autorovi a zdroji připsán kredit.
Financování: Tuto práci podpořila Finská akademie (granty #256147 a #251125 http://www.aka.fi) na LN, Aalto University (AivoAALTO Grant, http://www.aalto.fi) Nadace Sigrid Juselius (www.sigridjuselius.fi/foundationFakultní nemocnice Turku (grant EVO http://www.tyks.fi). Poskytovatelé financí neměli žádnou roli při návrhu studie, sběru a analýze dat, rozhodnutí o zveřejnění nebo přípravě rukopisu.
Konkurenční zájmy: Autoři prohlásili, že neexistují žádné konkurenční zájmy.
Úvod
Ve většině západních zemí je v současnosti roční nárůst výskytu a závažnosti obezity značný [1]. Neomezená dostupnost chutných potravin je nejviditelnějším environmentálním faktorem, který podporuje obezitu [2]a geny podporující rychlý příjem energie prostřednictvím vysokého příjmu cukru a tuků v podmínkách nedostatku potravin se staly v moderních společnostech, kde je vysoce kalorická strava všudypřítomná, zodpovědností. Pro boj proti současné epidemii obezity je tedy nezbytné pochopit, které faktory určují, zda je konzumace potravin sledována nebo omezována. Jíst poskytuje živiny, ale je také velmi posilující, protože vyvolává intenzivní pocity potěšení a odměny. Srovnávací studie prokázaly, že při vedení chutného chování hraje klíčovou roli propojený okruh odměn sestávající ze subkortikálních (amygdala, hypothalamus, striatum) a frontokortikálních (motorických, premotorových, orbitálních a mediálních prefrontálních) oblastí. [3], [4], [5]. Funkční zobrazovací studie na lidech dále ukázaly, že dílčí složky okruhu odměn přispívají ke zpracování externích potravinových tipů, jako jsou obrázky potravin [6], [7], [8], [9]a dysfunkce odměnového okruhu jsou také spojovány s obezitou a drogovou závislostí. [2], [10], [11], [12], [13], [14]. V této studii ukazujeme, jak mohou být tonické aktivity, regionální odezvy a vzájemné propojení okruhu odměn kritickými mechanismy vysvětlujícími přejídání a obezitu.
Chutná jídla mají silnou motivační sílu. Pouhý pohled na lahodný dort nebo vůni našeho oblíbeného jídla může vyvolat silnou touhu po jídle právě teď a vystavení těmto narážkám může potlačit fyziologické signály sytosti a spustit spotřebu potravin [15]. Předehřívání tedy pravděpodobně závisí na rovnováze mezi okruhem odměňování a sítěmi, které brání hledání odměn, jako jsou dorsolaterální prefrontální kortice [16], [17], [18]. Z dosavadní literatury ze zobrazovacích studií na lidech vyplývá, že obezita je charakterizována nerovnováhou v těchto systémech, v tom, že odměnový obvod je nadměrný k odměňování předvídání v obezitě a že inhibiční sítě mohou selhat při kontrole nad odměnovým obvodem [2], [10], [11], [12], [13], [14], [19]. V odezvě okruhu odměn na potraviny existují velké individuální rozdíly, což může být kritickým faktorem přispívajícím k přejídání a obezitě. [2]. Odměna osobnostních rysů osobnosti je pozitivně spojena s touhou po jídle a tělesnou hmotností [20]Studie fMRI odhalily, že také předpovídá reakce ventrálního striata na chutné obrázky jídla u jedinců s normální hmotností [21]. Podobně i citlivost na externí potravinové signály, kterou hlásí sama osoba, pozitivně koreluje s propojitelností okruhu odměn [22]. V souladu s těmito zjištěními studie fMRI potvrdily, že okruh odměn obézních jedinců je přecitlivělý na pouhý zrak potravin. Obézní jedinci vykazují zvýšené odpovědi na obrázky potravin v amygdale, jádru caudate a přední cingulate cortex [10], [19]a bylo navrženo, že tato hyperaktivita dopaminergního odměnového okruhu může způsobit obézní jedince náchylní k přejídání. Studie PET dále prokázaly dopaminergní společné rysy v mechanismech zneužívání drog a nadměrného příjmu potravy, což naznačuje, že alespoň v některých případech lze obezitu charakterizovat jako „závislost na potravě“. Dopaminergní cesty odměny ve středním mozku modulují spotřebu potravin i drog [23] zejména vytvářením pocitů touhy po jídle a drogách [24]a drogy i jídlo projevují své posilující účinky zvýšením dopaminu v limbických oblastech. Pacienti s návykovými poruchami vykazují tonicky nižší výchozí hodnotu D2 receptor (D2R) hustota ve striatu a otupené uvolňování dopaminu po podání zneužívaného léčiva. Podobně jako u drog zneužívání je konzumace potravin spojena s uvolňováním dopaminu v dorzálním striatu u zdravých jedinců a množství uvolněného dopaminu je pozitivně korelováno s hodnocením příjemnosti jídla [12]. Podobně jako u pacientů s návykovými poruchami mají obézní jedinci nižší striatální D základní linie2Hustota R, která je přímo úměrná BMI [11].
Přestože změněná citlivost odměnového okruhu může být kritickým faktorem vysvětlujícím obezitu, zůstává nepolapitelné, jak přesně odměnový obvod přispívá k potravinám souvisejícím s funkcí předvídání odměny u obézních jedinců. Zaprvé, předchozí demonstrace zvýšených odezvových odezev na potraviny u zdravých a obézních jedinců [10], [19] neřeší rozdíly v tonické základní aktivitě okruhu odměn v mozku. Tonicky nízký metabolismus glukózy v prefrontální kůře předpovídá nízký striatální dopamin D2 hustota receptorů - charakteristický znak dysregulovaného okruhu odměn - u obézních subjektů [17]. Není však známo, zda tonická aktivita neuronových sítí, které zpracovávají předpovědní odměnu, předpovídá funkční reakce na vnější signály jídla. Za druhé, jen několik studií provedlo systémový přístup k testování, zda by obezita změnila funkční konektivitu odměnového obvodu. Zatímco nedávná zobrazovací studie na zdravých lidech ukázala, že konektivita v okruhu lidské odměny je závislá na individuální citlivosti na vnější signály jídla [22], další zahrnující obézní jedinci a jedinci s normální hmotností navrhli, že obezita je specificky spojena s nedostatečnou funkční konektivitou od amygdaly k orbitofrontální kůře (OFC) a zvýšenou konektivitou od OFC k ventrálnímu striatu [25]. Přesné nervové mechanismy, které jsou základem těchto funkčních změn, však zůstávají neznámé.
V této studii jsme použili multimodální zobrazování mozku kombinací [18F] FDG PET s experimentem fMRI zahrnující předběžnou odměnu indukovanou prezentací chutný a nevýrazný obrázek potravin. Všimněte si, že ačkoli účastníkům nebyly skutečně odměny poskytovány, používáme termín „předvídatelná odměna“ kvůli stručnosti, protože vidíme, že vysoce prospěšné cíle, jako jsou potraviny, spolehlivě vyvolávají reakce na očekávání odměn ve ventrálním striatu, i když ve skutečnosti žádné odměny nejsou doručeno [21]. Bylo zjištěno, že využití glukózy je úzce spojeno s frekvencí stoupání [26], proto lze míru metabolismu glukózy použít k měření tonické základní aktivace mozku během odpočinku. Použitím aktivované hyperinzulinemické svorky [27] během PET skenování jsme byli schopni porovnat metabolismus glukózy v mozku jedinců s obezitou a normální hmotností v situaci, kdy je tělo v nasyceném stavu, pokud jde o signalizaci inzulínu. Experiment fMRI nám umožnil porovnat, zda se obézní jedinci a jedinci s normální hmotností liší jak z hlediska regionálních mozkových odpovědí, tak z hlediska efektivního propojení okruhu odměn při sledování chutných a nevýrazných potravin. Nakonec kombinace údajů PET a fMRI nám umožnila použít regionální metabolické rychlosti glukózy (GMR) odvozené v PET skenu k předpovědi mozkových odpovědí na chutné potraviny v experimentu fMRI.
Materiály a metody
Účastníci
Etická komise nemocniční čtvrti Jihozápadního Finska schválila protokol studie a všichni účastníci podepsali formuláře souhlasu s informacemi o schválení etické komise. Studie byla provedena v souladu s Helsinskou deklarací. Tabulka 1 představuje shrnutí účastníků. Obézní skupina sestávala z devatenácti neurologicky intaktních morbidně obézních subjektů (MBMI = 43.87, SDBMI = 6.60). Pět z nich použilo perorální antidiabetika a byli vyloučeni ze studií PET. Jako kontrola sloužilo šestnáct neurologicky neporušených dobrovolníků s normální hmotností (MBMI = 24.10, SDBMI = 2.07) a byly porovnávány s pacienty s ohledem na věk, výšku a indexy hypertenze (tj. Krevní tlak). Poruchy příjmu potravy, závažné duševní poruchy a zneužívání návykových látek byly vylučovacími kritérii pro všechny účastníky. Jeden subjekt s normální hmotností byl vyloučen z analýzy dat fMRI kvůli nadměrnému pohybu hlavy.
Tabulka 1. Charakteristika účastníků.
dva: 10.1371 / journal.pone.0031089.t001
Měření chování
Před experimentem účastníci hodnotili svůj pocit hladu pomocí vizuální analogové stupnice. Po experimentu fMRI účastníci hodnotili valenci (příjemnost versus nepříjemnost) experimentálních podnětů na počítači pomocí figuríny sebehodnocení [28] s měřítkem od 1 (nepříjemný) do 9 (příjemný).
Získávání a analýzy PET
Studie byly provedeny po 12 hodinovém půstu. Subjekty se zdržely pití nápojů obsahujících kofein a kouření 24 hodin před PET studiemi. Od předchozího večera byla zakázána jakákoli namáhavá fyzická aktivita. Do antekubitálních žil byly vloženy dva katétry, jeden pro infuze fyziologickým roztokem, inzulínem a glukózou a injekce radioaktivního indikátoru [18F] FDG a další do protilehlé zahřáté paže pro odběr vzorků arterializované krve. Jak bylo popsáno výše, byla použita euglykemická hyperinzulinemická svorková technika [27]. Rychlost infuze inzulínu byla 1 mU · kg-1 · Min-1 (Actrapid, Novo Nordisk, Kodaň, Dánsko). Během hyperinzulinémie byla euglykémie udržována infuzí 20% glukózy intravenózně. Rychlost infuze glukózy byla upravena podle koncentrací glukózy v plazmě měřených každých 5 – 10 min. Od arterializované krve. V časovém bodě 100 + −10 minut euglykemické hyperinzulinemické svorky [18F] FDG (189 ± 9 MBq) byl injikován intravenózně přes 40 sekundu a bylo zahájeno dynamické skenování mozku po 40 min (snímky; 4 • 30 s, 3 • 60 s, 7 • 300 s). Během skenování byly odebrány vzorky arteriální krve pro analýzu radioaktivity. Pro PET studie byl použit PET skener GE Advance (General Electric Medical Systems, Milwaukee, WI, USA) s rozlišením 4.25 mm, jak bylo popsáno výše [29], [30]. [18F] FDG byl syntetizován, jak bylo popsáno výše [31]. Plazmatická radioaktivita byla měřena automatickým gama čítačem (Wizard 1480 3 ″, Wallac, Turku, Finsko).
Rychlost absorpce glukózy v mozku byla měřena pro každý voxel odděleně od dynamických PET skenů, jak bylo popsáno výše [29], [30], kromě toho, že byla použita paušální konstanta 0.8 [32]. Normalizace a statistické analýzy parametrických obrazů metabolismu glukózy byly provedeny pomocí softwaru SPM 5 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Parametrické obrazy byly normalizovány na interní šablonu metabolismu glukózy v MNI prostoru pomocí lineárních a nelineárních transformací a vyhlazeny Gaussovým jádrem FWHM 10 mm. Pro analýzu skupinových rozdílů v metabolismu glukózy byly použity jednoduché t-kontrasty pro normalizované parametrické obrazy. Statistická prahová hodnota byla nastavena na p <001, neopravená, s minimální velikostí shluku 100 sousedících voxelů. Pro korekce malého objemu (SVC) v datech PET byly anatomicky definovány apriorní oblasti zájmu v systému odměn (jádro caudate, amygdala, thalamus, insula a orbitofrontální kůra) pomocí pickatlasů WFU [33] a AAL [34] atlas.
Experimentální návrh pro fMRI
Stimuli a design jsou shrnuty v Obrázek 1. Podněty byly digitalizovány celobarevnými fotografiemi chutných potravin (např. Čokoláda, pizza, steaky), nevýrazných potravin (např. Čočka, zelí, sušenky) a automobilů s ohledem na vizuální prvky nízké úrovně, jako je střední jas, kontrast RMS a globální energie. Nezávislý vzorek zdravých dobrovolníků 29 hodnotil valenci (nepříjemnost versus příjemnost) podnětů pomocí SAM. Analýza valenčních hodnocení (Mchutný = 6.64, Mnevýrazný = 3.93, Mauta = 4.41) stanovili, že chutná jídla byla hodnocena jako příjemnější než nevýrazná jídla, t (28) = 10.97, p <001 a automobily, t (28) = 7.52, p <001, ale nebyly tam žádné rozdíly v příjemnosti nevýrazných jídel a automobilů, t (28) = 1.19.
Obrázek 1. Experimentální návrh fMRI a příklady použitých podnětů.
Účastníci si prohlédli střídavé epochy 15.75 chutných potravin, automobilů a nevýrazných potravin. Každá epocha se skládala ze šesti experimentálních podnětů pseudonáhodně promísených se třemi nulovými událostmi.
dva: 10.1371 / journal.pone.0031089.g001
Během skenování sledovali subjekty alternující 15.75-sekundové epochy obsahující šest podnětů z jedné kategorie (chutné jídlo, nevýrazná jídla nebo auta) promíchané se třemi nulovými událostmi. Abychom mohli studovat implicitní zpracování obrazů potravin, použili jsme krátké doby zobrazení stimulu a behaviorální úkol, který nesouvisel s hedonickou hodnotou podnětů: Jedna studie zahrnovala 1000 ms prezentaci stimulačního obrazu následovaného nízkým kontrastním středem kříž (750 ms). Nulové události zahrnovaly 1750 ms prezentaci nízko kontrastního kříže. Podněty pro jídlo a auto byly mírně posunuty doleva nebo napravo od obrazovky a účastníci byli instruováni, aby stiskli levé nebo pravé tlačítko, podle které strany byl podnět podán. Při nulových pokusech nebyla vyžadována žádná odpověď. Pořadí podnětů během každé epochy bylo pseudo-randomizováno s ohledem na typ pokusu (podnět nebo nulová hodnota), takže ne více než tři po sobě následující pokusy byly stejného typu. Tato pseudonáhodnost zvýšila účinnost designu a zároveň zachovala nepředvídatelnost stimulačních nástupů u naivních účastníků [35]. Vizuální pole podnětů bylo randomizováno a plně vyváženo. Celkem byly provedeny celkem 72 chutné potravinové pokusy (v 12 epochách), 72 nevýrazné potravinové pokusy (v 12 epochách) a 144 automobilové pokusy (v 24 epochách). Aby se maximalizovala síla návrhu a aby se předešlo přenosu účinků prohlížení chutných potravin, bylo pořadí epoch stimulací stanoveno tak, že epocha stimulace automobilu byla vždy prezentována mezi epochami chuti a nevýrazné stimulace. Počáteční období úkolu bylo vyváženo mezi účastníky. Celková doba trvání úkolu byla 14 minut. Účastníci cvičili úkol mimo skener před zahájením experimentu fMRI.
fMRI Akvizice a analýza
Skenování proběhlo kolem rána nebo časného poledne (9 am – 2 pm). Účastníci dostali pokyn, aby se před skenováním zdrželi jíst a pít pouze vodu nejméně tři hodiny. Zobrazování MR bylo prováděno skenerem Philips Gyroscan Intera 1.5 T CV Nova Dual v centru Turku PET. Anatomické obrazy s vysokým rozlišením (1 mm)3 rozlišení) byly získány pomocí T1-vážené sekvence (TR 25 ms, TE 4.6 ms, úhel převrácení 30 °, doba skenování 376 s). Funkční data celého mozku byla získána pomocí sekvence echo-planárního zobrazování (EPI), citlivá na kontrast signálu závislý na hladině krevního kyslíku (BOLD) (TR = 3000 ms, TE = 50 ms, 90 ° úhel překlopení, 192 mm Matice FOV, 64 × 64, šířka pásma 62.5 kHz, tloušťka řezu 4.0 mm, mezera 0.5 mm mezi řezy, prokládané řezy 30 získané vzestupně). Bylo získáno celkem funkčních objemů 270 a první objemy 5 byly vyřazeny, aby bylo možné dosáhnout rovnovážných účinků. Data byla předběžně zpracována a analyzována pomocí softwaru SPM5 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Obrázky EPI byly časově interpolovány, aby se korigovaly rozdíly v časových řezech, a znovu se zarovnovaly k prvnímu skenování pomocí tuhých tělesných transformací, aby se korigovaly pohyby hlavy. EPI a strukturální obrazy byly registrovány a normalizovány na standardní šablonu T1 v prostoru MNI (Montreal Neurological Institute (MNI) - Mezinárodní konsorcium pro mapování mozku) pomocí lineárních a nelineárních transformací a vyhlazeny gaussovským jádrem FWHM 8-mm.
Analýza regionálních dopadů
Celý mozkový model náhodných účinků byl implementován pomocí dvoustupňového procesu (první a druhá úroveň). Tato analýza náhodných účinků hodnotila účinky na základě inter-subjektové odchylky a umožnila tak závěry o populaci, ze které byli účastníci čerpáni. Pro každého účastníka jsme použili GLM k vyhodnocení regionálních účinků parametrů úkolu na BOLD indexy aktivace. Model zahrnoval tři experimentální podmínky (chutná jídla, nevýrazná jídla a automobily) a účinky bez zájmu (parametry přeskupení), které by zohledňovaly rozptyl související s pohybem. Drift nízkofrekvenčního signálu byl odstraněn pomocí vysokoprůchodového filtru (mezní hodnota 128 s) a bylo použito modelování časových autokorelací AR (1). Jednotlivé kontrastní obrazy byly generovány pomocí kontrastních chutných - nevýrazných potravin, jakož i pro hlavní účinek potravin (tj. Chutné a nevýrazné potraviny proti jiným zajímavým účinkům). Analýza druhé úrovně použila tyto kontrastní obrazy v novém GLM a vygenerovala statistické obrazy, tj. Mapy SPM-t. S vyváženými designy na první úrovni (tj. Podobné události pro každý předmět, v podobném počtu) se tato analýza druhé úrovně blíže přibližuje skutečnému designu smíšených efektů, a to jak uvnitř, tak i mezi jednotlivými odchylkami. Počáteční analýza odhalila, že žádný z kontrastů mezi skupinami druhé úrovně nebyl významný, když byla použita přísná korekce rychlosti falešného objevu (FDR) při p <05. Podle toho byla statistická prahová hodnota nastavena na p <005, nekorigovaná, s minimální velikostí shluku 20 sousedících voxelů pro srovnání mezi skupinami.
Psychofyziologická interakce (PPI) v obecném lineárním modelu (GLM)
Fyziologická konektivita mezi dvěma oblastmi mozku se může lišit v závislosti na psychologickém kontextu [36] známý jako psychofyziologická interakce (PPI). PPI lze identifikovat pomocí obecných lineárních modelů citlivých na kontextovou modulaci kovariance související s úkoly. Na rozdíl od dynamického náhodného modelování nebo modelování strukturální rovnice síťového připojení nevyžaduje PPI specifikovaný anatomický model. Spíše jeden začíná „zdrojovou“ oblastí a identifikuje jakékoli další „cílové“ voxely / klastry v mozku, se kterými má tento zdroj kontextově závislou konektivitu. Cílové regiony nemusí korelovat pouze s úkolem nebo kontextem, ale s interakcemi mezi těmito faktory. Významné PPI samy o sobě nenaznačují směr nebo neurochemii příčinných vlivů mezi zdrojovými a cílovými oblastmi, ani to, zda je konektivita zprostředkována mono- nebo polysynaptickými spojeními, ani změny strukturální neuroplasticity z epochy do epochy. Naznačují však interakce mezi regionálními systémy a výsledky PPI odpovídají jiným metodám připojení, jako je dynamické kauzální modelování. [37].
Jako zdrojová oblast pro analýzu konektivity pro chutný kontrast mínus nevýrazných potravin byl použit jádro pravého kaudátu. Globální maximum (2, 8, 4) pro tuto oblast ve druhé úrovni obézního versus normální hmotnostní kontrast v analýzách dat PET (viz níže) bylo použito pro odvození statisticky nezávislého odhadu pro střed zdrojové oblasti; to účinně chránilo před „dvojitým máčením“ při výběru zdrojové oblasti [38]a umožnila teoreticky věrohodnou integraci dat PET a fMRI. Na tomto místě byla vytvořena sférická návratnost investic s poloměrem 10 mm. Časové řady pro každého účastníka byly vypočteny pomocí prvního vlastního čísla ze všech časových řad voxelů v návratnosti investic. Tato časová řada BOLD byla zrušena pro odhad „neuronální časové řady“ pro tuto oblast pomocí výchozího parametru dekonvoluce PPI v SPM5 [39]. Termín psychofyziologické interakce (PPI regresor) byl vypočten jako produkt element-by-element produktu ROI neuronálních časových řad a vektor kódující hlavní účinek úkolu (tj. 1 pro chutná jídla, −1 pro nevýrazná jídla). Tento produkt byl poté znovu stvrzen pomocí kanonické hemodynamické odezvové funkce (hrf). Model také zahrnoval hlavní účinky úlohy svázané hrf, „neuronální časové řady“ pro každý „zdroj“ a pohybové regresory jako efekty bez zájmu. Subjektivní PPI modely [36] byly spuštěny a byly vytvořeny kontrastní obrazy pro pozitivní a negativní PPI. Tato celá mozková analýza identifikovaných oblastí má větší nebo menší změnu ve spojení se zdrojovou oblastí podle kontextu (tj. Chutný versus nevýrazné potraviny). Kontrastní obrazy pak byly zadány do druhé úrovně GLM analýzy pro kontrasty zájmu a SPM t-mapy byly generovány s použitím Gaussovy teorie náhodných polí pro vytvoření statistických inferencí.
výsledky
Měření chování
Hodnocení valence podnětů bylo analyzováno pomocí smíšené ANOVA (3 (podnět: chutný jídlo vs. nevýrazné jídlo vs. auta)). 2 (skupina: obézní vs. normální váha). Toto odhalilo, že valenční hodnocení se významně lišila napříč kategoriemi podnětů, F (2,60) = 6.01, p = .004, ηp2 = 17, ale byly podobné napříč obézními skupinami a skupinami s normální hmotností (F = 1.46). Vícenásobné srovnání s Bonferronniho korekcemi odhalilo, že účastníci hodnotili chutná jídla jako příjemnější než nevýrazná jídla, t (31) = 4.67, p <001 nebo auta, t (31) = 2.76, p = 01, ale nehodnotili nevýrazné jídla jako příjemnější než auta, t (31) = 41. Hladové hodnocení bylo také stejné mezi pacienty a kontrolní skupinou (p> 05).
Metabolismus glukózy v mozku
Obézní jedinci měli signifikantně vyšší metabolismus glukózy v pravém jádru kaudátu než normální jedinci (X = 4, Y = 8, Z = 4, T = 3.97, p = .03, SVC) (Obrázek 2), ale nikoli v žádné jiné a priori oblasti zájmu (amygdala, thalamus, insula nebo orbitofrontální kůra).
Obrázek 2. PET skenuje s 2- [18F] FDG během euglykemické hyperinzulinémie ukazuje, že rychlost metabolismu glukózy (GMR, µmol / 100 g * min) v pravém jádru kaudátu (X = 4, Y = 8, Z = 4) byl významně vyšší u obézních než u jedinců s normální hmotností (p<05, SVC).
Panel A ukazuje statistickou parametrickou mapu efektu mezi skupinami, panel B zobrazuje hodnoty GMR v subjektu v jádru caudate.
dva: 10.1371 / journal.pone.0031089.g002
Regionální dopady v fMRI
U všech subjektů vedlo kontrastní chutné a nevýrazné jídlo k robustní aktivaci okruhu odměn. Aktivační ložiska byla pozorována v mediální prefrontální kůře, předním cingulačním gyrusu, pravém ventrálním striatu, dvoustranném zadním izolátu a zadním cingulačním gyrusu a precuneu (Obrázek 3, Tabulka 2). Analýza mezi skupinami však odhalila, že kódování předvídavé odměny závisí na obezitě. Reakce na všechny potraviny (chutný a nevýrazný) byly vyšší u obézních než u jedinců s normální hmotností v levém amygdale, hippocampu, zadní cingulující kůře a fusiformním gyrusu a také v pravé somatosenzorické kůře. Reakce však byly nižší u obézních než u jedinců s normální hmotností v levém horním čelním gyru. Tabulka 3 uvádí shrnutí těchto aktivačních ložisek.
Obrázek 3. Oblasti mozku vykazující zvýšenou reakci na chutný a nevýrazný jídelníček u všech subjektů.
Chutné potraviny zvýšily aktivitu v přední (ACC) a zadní cingulární kůře (PCC), mediální prefrontální kůře (mPFC), v pravém kaudátovém jádru (CAUD) a v bilaterální insule (INS). Data jsou vynesena na p <005, nekorigovaná pro vizuální kontrolu.
dva: 10.1371 / journal.pone.0031089.g003
Tabulka 2. Oblasti mozku vykazující zvýšenou reakci na chutné versus nevýrazné potraviny u všech subjektů, p <05 (korigováno FDR).
dva: 10.1371 / journal.pone.0031089.t002
Tabulka 3. Rozdíly v mozkových reakcích na všechny (chutné a nevýrazné) obrázky potravin mezi skupinami (obézní vs. normální váha a normální váha vs. obézní), p <005 (unc.).
dva: 10.1371 / journal.pone.0031089.t003
Dále jsme se ptali, zda obézní jedinci projeví větší funkční odezvy konkrétně na chutná jídla než na nevýrazná jídla. Za tímto účelem jsme použili interakční analýzu mezi skupinou (obézní, normální váha) a typem jídla (chutný, nevýrazný). V souladu s predikcí, že obezita bude spojena s hyperaktivitou v okruhu odměňování, byla reakce na chutný a nevýrazný jídelníček v pravém jádru kaudátu větší u obézních než u jedinců s normální hmotností (Obrázek 4a, Tabulka 4). Oproti tomu obézní jedinci měli menší funkční odezvy na chutný versus nevýrazný jídelníček, než tomu bylo u jedinců s normální hmotností na levém ostrově, postranním čelním kortexu, vynikajícím parietálním labule, pravém orbitofrontálním kortexu a vynikajícím časném gyru (Obrázek 4b, Tabulka 4). Zdálo se tedy, že obézní jedinci mají nerovnováhu v regionálních funkčních odpovědích s očekávanou odměnou za jídlo: větší odezvy v jádru caudate a menší odezvy v několika frontálních kortikálních oblastech
Obrázek 4. Diferenciální odpovědi BOLD na chutný a nevýrazný jídelníček u zdravých jedinců a obézních jedinců v jádře kaudátu a na předním ostrově.
Mozkové reakce na chutné vs. nevýrazné potraviny byly větší v hlavě pravého caudate nucleus (CAUD) obézních pacientů, zatímco reakce na chutné vs. nevýrazné potraviny byly větší v pravé přední části (INS) jedinců s normální hmotností . Data jsou vynesena na p <005, nekorigovaná pro vizuální kontrolu.
dva: 10.1371 / journal.pone.0031089.g004
Tabulka 4. Rozdíly v mozkových reakcích na chutné versus jemné pokrmy (obézní vs. normální váha a normální váha vs. obézní), p <005 (unc.).
dva: 10.1371 / journal.pone.0031089.t004
Nakonec prozkoumejte, zda tonická hyperaktivita jádra kaudátu pozorovaná v [18F] FDG PET skenování by předpovědělo abnormální předběžnou odměnu za fMRI, nejprve jsme extrahovali subjektivní hodnoty GMR v jádru kaudátu z parametrických snímků GMR. Dále jsme tyto hodnoty použili jako regresor v modelu druhé úrovně porovnávajícím BOLD odpovědi na chutný versus nevýrazné jídlo u fMRI. Tato analýza ukázala, že zvýšený metabolismus glukózy v jádře kaudátu předpovídal menší odezvy na chutný a nevýrazný jídelníček specificky v pravém postranním čelním kortexu (Obrázek 5). Toto zjištění je v souladu s nedostatečnou inhibiční kontrolou subkortikálních systémů odměňování frontální kůrou.
Obrázek 5. Vysoká rychlost metabolismu glukózy (GMR, umol / 100 g * min) v jádru caudate během skenování 2- [18F] FDG PET byla v experimentu fMRI negativně spojena s odpověďmi na chuť k jídlu oproti nevýrazným potravinám v pravé laterální frontální kůře (LFC).
Panel A ukazuje oblast, kde byl pozorován rozdíl, panel B ukazuje rozptyl odpovědí GMR a BOLD.
dva: 10.1371 / journal.pone.0031089.g005
Psychofyziologické interakce
Poté, co jsme našli důkazy o ústřední roli caudate nucleus při zprostředkování abnormální očekávané odměny u obezity, jsme se dále zeptali, zda má tato oblast mozku abnormální funkční souvislost související s úkolem s dalšími klíčovými oblastmi mozku, jako jsou oblasti limbického systému. To znamená, že jsme se zeptali, které oblasti mozku by byly ústřední při modulaci aktivity očekávané odměny v jádru caudate při pohledu na chutné versus nevýrazné potraviny. Použili jsme psychofyziologické interakce k určení funkční konektivity kaudátového jádra pomocí voxelu s nejvyšším rozdílem v metabolismu glukózy v datech PET jako středu oblasti semen. Zjistili jsme, že obézní subjekty vykazují významně silnější propojení mezi jádrem pravé caudate a pravou bazolaterální amygdalou (X = 33, Y = −5, Z = −16, T = 3.92, p <005, unc.), Primární somatosenzorickou kůru (X = 39, Y = -13, Z = 32, T = 3.63, p <005, unc.) A zadní ostrov (X = 30, Y = 14, Z = 18, T = 3.47, p <005, unc.) .) než subjekty s normální hmotností (Obrázek 6).
Obrázek 6. Efektivní připojení.
Při pohledu na chutné a nevýrazné potraviny byla účinná souvislost mezi jádrem pravé caudate a pravou amygdalou (AMY), ostrovem insula (INS) a somatosenzorickou kůrou (SSC) větší u obézních než u subjektů s normální hmotností. Data jsou vynesena na p <005, nekorigovaná pro vizuální kontrolu.
dva: 10.1371 / journal.pone.0031089.g006
Diskuse
Tato studie odhaluje specifické způsoby, kterými obezita modifikuje citlivost a funkční spojení obvodu odměny v mozku.. Výsledky konkrétně zdůrazňují ústřední roli jádra dorzální caudate, regionu podporujícího obvyklé učení a motivační motivaci, při integraci různých nervových vstupů do procesu předvídatelné potravinové odměny. Během hyperinzulinémie dosažené pomocí hyperinzulinemické euglykemické svorky mělo dorzální kaudátové jádro vyšší bazální metabolismus glukózy u obézních subjektů než u subjektů s normální hmotností. Experiment fMRI ukázal, že ačkoliv obézní subjekty a subjekty s normální hmotností podávaly podobné zprávy o příjemnosti potravinových stimulů, stimuly vyvolaly rozdílné vzorce aktivace mozku a změny konektivity napříč oběma skupinami. Když byly chutné a nevýrazné potraviny vzájemně porovnány, caudátové jádro vykazovalo větší odezvu u obézních subjektů. Naproti tomu obézní subjekty v reakci na chutné jídlo neaktivovaly kortikální inhibiční oblasti, jako jsou dorsolaterální a orbitofrontální kůry; tento jev také významně koreloval s vyšším bazálním metabolismem glukózy v dorzálním kaudátovém jádru. A konečně, stejná oblast dorzálního kaudátového jádra, která vykazovala zvýšený metabolismus glukózy u obézních oproti účastníkům s normální hmotností, také vykazovala zvýšenou konektivitu s amygdalou a zadní ostrovní u obézních jedinců, zatímco sledovali chutné versus nevýrazné potraviny. Důležité je, že tyto účinky byly pozorovány za podmínek, kdy účastníci záměrně nevěnovali pozornost obsahu stimulačních obrázků. Výsledky tedy naznačují, že implicitní zpracování odměn vizuálních podnětů pro stravování je modulováno obezitou, což může vysvětlovat, proč mají obézní jedinci problémy s omezováním stravování při sledování vysoce kalorických potravin. Musíme nicméně poznamenat, že je možné, že účastníci mohli být do určité míry zapojeni do explicitního zpracování odměn, i když úkol v chování byl nezávislý na hodnotě odměny potravinových obrázků. V souladu s tím je třeba v budoucích studiích zjistit, zda se mohou obézní jedinci a jedinci s normální hmotností lišit, pokud jde o implicitní versus explicitní zpracování odměn.
Regionální rozdíly v Caudate Nucleus
Dorsální caudátové jádro bylo zapojeno do obvyklého učení, motivace a kondicionování stimulačních reakcí a zobrazovací studie na lidech naznačují, že přispívá k různým funkcím souvisejícím se signalizací odměn a závislostmi.. Pacienti se závislostí na drogách vykazují nižší výchozí hodnotu D2 receptor (D2R) hustota ve striatu a otupené uvolňování dopaminu po podání zneužívaného léčiva [40]. Konzumace potravy je také spojena s uvolňováním dopaminu v dorzálním striatu u zdravých jedinců a množství uvolněného dopaminu je pozitivně korelováno s hodnocením příjemnosti jídla [12]. V experimentech s fMRI byla aktivace jádra kaudátu spojena s touhou po specifických potravinách [8], a bylo zjištěno, že obézní jedinci vykazují zvýšené striatální odpovědi na obrázky potravin [10]. Obézní jedinci také snížili základní striatální D2Hustota R a bylo navrženo, že to může odrážet downregulaci, která kompenzuje časté přechodné zvýšení dopaminu v důsledku neustálého nadhodnocování odměnového okruhu užíváním drog nebo jídlem [11].
Pomocí hyperinzulinemické svorky jsme simulovali situaci, kdy je tělo v saturovaném stavu, pokud jde o inzulínovou signalizaci. Ačkoli tento přístup neimuluje úplně fyziologickou sytost kvůli nedostatku orosensorické stimulace a uvolňování hormonů ze střeva, ukázalo se, že intravenózní glukóza pod kontrolou placeba zvyšuje hormonální markery sytosti. [41] a dopaminergní aktivita v okruhu odměňování u mužů [42]. Zjistili jsme, že dorzální striatum obézních jedinců zůstává hyperaktivní ve srovnání s jedinci s normální hmotností během hyperinzulinemické svorky. Protože upínání udržuje stabilní hladinu glukózy v krvi, zvýšený metabolismus glukózy u obézních subjektů během upnutí naznačuje, že jádro obézních jedinců může přispívat k touze po jídle, i když se koncentrace glukózy v krvi nemůže snížit. Navíc díky své účasti na implicitním učení a tvorbě návyků může kaudát přispívat ke zpracování jak implicitních (periferních), tak explicitních (vizuálních, orosensorických) signálů sytosti. Tyto signály by mohly následně vést k přejídání, i když by tělo nevyžadovalo další příjem energie.
Bylo zjištěno, že u obézních jedinců, D2Dostupnost R ve striatu je negativně spojena s frontokortikálním metabolismem glukózy [43]. Naše kombinovaná data PET-fMRI paralelně s těmito nálezy. Když byl metabolismus glukózy v jádru kaudátu použit jako regresor pro modelování funkčních odpovědí na chuť k jídlu oproti nevýrazným potravinám u fMRI, zjistili jsme významnou negativní asociaci s metabolismem glukózy v jádru kaudátu a prefrontální BOLD odpovědi (Obrázek 5). V důsledku toho by selhání zapojení prefrontálních mechanismů přispívajících k inhibiční kontrole a přiřazení výběžků mohlo podpořit přejídání snížením prahové hodnoty pro signalizaci odměny vyvolané potravinami v jádru kaudátu. Je však třeba také poznamenat, že některé předchozí studie [19] zaznamenali zvýšenou frontální odpověď na obrázky potravin u obézních osob s normální hmotností. Je pravděpodobné, že tyto nesrovnalosti napříč studiemi odrážejí angažovanost frontální kůry v závislosti na úkolu: zatímco naše studie zahrnovala implicitní zpracování stručně prezentovaných potravinových podnětů, Rothemund a jeho kolegové používali relativně dlouhou stimulační prezentaci s pamětí. Je tedy možné, že obézní jedinci nemusí aktivovat kognitivní kontrolní obvody, zejména pokud výslovně nezpracovávají potraviny, které sledují. To naznačuje, že i „neviditelné“ nebo bezobslužné obrázky potravin v různých reklamách by mohly vyvolat silné touhy po jídle u obézních jedinců.
Efektivní propojení Caudate Nucleus a Amygdala
Amygdala se účastní raných fází zpracování odměn [44], a ukazuje konzistentní reakce na vizuální prezentace potravin [6], [22]. Jednotlivé rozdíly v obou odměnách [21] a tělesnou hmotnost [10] je známo, že ovlivňují reakce amygdaly na vizuální prezentace potravin. V této studii jsme také zjistili, že amygdala reakce na potraviny byly zvýšené u obézních jedinců. Navíc, když byly zkontrolovány účinné vzorce konektivity (PPI) jádra kaudátu, zjistili jsme, že u obézních jedinců byla zvýšena konektivita jádra kaudátu a ipsilaterálního amygdaly. Obecně se tyto údaje shodují s předchozími nálezy u jedinců s normální hmotností, které ukazují, že účinná konektivita mezi amygdalou a stratou je ovlivněna individuálními rozdíly v údaji o vlastní stravě při pohledu na jídlo („vnější citlivost na potraviny“) [22]. Přesto, zatímco předchozí studie zjistily, že zejména ventrální striatum je zapojeno do očekávání odměny [21] a že spojení mezi ventrálním striatem (nucleus accumbens) a amygdalou je ovlivněno vnější citlivostí na jídlo [22], zjistili jsme, že obezita ovlivňuje spojení mezi amygdalou a více hřbetními částmi jádra caudate. Důkazy týkající se role dorzálního striatu při zpracování odměn jsou dosti smíšené, některé studie ho spojují s předvídáním zpracování [45] a další na konzumaci [46] odměny. Úloha dorzálního striatu v kódování asociací akce a výsledku pro potenciální odměny je však mnohem lépe zavedena [47], [48]. Proto navrhujeme, aby opakované expozice chutným potravinám v obezitě vedly k silným asociacím a preferencím reakce na potravinové stimuly a odměny a implicitně prováděné vyhodnocení výsledků týkající se potenciálních výhod u obézních jedinců tak modulovalo vzájemnou propojenost mezi amygdalou a dorzálním striatem při pohledu na potraviny.
Interpretace významného PPI spočívá v tom, že dochází k diferenciálnímu zapojení anatomických souvislostí jako funkce psychologického kontextu. Ačkoli PPI nelze použít k odhalení, zda taková spojení existují, je pravděpodobné, že pozorované PPI odrážejí změny v zapojení přímých anatomických spojení mezi semenem a cílovými oblastmi, protože taková přímá anatomická spojení mezi striatem a amygdalou jsou podporována. sledováním studií na jiných primátech [49], [50]. Nicméně PPI nelze použít k odvození směrovosti pozorované konektivity, proto nelze říci, zda i) zvýšený metabolismus glukózy v jádru caudate zvyšuje konektivitu mezi jádrem caudate a amygdaly nebo ii) zvýšené vstupy z amygdaly zvyšují metabolismus glukózy v jádru caudate.
Amygdala neurony usnadňují hledání odměny prostřednictvím svých projekcí do striata [44]. Stimulace μ-opioidních receptorů ve striatu vyvolává přejídání, ale to může být blokováno inaktivací amygdaly [51], [52]. V důsledku toho může zvýšená amygdalo-striatální konektivita vést k tonickým zvýšením aktivity jádra kaudátu, což by mohl být kritický mechanismus vysvětlující přejídání u obezity. Dohromady se amygdala může podílet na očekávané potravinové odměně přidělením emocionální valence apetizujícím jídelníčkům a ovlivněním naučených a nutkavých stravovacích návyků zvýšenou propojitelností s jádrem hřbetního caudátu.
Efektivní propojení Caudate Nucleus a Insula
Analýzy PPI odhalily, že vzájemná propojenost mezi dorzálním striatem a zadní insulací byla u obézních versus normální váhy zvýšená, zatímco regionální odpovědi na chutný a nevýrazný jídelní lístek v předních ostrovech byly u obézních subjektů menší. Přední insula integruje autonomní a viscerální signály do motivačních a emocionálních funkcí, zatímco zadní insula je považována za základ somatosenzorické, vestibulární a motorické integrace, jakož i sledování tělesných stavů. [53]. Nedávné práce také poukazují na to, že somatosenzorická signalizace na ostrově může významně přispět k závislosti, zejména s naléhavostí konzumovat drogu zneužívání (viz přehled v odkazu 2). [53]). Předchozí studie PET a fMRI spojily ostrov s zpracováním příjemnosti externích potravinových tág [8], [9], [46], ale periferní signály, jako je leptin, také ovlivňují ostrovní reakci na vidění potravin. U dospělých s nedostatkem leptinu jsou ostrovní odezvy na chutná jídla větší během nedostatku leptinu než během náhrady leptinu. [54]. Navíc u obézních jedinců s nedostatkem leptinu tlumení leptinu tlumí ostrovní reakce na prohlížení chutných potravin [55]. Protože insula zpracovává jak interní (tj. Hormonální), tak vnější (tj. Vizuální) narážky související s potravinami [56], narušení této integrace vnitřních a vnějších podnětů může způsobit obézním subjektům větší náchylnost k přejídání při pohledu na jídlo kvůli zvýšené konektivitě od izolátu a dorzálního striatu. Protože zadní ostrov je zapojen do sledování tělesných stavů, může zvýšená konektivita mezi zadním ostrovcem a jádrem dorzálního caudátu znamenat, že vzpomínané reprezentace postprandiálních somatických stavů ostrovnicí mohou potenciálně posílit stravovací chování prostřednictvím motivačního učení podřízeného jádrem dorzálního caudátu. [18]. V souladu s touto představou, jádro caudate také ukázalo vyšší konektivitu spojenou se somatosenzorickou kůrou v obezitě, což potvrzuje, že pouhé vizuální narážky na potraviny mohou vyvolat somatické pocity spojené s jídlem. Tyto pocity mohou dále podporovat krmení, i když neexistují fyziologické hladové signály [15]. Je však třeba poznamenat, že některé předchozí studie zjistily zvýšené přední ostrovní odpovědi na očekávané a konzumní odměny spojené s jídlem u obézních, nikoli u štíhlých jedinců. [10], [57]. Ačkoli nemáme jasné vysvětlení těchto rozporuplných zjištění, je možné, že mohou odrážet rozdíly v populacích obézních subjektů zapojených do studií, jako je historie stravování a návyky, jakož i genetické a hormonální faktory.
Omezení a budoucí směry
Jedno zřejmé omezení předkládané studie bylo, že navzdory velké velikosti vzorku (n = 35) nebyla porovnání mezi skupinami pro údaje fMRI významná, když byla opravena pro vícenásobná srovnání. Ačkoli mezi predikčními regiony byly pozorovány rozdíly mezi skupinami, při interpretaci nálezů by měla být zajištěna určitá opatrnost. Dále je třeba zdůraznit, že jsme nebyli schopni přesně vymezit přesný psychologický mechanismus, který u obézních jedinců vede ke zvýšeným mozkovým odpovědím na obrázky potravin. Přestože jsme získali hodnocení vnímané příjemnosti („laskavosti“) potravin, u obézních jedinců a jedinců s normální hmotností to bylo podobné. V důsledku toho je nepravděpodobné, že by zvýšená chuť chutných potravin při obezitě přispívala k rozdílům v mozkových reakcích. Mohlo by se však spekulovat, že touha po jídle, spíše než chuť, by mohla být klíčovým faktorem, který v obezitě moduluje mozkové reakce na obrázky potravin. Na podporu této hypotézy bylo prokázáno, že ačkoli obézní jedinci a lidé s normální hmotností mají podobné jídlo, u obézních jedinců je chuť na jídlo vyvolaná stresem mnohem vyšší [58]. V budoucích funkčních zobrazovacích studiích by proto bylo nezbytné oddělit „chuťové“ a „oblíbené“ reakce na potraviny u obézních osob s normální hmotností. Dále, vzhledem k tomu, že touhy po reakci jsou zprostředkovány dopaminergním spojením odměnového okruhu, [24], bylo by nezbytně nutné provést kombinované studie neurotransmiter-PET-fMRI, ve kterých by se dalo otestovat, zda například dostupnost striatálního dopaminu u obézních vs. štíhlých jedinců předpovídá reakce okruhu odměn na vnější stimulaci potravinami.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Ukazujeme, že obezita je spojena se zvýšeným metabolismem glukózy v jádře kaudátu, stejně jako se změnou regionálních odpovědí a změnou konektivity odměnového okruhu, když vidíme chutný versus nevýrazné jídlo. Tato data souběžně se zjištěními o změně funkce mozku u návykových poruch a podporují názor, že obezita může sdílet neurální substrát se závislostmi [2], [59]. Konkrétně, zvýšená citlivost na vnější potravinové podněty u obezity může zahrnovat abnormální stimulaci-učení učení a motivační motivaci podřízenou dorzálním caudate jádrem, což může být zase způsobeno abnormálně vysokým vstupem z amygdaly a zadního izolátu a dysfunkční inhibiční kontrolou frontálním kortikální regiony. Tyto funkční změny v citlivosti a propojitelnosti systému odměňování a kognitivních řídicích systémů by mohly být kritickým mechanismem, který vysvětluje přejídání u obezityy.
Studie byla provedena v rámci finského centra excelence v molekulárním zobrazování v kardiovaskulárním a metabolickém výzkumu, podporovaném Finskou akademií, Univerzitou v Turku, Univerzitní nemocnicí v Turku a Univerzitou v Akbo. Děkujeme radiografům střediska Turku PET Center za pomoc při získávání dat a také našim účastníkům za umožnění této studie.
Koncipované a navržené experimenty: LN JH PN. Provedené experimenty: LN JH JCH HI MML PS. Analyzovaná data: LN JH JCH HI. Napsal článek: LN JH PN.
Reference
WHO (2000) Obezita: prevence a řízení globální epidemie. Zpráva o konzultaci WHO. World Health Organ Tech Rep Ser 894: i – xii, 1 – 253. Najít tento článek online
Volkow ND, Wise RA (2005) Jak nám drogová závislost pomůže pochopit obezitu? Nature Neuroscience 8: 555 – 560. Najít tento článek online
Berridge KC (1996) Odměna za jídlo: Mozkové substráty, které chtějí a mají rádi. Recenze neurovědy a biologického chování 20: 1 – 25. Najít tento článek online
Ikemoto S, Panksepp J (1999) Role jádra accumbens dopaminu v motivovaném chování: sjednocující interpretace se zvláštním odkazem na hledání odměn. Recenze mozku 31: 6 – 41. Najít tento článek online
Kelley AE (2004) Ventrální striatální kontrola motivace chuti k jídlu: Úloha při požití a učení související s odměnou. Recenze neurovědy a biologického chování 27: 765 – 776. Najít tento článek online
Killgore WDS, Young AD, Femia LA, Bogorodzki P, Rogowska J, et al. (2003) Kortikální a limbická aktivace během sledování potravin s nízkým obsahem kalorií. NeuroImage 19: 1381 – 1394. Najít tento článek online
LaBar KS, Gitelman DR, Parrish TB, Kim YH, Nobre AC, et al. (2001) Hunger selektivně moduluje kortikolimbickou aktivaci na potravní podněty u lidí. Behaviorální neurovědy 115: 493 – 500. Najít tento článek online
Pelchat ML, Johnson A, Chan R, Valdez J, Ragland JD (2004) Obrázky touhy: aktivace touhy po jídle během fMRI. NeuroImage 23: 1486 – 1493. Najít tento článek online
Wang GJ, Volkow ND, Telang F, Jayne M, Ma J, et al. (2004) Expozice chutným potravinovým stimulacím výrazně aktivuje lidský mozek. Neuroimage 21: 1790 – 1797. Najít tento článek online
Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW Iii, Twieg DB, Knowlton RC, et al. (2008) Rozsáhlá aktivace systému odměňování obézních žen v reakci na obrázky potravin s vysokým obsahem kalorií. NeuroImage 41: 636 – 647. Najít tento článek online
Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, et al. (2001) Dopamin mozku a obezita. Lancet 357: 354 – 357. Najít tento článek online
Malý DM, Jones-Gotman M., Dagher A. (2003) Krmení vyvolané uvolňování dopaminu v dorzálním striatu koreluje s hodnocením příjemnosti jídla u zdravých lidských dobrovolníků. NeuroImage 19: 1709 – 1715. Najít tento článek online
Kelley AE, Berridge KC (2002) Neurověda o přirozených odměnách: Relevance návykových drog. Journal of Neuroscience 22: 3306 – 3311. Najít tento článek online
Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Telang F (2008) Překrývající se neuronové obvody v závislosti a obezitě: důkaz systémové patologie. Filozofické transakce královské společnosti B-Biologické vědy 363: 3191 – 3200. Najít tento článek online
Cornell CE, Rodin J, Weingarten H (1989) Stimulem vyvolané stravování při nasycení. Physiol Behav 45: Najít tento článek online
Koob GF, Volkow ND (2010) Neurocircuitry of Addiction. Neuropsychofarmakologie 35: 217 – 238. Najít tento článek online
Volkow ND, Wang GJ, Telang F, Fowler JS, Thanos PK, et al. (2008) Nízko dopaminové striatální D2 receptory jsou spojovány s prefrontálním metabolismem u obézních subjektů: Možné přispívající faktory. NeuroImage 42: 1537 – 1543. Najít tento článek online
Verdejo-Garcia A, Bechara A (2009) Teorie závislosti somatických markerů. Neurofarmakologie 56: 48 – 62. Najít tento článek online
Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, et al. (2007) Diferenciální aktivace dorzálního striatu pomocí vysoce kalorických vizuálních potravinových stimulů u obézních jedinců. NeuroImage 37: 410 – 421. Najít tento článek online
Franken IHA, Muris P (2005) Individuální rozdíly v citlivosti na odměny souvisí s touhou po jídle a relativní tělesnou hmotností u zdravých žen. Chuť k jídlu 45: 198 – 201. Najít tento článek online
Beaver JB, Lawrence AD, van Ditzhuijzen J., Davis MH, Woods A, et al. (2006) Individuální rozdíly v odměňování vedou k predikci nervových odpovědí na obrázky potravin. Journal of Neuroscience 26: 5160 – 5166. Najít tento článek online
Passamonti L, Rowe JB, Schwarzbauer C, Ewbank MP, von dem Hagen E, et al. (2009) Osobnost předpovídá reakci mozku na sledování chutných potravin: Neurální základ rizikového faktoru přejídání. J Neurosci 29: 43–51. Najít tento článek online
Dagher A (2009) Neurobiologie chuti k jídlu: hlad jako závislost. Mezinárodní žurnál obezity 33: S30 – S33. Najít tento článek online
Berridge KC, Ho CY, Richard JM, DiFeliceantonio AG (2010) Pokušení mozek jí: Okruhy potěšení a touhy při obezitě a poruchách příjmu potravy. Výzkum mozku 1350: 43 – 64. Najít tento článek online
Stoeckel LE, Kim J, Weller RE, Cox JE, Cook EW Iii, a kol. (2009) Efektivní propojení sítě odměn u obézních žen. Výzkumný bulletin mozku 79: 388 – 395. Najít tento článek online
Sokoloff L (1999) Energetika funkční aktivace v nervových tkáních. Neurochemický výzkum 24: 321 – 329. Najít tento článek online
DeFronzo RA, Tobin JD, Andres R. (1979) Technika glukózové svorky: metoda pro kvantifikaci sekrece inzulínu a rezistence. AmJPhysiol 237: E214 – E223. Najít tento článek online
Bradley MM, Lang PJ (1994) Measuring emotion - The Self-Assessment Mannequin and sémantický diferenciál. Journal of Behavior Therapy and Experimental Psychiatry 25: 49–59. Najít tento článek online
Kaisti KK, Langsjo JW, Aalto S, Oikonen V, Sipila H, et al. (2003) Účinky sevofluranu, propofolu a doplňkového oxidu dusného na regionální průtok krve mozkem, spotřebu kyslíku a objem krve u lidí. Anesteziologie 99: 603 – 613. Najít tento článek online
Kaisti KK, Metsahonkala L, Teras M, Oikonen V, Aalto S, et al. (2002) Účinky chirurgických hladin propofolu a sevofluranu v anestezii na mozkový průtok krve u zdravých jedinců studovaných s pozitronovou emisní tomografií. Anesteziologie 96: 1358 – 1370. Najít tento článek online
Hamacher K, Coenen HH, Stocklin G (1986) Efektivní stereospecifická syntéza 2- [F-18] -fluor-2-deoxy-D-glukózy bez přidání nosiče pomocí nukleofilní substituce s aminopolyetherem. Journal of Nuclear Medicine 27: 235 – 238. Najít tento článek online
Graham MM, Muzi M, Spence AM, O'Sullivan F, Lewellen TK a kol. (2002) FDG shlukla konstantu v normálním lidském mozku. Journal of Nuclear Medicine 43: 1157 – 1166. Najít tento článek online
Maldjian JA, Laurienti PJ, Kraft RA, Burdette JH (2003) Automatizovaná metoda pro neuroanatomické a cytoarchitektonické dotazování souborů dat fMRI na atlasu. Neuroimage 19: 1233 – 1239. Najít tento článek online
Tzourio-Mazoyer N, Landeau B, Papathanassiou D, Crivello F, Etard O, et al. (2002) Automatické anatomické značení aktivací v SPM pomocí makroskopické anatomické parcellace mozku jediného subjektu MNI MRI. Neuroimage 15: 273 – 289. Najít tento článek online
Amaro E, Barker GJ (2006) Návrh studie v MRI: Základní principy. Mozek a poznání 60: 220 – 232. Najít tento článek online
Friston KJ, Buechel C, Fink GR, Morris J, Rolls E, et al. (1997) Psychofyziologické a modulační interakce v neuroimagingu. NeuroImage 6: 218 – 229. Najít tento článek online
Passamonti L, Rowe JB, Ewbank M, Hampshire A, Keane J, et al. (2008) Konektivita z ventrálního předního cingulátu k amygdale je modulována choulostivou motivací v reakci na obličejové signály agrese. NeuroImage 43: 562 – 570. Najít tento článek online
Kriegeskorte N, Simmons WK, Bellgowan PSF, Baker CI (2009) Kruhová analýza v neurovědách systémů: nebezpečí dvojitého ponoření. Nature Neuroscience 12: 535 – 540. Najít tento článek online
Gitelman DR, Penny WD, Ashburner J, Friston KJ (2003) Modelování regionálních a psychofyziologických interakcí v fMRI: význam hemodynamické dekonvoluce. NeuroImage 19: 200 – 207. Najít tento článek online
Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ, Swanson JM (2004) Dopamin ve zneužívání a závislosti na drogách: výsledky zobrazovacích studií a důsledky léčby. Molekulární psychiatrie 9: 557 – 569. Najít tento článek online
Haltia LT, Savontaus E, Vahlberg T, Rinne JO, Kaasinen V (2010) Akutní hormonální změny po intravenózním podání glukózy u štíhlých a obézních lidských subjektů. Scandinavian Journal of Clinical & Laboratory Investigation 70: 275–280. Najít tento článek online
Haltia LT, Rinne JO, Merisaari H, Maguire RP, Savontaus E, et al. (2007) Účinky intravenózní glukózy na dopaminergní funkci v lidském mozku in vivo. Synapse 61: 748 – 756. Najít tento článek online
Volkow ND, Wang GJ, Telang F, Fowler JS, Thanos PK, et al. (2008) Nízko dopaminové striatální D2 receptory jsou spojovány s prefrontálním metabolismem u obézních subjektů: Možné přispívající faktory. NeuroImage 42: 1537 – 1543. Najít tento článek online
Ambroggi F, Ishikawa A, Fields HL, Nicola SM (2008) Basolaterální amygdala neurony usnadňují chování při hledání odměny vzrušením neuronů accumbens. Neuron 59: 648 – 661. Najít tento článek online
Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Logan J, Jayne M., a kol. (2002) „Nonhedonická“ motivace jídla u lidí zahrnuje dopamin v dorzálním striatu a methylfenidát tento účinek zesiluje. Synapse 44: 175 – 180. Najít tento článek online
Malý DM, Zatorre RJ, Dagher A, Evans AC, Jones-Gotman M. (2001) Změny v mozkové aktivitě spojené s konzumací čokolády - Od potěšení k averzi. Mozek 124: 1720–1733. Najít tento článek online
O'Doherty J, Dayan P, Schultz J, Deichmann R, Friston K a kol. (2004) Oddělitelné role ventrálního a dorzálního striatu v instrumentální kondici. Science 304: 452 – 454. Najít tento článek online
Balleine BW, Delgado MR, Hikosaka O (2007) Úloha dorzálního striatu v odměňování a rozhodování. Journal of Neuroscience 27: 8161 – 8165. Najít tento článek online
Russchen FT, Bakst I, Amaral DG, Cena JL (1985) Amygdalostriatální projekce u opice - anterográdní sledovací studie. Brain Research 329: 241–257. Najít tento článek online
Friedman DP, Aggleton JP, Saunders RC (2002) Porovnání hippocampálních, amygdala a peririnálních projekcí s nucleus accumbens: Kombinovaná anterográdní a retrográdní sledovací studie v mozku makaka. Žurnál srovnávací neurologie 450: 345 – 365. Najít tento článek online
Will MJ, Franzblau EB, Kelley AE (2004) Amygdala je kritická pro opioidem zprostředkované přejídání tuků. NeuroReport 15: 1857 – 1860. Najít tento článek online
Baldo BA, Alsene KM, Negron A, Kelley AE (2005) Hyperfágie indukovaná GABAA receptorem zprostředkovanou inhibicí jádra accumbens shell: Závislost na neporušeném nervovém výstupu z centrální amygdaloidní oblasti. Behaviorální neurovědy 119: 1195 – 1206. Najít tento článek online
Naqvi NH, Bechara A (2009) Skrytý ostrov závislosti: ostrovní ostrov. Trendy v neurovědách 32: 56 – 67. Najít tento článek online
Baicy K, London ED, Monterosso J, Wong ML, Delibasi T, et al. (2007) Leptinová náhrada mění mozkovou reakci na potravinové podněty u geneticky dospělých jedinců s nedostatkem leptinu. Sborník Národní akademie věd 104: 18276 – 18279. Najít tento článek online
Rosenbaum M, Sy M, Pavlovich K, Leibel RL, Hirsch J (2008) Leptin zvrací změny hmotnosti vyvolané úbytkem hmotnosti v regionálních reakcích nervové aktivity na vizuální potravinové podněty. Žurnál klinického výzkumu 118: 2583 – 2591. Najít tento článek online
Cornier MA, Salzberg AK, Endly DC, Bessesen DH, Rojas DC, et al. (2009) Účinky předávkování na neuronální odezvu na vizuální potravinové podněty u jedinců s tenkým a obézním. PLoS ONE 4: e6310. Najít tento článek online
Stice E, Spoor S, Bohon C, Veldhuizen MG, Small DM (2008) Vztah odměny od příjmu potravy a předpokládaného příjmu potravy k obezitě: Studie funkční magnetické rezonance. Žurnál abnormální psychologie 117: 924 – 935. Najít tento článek online
Lemmens SG, Rutters F, Born JM, Westerterp-Plantenga MS (v tisku) Stres zvyšuje „nedostatek“ jídla a příjem energie u pacientů s viscerální nadváhou bez hladu. Fyziologie a chování v tisku, opravený důkaz.
Nathan PJ, Bullmore ET (2009) Od hedoniky chuti k motivačnímu pohonu: centrální mu-opioidní receptory a chování při přejídání. International Journal of Neuropsychopharmacology 12: 995 – 1008. Najít tento článek online
;
