Brain Res Bull. 2009 Aug 14;79(6):388-95. doi: 10.1016/j.brainresbull.2009.05.016.
Stoeckel LE1, Kim J, Weller RE, Cox JE, Cook EW 3rd, Horwitz B.
abstrakta
Troigita reaktiveco al manĝaĵaj sugestoj ĉe obesaj virinoj ŝajnas esti parte mediaciita per hiperaktiva rekompenca sistemo, kiu inkluzivas la kernon acumbens, amigdala, kaj orbitofrontan kortekson. La aktuala studo uzis funkcian magnetan resonan bildadon (fMRI) por esplori, ĉu diferencoj inter 12 obesaj kaj 12 normal-pezaj virinoj en rekompenco-rilata cerba aktivado en respondo al manĝaĵaj bildoj povas esti klarigitaj per ŝanĝoj en la funkciaj interagoj inter ŝlosilaj rekompencaj regionoj.
Analizo de du-paŝa vojo / Ĝenerala Lineara Modela alproksimiĝo estis uzata por testi ĉu ekzistis grupaj diferencoj en retkonektoj inter kerno accumbens, amigdala, kaj orbitofrontala kortekso en respondo al altaj kaj malalt-kaloriaj manĝaj bildoj. Ekzistis eksternorma konektebleco en la obesa grupo en respondo al ambaŭ altkreskaj manĝaj kalorioj, kompare al normal-pezaj kontroloj.
Kompare kun kontroloj, la grasega grupo havis relativan mankon en la modula aktivado de la amigdalo en ambaŭ orbitofronta korto kaj kerno accumbens, sed troa influo de la modula aktivado de orbitofronta kortekso en kerno accumbens. La mankaj projekcioj de la amigdalo povus rilati al suboptima modulado de la afekciaj / emociaj aspektoj de rekompenca valoro de manĝaĵo aŭ la motiviga elstaraĵo de rilata signalvorto, dum pliigita orbitofronta korto al kerno accumbens-konektebleco povus kontribui al pliigita veturado manĝi responde al manĝaĵo. signalvorto.
Tiel eblas, ke ne nur pli granda aktivigo de la rekompenca sistemo, sed ankaŭ diferencoj en interagado de regionoj en ĉi tiu reto povas kontribui al la relative pliigita motiva valoro de manĝaĵoj en obesaj individuoj.
La etiologio de obezeco ŝajnas esti parte klarigita per troigita reaktiveco al kaŝoj asociitaj kun nutraĵoj, precipe al altaj grasaj, energiaj densaj manĝaĵoj (ekz., [12]). La me mechanismanismo por plialtiĝanta motiviga farto de ĉi tiuj stimuloj ĉe obesaj homoj povas esti hiperaktiva rekompenca sistemo, kiu inkluzivas la kernon accumbens / ventral striatum (NAc), amigdala (AMYG), kaj orbitofrontan kortekson (OFC). Antaŭa funkcia magneta resonanca bildigo (fMRI) studo trovis pliigitan aktivadon de ĉi tiuj regionoj en respondo al alt-kaloriaj manĝaj bildoj en obesoj kompare al normal-pezaj individuoj ([77]; Figo. 1). Aliaj studoj eksponantaj obesajn individuojn aŭ tiujn kun pli altaj IMC al manĝaj stimuloj ankaŭ trovis eksternormajn mastrojn de aktivigo en ĉi tiuj regionoj ([22], [23], [28], [43], [68]), same kiel aliaj ([40], [68]). Stimuloj asociitaj kun alt-kaloriaj manĝaĵoj povas deĉenigi troan instigon por ne-homeostata manĝado de ĉi tiuj specoj de manĝaĵoj ([10], [11], [53]). Ĉi tiu troa nehejtata deziro konsumi nutraĵojn estas nomata instiga saleco aŭ "deziro" kaj ŝajnas esti plejparte reguligita per la mezokorticolimbia dopamina sistemo, kiu inkluzivas NAc, AMYG, kaj OFC (ekz., [6]).
Plej multaj homaj fMRI-studoj uzas masivan statistikan analizon al maso por distingi la funkciajn trajtojn de malsamaj makroskopaj cerbaj regionoj. Esploristoj ofte kunmetas informojn pri la funkcia specialiĝo de grupo de regionoj por klarigi kiel tiuj regionoj povus interagi por plenumi difinitan funkcion. Tamen, la solaj validaj empirie bazitaj konkludoj, kiuj povas esti tiritaj de tiaj analizoj, rilatas al la grando kaj amplekso de aktivado en difinita aro de cerbaj regionoj, ne kiel ĉi tiuj regionoj funkcie interagas. Konekteblecaj analizoj permesas al enketistoj studi kiel retoj de cerbaj regionoj interagas por plenumi kognajn kaj kondutajn funkciojn (ekz.,34]). Gravas noti, ke inferencoj de tradiciaj aktivadaj studoj ne trapasas rekte al studoj pri konektebleco. Tio estas, eble estas mezuritaj diferencoj en la grandon pri cerba aktivado inter grupoj, sed neniuj grupaj diferencoj en conectividad, kaj inverse (ekz., [52]).
Path-analizo, speco de struktura modelado de ekvacioj, estas multivarianta, hipoteze-bazita aliro aplikata al funkcia neŭroimagado por esplori direktajn rilatojn inter difinita aro de ligitaj cerbaj regionoj ([51]). Ĉi tio estas unu metodo por analizo de efika konektebleco, ĉi-kaze signifanta ŝanĝojn en aktivado de unu cerba regiono rezultantaj el ŝanĝoj en aktivado en alia regiono. Pado-modeloj estas evoluigitaj surbaze de apriora hipotezas kaj supozas kaŭzan strukturon, kie A → B signifas hipotezajn ŝanĝojn en regiono A kaŭzo ŝanĝoj en regiono B (ekz., [69]). Cerbaj regionoj en reta modelo estas tipe elektitaj surbaze de antaŭaj funkciaj neŭroimagaj studoj, kaj rilatoj inter ĉi tiuj regionoj estas kutime difinitaj surbaze de la konataj neŭroatomatikaj rilatoj, plejparte el besta literaturo, supozante homologion en cerbaj regionoj inter specioj (ekz., [69]). La taksitaj parametraj valoroj kalkulitaj uzante vojanalizon reprezentas la kvantigon de la direktaj vojoj inter regionoj en la modelo. Ĉi tiuj vojaj koeficientoj tiam povas esti uzataj por fari komparojn inter ligoj ene de subjektoj en respondo al ŝanĝoj en taskaj kondiĉoj aŭ inter subjektoj kaj grupoj en la kadro de Ĝenerala Linia Modelo (GLM) (ekz., [44], [64]).
La NAc, AMYG, kaj OFC funkcias kune kiel parto de la rekompenca sistemo. Estas fortaj anatomiaj rilatoj inter ĉi tiuj regionoj (vidu Figo. 2; AMYG → OFC: [7], [16], [30], [38], [60], [65], [71], AMYG → NAc: [30], [38], [71], kaj OFC → NAc: [7], [16], [17], [30], [38], [56], [60], [65], [71]). Kvankam estas klare, ke NAc, AMYG, kaj OFC estas pli forte aktivigitaj en obesoj kompare al normal-pezaj kontroloj dum spektado de manĝaj bildoj, precipe alt-kaloriaj manĝaj bildoj ([77]), ne certas, ĉu aktivado en ĉi tiuj regionoj rilatas al iu ofta suba procezo de rekompenco (ekz. instiga saleco aŭ instigo por alproksimiĝi kaj konsumi rekompencon) aŭ ĉu ekzistas malsamaj procezoj (ekz. hedonaj aŭ la plezura ero de rekompenco kaj / aŭ lerni) tiun konton pri ĉi tiu aktiviga aranĝo (vidu [8] por diskuto pri ĉi tiuj diversaj rekompencaj procezoj). La NAc, AMYG, kaj OFC ĉiu havas multnombrajn funkciajn proprietojn. La NAc / ventra striatum funkcias kiel interfaco inter rekompenco-rilata prilaborado, homeostataj mekanismoj, kaj motora eligo (ekz., [41]), sed eble ankaŭ kodigos rekompencan valoron ([57]). La OFC eble kodos multimodajn sensorajn reprezentadojn de manĝaĵoj kaj manĝaĵoj ([10], [11]). Kune, AMYG kaj OFC eble medias pri la asociaj procezoj, per kiuj nutraj rilataj stimuloj akiras stimulan salecon aŭ aliajn motivajn propraĵojn (ekz., [6], [31]), sed ambaŭ ankaŭ kodas hedonan valoron, AMYG per malsupre-supren kaj OFC per supraj malsupren-procezoj ([7]).
En ĉi tiu studo, ni uzis la fMRI-datumojn de Stoeckel et al. [77] kaj du-etaĝa vojanalizo plus GLM-aliro por esplori la interagojn de ŝlosilaj rekompencaj strukturoj (NAc, AMYG, kaj OFC) en simpla reto por determini ĉu ĉi tiuj strukturoj funkcias kune en respondo al bildoj de altaj kaj malaltaj kaloriaj manĝaĵoj. malsame en obesaj kaj normal-pezaj individuoj. Ni atendis trovi efikajn rilatojn inter cerbaj regionoj kiel specifite en nia modelo en normal-pezaj kontroloj en respondo al bildoj kun alta kaj malalta kalorio. Krome, ni atendis trovi kelkajn ŝanĝitajn efikajn rilatojn en nia obesa grupo, kiuj povus helpi klarigi kial manĝaĵoj pliigis motivan potencon por ĉi tiuj individuoj.
Materialoj kaj metodoj
La uzataj datumoj por la vojanalizo estis la samaj datumoj raportitaj en Stoeckel et al. [77]. Escepte de la sekcio diskutanta pri la metodoj de vojanalizo, la informoj sube estas donita pli detale en Stoeckel et al. [77].
partoprenantoj
Partoprenantoj estis 12 grasuloj (Korpa Masa Indekso, BMI = 30.8 - 41.2) kaj 12 normalpezaj (BMI = 19.7 - 24.5) lertaj virinoj varbitaj de la komunumo de la Universitato de Alabamo ĉe Birmingham (UAB). Ne estis grupaj diferencoj pri averaĝa aĝo (grasega: 27.8, SD = 6.2; kontrolo: 28, SD = 4.4), etneco (grasega: 7 afrik-usonanoj, 5 kaŭkazaj; kontrolo: 6 afrik-usonanoj, 6 kaŭkazaj), edukado (grasega: 16.7 jaroj, SD = 2.2; kontrolo: 17.2, SD = 2.8), aŭ averaĝa tago de la menstrua ciklo (grasega: tago 6.8, SD = 3.1, kontrolo: tago 5.7, SD = 3.3, ĉio en la folikla fazo ). Partoprenantoj estis varbitaj per reklamoj en la gazeto UAB kaj flugfolioj en diversaj lokoj de la UAB-kampuso. Ili informiĝis, ke la celo de la studo estis rigardi ŝablonojn de cerba agado ĉe "malsataj" partoprenantoj de malsamaj BMI-oj responde al vidaj bildoj de diversaj objektoj kiel manĝaĵoj kaj kontrolaj bildoj. Individuoj estis ekskluditaj surbaze de multnombraj sanecaj kriterioj, inkluzive de pozitiva manĝa malordo, aktiva dieto aŭ partopreno en malplipeziĝa programo, aŭ pezo> 305 funtoj (138 kg) kun ĉirkaŭaĵo> 64 coloj (163 cm), ĉi-lasta pro limigiloj de skanilo. Ĉiuj partoprenantoj subskribis skriban kleran konsenton post kiam la studaj proceduroj kaj riskoj koncernitaj estis klarigitaj. Ĉiuj proceduroj estis reviziitaj kaj aprobitaj de la Institucia Revizia Estraro pri Homa Uzo ĉe UAB.
Stimuloj
La stimuloj uzataj dum la bilda sesio konsistis el koloraj bildoj de 252, ĉiuj kun konsekvenca grandeco, rezolucio kaj lumigado ([77]). La manĝaĵaj bildoj de 168 estis subdividitaj en malaltajn kaloriajn kaj alt-kaloriajn kategoriojn, ĉiu konsistante el unikaj bildoj de 84. Bildoj de malaltiĝaj kalorioj konsistis el tiaj malaltaj grasoj kiel vaporis legomojn kaj brovitajn fiŝojn. Alta-kaloriaj manĝaĵoj estis ĉefe eroj altaj en grasoj kiel fromaĝo aŭ pico. Kontrola stimulo konsistis el bildoj de aŭtoj, kiuj vaste variis laŭ marko, modelo, aĝo kaj koloro. La aŭtoj-bildoj estis celitaj kiel modere interesaj kontrolaj stimuloj, kiuj kongruis kun la malalt-kaloriaj bildoj laŭ agrablaĵo surbaze de rezultoj de Stoeckel et al. [77], kun la alt-kaloriaj manĝaĵoj taksataj pli alte.
proceduro
Post profunda kribrado por validigi IMC kaj kontroli aliajn studajn kriteriojn, partoprenantoj estis planitaj por la sesio de fMRI. Ili estis instrukciitaj manĝi normalan matenmanĝon inter 7-8 AM, sed salti tagmanĝon kaj konsumi nur akvon, tiel ke ili fastis proksimume 8-9 h antaŭ ol esti imagitaj inter 3-5 PM. Ne estis grupaj diferencoj pri subjektivaj malsataj taksoj.
Dum partoprenantoj estis en la magneto, vidaj stimuloj estis prezentitaj en bloko-dezajnoformato, kun ses 3: 09-min-kuroj per bilda sesio. Ĉiu kuro konsistis el du epokoj de 21 ĉiu el aŭtoj (C), manĝaĵoj de malalta kalorio (LC) kaj pseŭdorandomie altkaloriaj manĝaĵoj (HC) prezentitaj al la partoprenantoj. Ene de ĉiu epoko de 21-manĝaĵoj aŭ aŭtoj, sep individuaj bildoj estis prezentitaj por 2.5-oj. La breĉo de 0.5 s apartigis la bildojn, kaj 9 s interspaco apartigis la epokojn. Ĉiuj breĉoj konsistis el griza malplena ekrano kun fiksa kruco. Ĉiu kuro konsistis el 63-volumoj por entute 378-volumoj tra ses kuroj, el kiuj 84-volumoj estis akiritaj dum ĉiu el la aŭto, malalt-kaloria manĝaĵo, kaj alt-kaloriaj manĝaĵoj. La vidaj bildoj estis prezentitaj de portebla komputilo funkcianta VPM-programon ([18]). Bildoj estis projektitaj sur ekrano malantaŭ la kapo de la partoprenanto kaj viditaj per 45 ° unu-surfaca malantaŭa projekcia spegulo ligita al la ĉeftrupo. Partoprenantoj estis finance kompensitaj pro sia partopreno. Ĉiuj proceduroj estis reviziitaj kaj aprobitaj de la Institucia Revizia Estraro de UAB por Homa Uzo.
MRI-akiro kaj pretigo
Funkciaj MRI-datumoj estis akiritaj uzante Philips Intera 3T ultra-mallongan puran magneton ekipitan kun sentema kodiga (SENSE) kapo-bobeno. Bildoj estis kolektitaj uzante unu-pafitan T2-pez-gradigitan eientan EPI-pulsan sekvencon. Ni uzis TE = 30 msec, TR = 3 sek, kaj 85 ° flip angulon por 30 axial tranĉaĵoj 4 mm dika kun 1 mm interspaca interspaco, skana rezolucio de 80 × 79, rekonstruita al 128 × 128, kaj kun 230 × 149 × 230 mm FOV. La unuaj kvar skanadoj estis forĵetitaj por permesi al la magneto atingi konstantan magnetigon.
Datumoj estis prilaboritaj (movado-korekto, normaligo al la koordinata sistemo MNI per la ŝablono SPM2 EPI, kaj glatigado per gaŭsa filtrilo FWHM de 6 mm) per la programara pakaĵo SPM2 (Wellcome Dept. Imaging Neuroscience, Londono, Britio). Neniuj datumaroj ne plenumis la inkluzivajn kriteriojn pri movado, kiuj estis tiu movado antaŭ ol korekto estis <2 mm en translacia movado kaj <2 ° en rotacia movado (detaloj en [77]).
Datumoj analitiko
datumoj de fMRI
Respondecaj dependaj blokoj-oksigenaj niveloj (BOLD) estis analizitaj en la kunteksto de la Ĝenerala Lineara Modelo sur voxel per voxel-bazo kiel efektivigite en SPM2 ([27]). La tempa kurso de cerba aktivado estis modeligita per funkcio de boxcar kunvolvita kun la kanona hemodinamika respondfunkcio (HRF) kaj tempodaŭra derivita funkcio. La datumoj estis altaj enirpermesiloj (1 / 128 Hz) por forigi malaltajn frekvencajn drivojn. Unua ordema aŭtoregresiva modelo ankaŭ estis efektivigita por korekti por aŭtoreglacioj en la erarperiodo de la fMRI-modelo.
Du-etaĝa hazarda-efika proceduro estis uzita por la statistika analizo por enkalkuli ambaŭ en-subjekton kaj inter-subjektan variecon. Unue, la fMRI-datumoj de ĉiu individua partoprenanto estis uzataj por krei statistikajn kontrastojn de la parametraj taksoj por testi la diferencojn inter la tempopunktoj respondaj al la alt-kaloriaj kaj malaltaj kalorioj. Rezultoj de antaŭa studo ([77]) trovis grupajn diferencojn en ŝablonoj de rekompenca rilata aktivigo, kun la grasega grupo montranta pli grandan aktivigon al manĝaĵoj kun alta kalorio kaj kontroloj al manĝaĵoj kun malmultaj kalorioj. La kontrasto de manĝaĵoj> kontrolaj stimuloj tiam eniris en duanivelajn unu-specimenajn t-testajn analizojn por la grupaj komparoj por lokalizi la grupan maksimumon por niaj interesaj regionoj (ROI): duflanka NAc, AMYG kaj meza OFC (p <.05, nekorektita).
La ROI-oj por AMYG kaj OFC estis difinitaj per la WFU Pickatlas kaj la atloj AAL kaj Talairach Daemon ([47], [49], [79]). Ĉar NAc ne estis disponebla en ĉi tiuj bibliotekoj, ni tiris sferon 6 mm en radiuso kun la WFU Pickatlas centrita ĉe voxel-loko determinita per mezumo de voxel-lokaj dimensioj de koncernaj fMRI-studoj ([1], [54], [58]). La klasifiko de la regiona loko de aktivigitaj vokaloj estis kontrolita per la uzado de la WFU-Pickatlas kaj vida inspektado de la datumoj per atlaso de homa cerbo ([48]).
Paca analizo
Pathanalizo estis uzita por determini la forton kaj direkton de la rilatoj (efikaj ligoj) inter observataj variabloj (ROI), taksita uzante samtempajn regresajn ekvaciojn per maksimuma verŝajna takso. Ĉi tiu estas unu el la plej oftaj modelaj aliroj uzataj por studi efikan konekteblecon ([69]). Ni uzis du-paŝan vojan analizon / GLM-aliron, sekvante similan metodon kiel Kim et al. [44]. Por ĉiu partoprenanto: (1) ROI estis elektitaj por inkludi en la modelo, (2) la datumaj serio-datumoj estis dividitaj en du grupojn asociitajn kun volumoj por la du taskonkondiĉoj (altaj kaj malaltaj kaloriaj manĝaĵoj), (3) resumo datumoj estis ĉerpitaj por ĉiu kondiĉo por ĉiu ROI, (4) modelo estis nomumita, kiu specifis la interagojn de la ROI, (5) la varianco-kunvarianco (nombro de skanaj volumoj X nombro de ROI) matrico por ĉiu kondiĉo estis kalkulita, kaj (6) la vojaj koeficientoj por la rilatoj inter ROI en la modeloj estis taksitaj per maksimuma verŝajna takso. Ripetitaj mezuroj ANOVA tiam estis uzita por determini ene de grupo (t.e., kondiĉo) kaj inter-grupaj diferencoj en la modelaj rilatoj uzante la vojajn koeficientojn de la modeloj por ĉiu individuo.
Modela specifo
La regionoj inkluzivitaj en la modelo (OFC, AMYG, kaj NAc) estas komponantoj de tio, kion oni nomis la "motora cirkvito" ([63]), implikanta la mezocorticolimbic dopamina sistemo ([6], [36], [39], [45], [63], [66], [73], [80], [83]). La ligoj en la modelo estis difinitaj parte surbaze de la sciata anatomia konektebleco de la strukturoj en ĉi tiu reto, sed ankaŭ konsiderante metodikajn limigojn (ekz., La tempodaŭra rezolucio de fMRI kaj la problemo de identigo kun ne-rekursiaj modeloj uzantaj modelon de struktura ekvacio; [7], [30], [38], [60], [65], [71]; Figo. 2). Por taksi fidindajn vojajn koeficientajn valorojn, la modelo estis limigita esti rekursiva (t.e., neniuj reciprokaj vojoj estis inkluzivitaj en la modelo).
La sama vojo-modelo estis konstruita por ĉiu temo. Por permesi inter-subjektan ŝanĝiĝemon, ni difinis la ekzaktajn koordinatojn de ĉiu regiono por ĉiu hemisfero de la loka maksimumo de la statistika mapo de ĉiu partoprenanto ene de 12 mm de la maksimuma grupo (ene de la sama anatomia regiono) rezultanta de la manĝaĵoj> aŭtoj kontrastas ( p <.05, nekorektita; [52]). La MNI-koordinatoj de la regionoj estis NAc, maldekstre (x, y, z): −6, 10, −10 [kontroloj] kaj −10, 14, −6 [obese]; NAc dekstre, (x, y, z): 6, 10, −10 [kontroloj] kaj 6, 12, −10 [obeso]; AMYG, maldekstre (x, y, z): −26, −2, −20 [kontroloj] kaj −20, 0, −24 [obeso]; AMYG, dekstre (x, y, z): 22, 0, −20 [kontroloj] kaj 24, 2, −24 [obese]; OFC, maldekstre (x, y, z): −22, 36, −10 [kontroloj] kaj −22, 30, −14 [obesaj]; OFC, dekstre (x, y, z): 26, 36, −14 [kontroloj] kaj 26, 30, −4 [obesaj]. Por ĉiu regiono, la ĉefa valorigo de la tempa serio estis ĉerpita el sfero de 4-mm centrita ĉe la loka specifa maksimumo. La rektoro (t.e. 1st) eigenvariate estas resuma mezuro, simila al pezita mezumo fortika al eksteraj, surbaze de la varieco de ĉiuj voxeloj inkluzivitaj en la sfero 4 mm en radiuso.
La datumoj pri regionaj tempaj serioj (ĉefaj valoroj eigenvariaj) tiam estis apartigitaj en du datumojn: tempopunktoj asociitaj kun (1) la alt-kaloriaj manĝaĵoj kaj (2) la malaltiĝaj kalorioj. Por kalkuli la hemodinamikan malfruon, ni supozis fiziologian prokraston de 6 s (2 TR) inter la apero kaj kompenso de niaj du kondiĉoj kaj alĝustigis la datumojn, kiujn ni ĉerpis laŭe ([32]). Ĉi tio rezultigis du 84 (nombro da skanaj volumoj) X 6 (nombro de ROI) matricoj de datumoj por ĉiu kondiĉo (altaj kaj malaltaj kalorioj) por ĉiu partoprenanto.
Prapatraj parametroj
Voja modelo taŭgas al la datuma matrico por ambaŭ manĝaĵoj kun alta kalorio kaj sen kalorioj sendepende por ĉiu partoprenanto. La senpagaj vojaj koeficientoj estis taksitaj minimumigante la diferencon inter korelacia matrico observita de la fMRI-datumoj kaj korelacia matrico antaŭdirita de la modelo per LISREL-programaro (Versio 8, SSI Scientific Software). La normigitaj parametraj taksoj (similaj al β-oj en regreso), aŭ vojaj koeficientoj, por ĉiu ligo (AMYG → OFC, OFC → NAc, kaj AMYG → NAc) ene de ĉiu hemisfero (maldekstre kaj dekstre) de ambaŭ modeloj (alta kaj malalta) kaloriaj manĝaĵoj) por ĉiu partoprenanto estis importitaj en SPSS por postaj analizoj. Miksita modelo ANOVA estis efektivigita por ĉiu el la tri ligoj, en kiuj la faktoroj estis grupo (grasega kontraŭ kontrolo), manĝaĵkategorio (alta kontraŭ malalta kalorio) kaj hemisfero. Ĉar ĉi tio estis esplora studo, ni provis la signifon de specifaj vojaj koeficientoj, kondiĉe ke la omnibusaj modeloj montris almenaŭ preskaŭ signifajn efikojn (p <0.10). Por ĉiu grupo, unu specimeno de t-testoj estis uzata por testi ĉu la vojaj koeficientoj en la manĝaĵaj modeloj kun alta kaj malalta kalorio signife diferencas de nulo, indikante konekteblecon kiel specifite. Pairwise-komparoj kutimis testi la diferencojn en padkoeficientoj por ĉiu hemisfero (maldekstre kaj dekstre) por ene de-grupaj (alt-kaloriaj kontraŭ malalt-kaloriaj manĝaĵoj) kaj inter-grupaj komparoj (grasegaj kontraŭ kontroloj por alt-kaloriaj kaj malaltaj -kaloriaj manĝaĵoj, sendepende). Parigitaj t-testoj estis uzataj por ene de grupaj komparoj kaj sendependaj specimenoj t-testoj estis uzataj por inter-grupaj komparoj.
rezultoj
Ĉiuj laŭtaksaj vojaj koeficientoj estis signife malsamaj de nulo por la obesaj grupoj kaj kontroloj por ambaŭ hemisferoj en ambaŭ manĝaĵaj modeloj kun alta kaj malalta kalorio, kongruaj kun la specifa konektebla modelo (valoroj p <0.001; tablo 1).
Inter-grupaj komparoj
OFC → NAc
Ne estis ĉefa efiko de grupo por la ligo OFC → NAc, kvankam estis tendenco (F [1,22] = 3.70, p = 0.067), indikante pli grandan konektecon por la grasega grupo (0.53 ± 0.06) kompare kun la kontroloj (0.41 ± 0.06). Ne estis signifaj grupaj X-kategorioj aŭ grupaj X-kategorioj X-lateralaj interagoj, kvankam estis tendenco al grupa X-laterala interago (p = 0.059). Maldekstraj flankaj koeficientoj de OFC → NAc estis signife pli altaj en la grasega grupo por kaj manĝaĵoj kun alta kaj malalta kalorio (valoroj p <.03; Figo. 3).
AMYG → OFC
Estis ĉefa efiko de grupo tia, ke la averaĝa konektebleco de AMYG → OFC estis malpli por grasaj partoprenantoj (0.64 ± 0.07) kompare kun kontroloj (0.84 ± 0.07), indikante relative pli fortan direktan rilaton en cerba aktivigo inter ĉi tiuj strukturoj responde al manĝaĵoj en kontroloj (F [1,22] = 4.46, p = 0.046). Ne estis signifa grupo laŭ kategorio aŭ grupo laŭ lateralaj interagoj, kvankam estis tendenco (p = 0.066) al grupo laŭ kategorio X-lateraleca interago. Postaj analizoj montris, ke vojaj koeficientoj estis signife pli grandaj en kontroloj por altkaloriaj manĝaĵoj duflanke kaj de dekstra AMYG → dekstra OFC por malaltkaloriaj manĝaĵoj (valoroj p <.05; Figo. 3).
AMYG → NAc
Estis ĉefa efiko de grupo por la averaĝa ligo AMYG → NAc tia, ke estis pli malforta konektebleco por la grasega grupo (0.35 ± 0.05) kompare kun kontrolaj partoprenantoj (0.49 ± 0.05; F [1,22] = 6.00, p = 0.023 ). Ne estis signifaj grupaj X-kategorioj aŭ grupaj X-kategorioj X-lateralaj interagoj, kvankam estis tendenco al grupa X-laterala interago (p = 0.09). Duopaj komparoj indikis, ke maldekstraj vojaj koeficientoj estis signife pli grandaj por kontroloj por kaj manĝaĵoj kun alta kaj malalta kalorio (valoroj p <.05; Figo. 3).
Ene de grupaj komparoj de altaj kontraŭ malaltaj kalorioj
La vojaj koeficientoj de AMYG → OFC bilateralmente estis signife pli grandaj por la komparo de alta kaloria manĝaĵo en la komandoj (maldekstre: p = 0.007, dekstre: p = 0.002; vidu Figo. 4). Neniu el la vojaj koeficientoj diferencis signife inter la altaj kaj malaltaj kaloriaj manĝaj kondiĉoj ene de la obesa grupo.
diskuto
Antaŭa esplorado montris, ke nutraĵoj, precipe tiuj asociitaj kun alt-kaloriaj manĝaĵoj, deĉenigas hiperactivecon en cerbaj regionoj inkluzive de NAc, AMYG, kaj OFC pensis mediacii aŭ almenaŭ kodi por instigaj kaj emociaj procezoj en obesaj individuoj (ekz., [68], [77]). En la aktuala studo, ni testis ĉu estis diferencoj en retkonektoj inter NAc, AMYG kaj OFC en respondo al bildoj de alta kaj malalta kaloria manĝaĵo ene de kaj inter obesaj kaj normal-pezaj grupoj. Gravas rimarki, ke ĉi tiu estas la unua studo pri homa konektebleco uzanta funkcian neuroimagadon por mezuri la interagadon de cerbaj regionoj en rekompenca reto. Ni trovis aberantan konekteblecon en la obesa grupo en respondo al ambaŭ altkreskaj manĝaj kalorioj, kompare al normal-pezaj kontroloj. Specife, ĝi ŝajnas ke la obesa grupo havas relativan mankon en AMYG-modulita aktivigo de OFC kaj NAc, sed tendenco al troa influo de modulado de OFC-aktivigo de NAc. Tiel eblas ke ne nur pli granda aktivigo de la rekompenca sistemo, sed ankaŭ diferencoj en la interago de regionoj en ĉi tiu reto povas kontribui al la relative pliigita motiva valoro de manĝaĵoj en obesaj individuoj.
La rekompenca modelo
Ĉiuj vojaj rilatoj inter NAc, AMYG, kaj OFC estis signifaj por manĝaĵoj de alta kaj malalta kalorio manĝaĵoj en la obesa grupo kaj normal-pezaj kontroloj, konformaj al konataj anatomiaj rilatoj inter ĉi tiuj regionoj ([7], [16], [17], [30], [38], [56], [60], [65], [71]). Ĉi tiu reto estas innervita de la ventra tegmenta areo, kiu liberigas dopaminon al ĉi tiu cirkvito en respondo al motivaj elstaraj eventoj ([9], [39], [71]). Tamen, la projekcioj inter NAc, AMYG, kaj OFC kiel ilustrite en Figo. 2 estas glutamatergaj ([39], [71]).
Ĉi tiu reto de rekompenco de NAc, AMYG kaj OFC estas subcirkvito de pli granda "motora cirkvito" pensita por aktivigi kaj direkti konduton al respondo al motivaj signifaj stimuloj ([39], [63]). La NAc, AMYG, kaj OFC, precipe, havas gravajn rekompenc-rilatajn funkciojn, kiuj probable kontribuas al ĝeneralaj kaj manĝ-specifaj instigaj procezoj ([6], [10], [11], [36], [39], [45], [63], [66], [73], [80], [83]). La NAc / ventra striatumo estis konceptita kiel la interfaco "limuzika-motora" ([55]) kaj ŝajnas esti implikita en prilaborado rilata al Pavloviana kondiĉado, instiga saleco, kaj rekompenco havebleco, valoro kaj kunteksto ([13], [15], [21]). Ĉi tiu regiono, ligita al ventral pallidum per opioid-mediataj mekanismoj, eble ankaŭ kodigos hedonan valoron ([9], [10], [11], [74], [75]). La NAc / ventra striato ankaŭ kodas por la ĝenerala instiga medio (ekz., [14]), kio ebligus la hierarkian organizadon de envenantaj rekompencaj signaloj. Por manĝaĵa rekompenco, la NAc / ventra striatum ŝajnas montri preferindan implikiĝon en la kodado de signaloj asociitaj kun manĝaĵoj (kontraŭ manĝa konsumo) kaj povas integri homeostatikajn kaj ne-homeostatikajn signalojn por moduli motivan staton ([42], [76]). Ĉi tiu regiono eble kodigos ankaŭ por la relativa rekompenca valoro de disponeblaj manĝaĵaj stimuloj ([57]). La AMYG ŝajnas esti implikita en instige asociaj procezoj ([61], [62]). Krom kodi por pli ĝeneralaj afekciaj kaj motivaj propraĵoj, AMYG-agado povas rilati al la specifaj ecoj de manĝaĵ-rilataj stimuloj ([2]). La OFC ŝajnas esti ŝlosila regiono por transigi rekompencan valoron en hedonan sperton ([46]), prilaborante la tempajn kaj certajn trajtojn de rekompenco ([14]), kaj okupiĝas pri motoraj rilataj lernadaj procezoj lige kun AMYG ([24], [59]). La OFC montras multimodajn respondojn al manĝaĵoj ([67]) kaj estis nomata la "terciara gusto-areo", post gustiga prilaborado en izola kortekso ([10], [11]).
Signifo de grupaj diferencoj en konektebleco
OFC → NAc
Obeaj virinoj montris pli da maldekstra hemisfero OFC → NAc-konektebleco ol kontroloj faris kaj por altaj kaj malaltaj kalorioj. Ĉi tiu vojo eble plifortigis la obesan grupon per la kombinaĵo de pliigita OFC-aktivigo per manĝaj bildoj kaj levita dopamina (DA) funkcio ene de la NAc en ĉi tiuj individuoj. Horvitz [33] proponis, ke DA agas por eniri glutamatergajn rekompencajn enmetaĵojn de OFC al NAc. Pro ĉi tiu enigmo, en la ĉeesto de alta DA-funkcio ene de NAc, altaj niveloj de aktiveco ene de OFC fariĝas pli efikaj en plia kresko de NAc-agado. Kvankam la rolo de DA en obezeco estas diskutebla ([20], [29], [81]), nerektaj evidentaĵoj sugestas altan DA-funkcion ene de la rekompenca sistemo de mildaj ĝis modere obesaj homoj (ekz., [20]), kiel tiuj en nia specimeno. Ni konjektas, ke la vojo OFC → NAc eble estas ŝlosilo por la proponitaj pozitivaj rilatoj inter reaktiveco de nutraĵoj, pli granda konsumado kaj alta IMC ([25], [78]) pro forta kuplado de troigita subjektiva rekompenco-valoro de manĝokvantoj mediaciitaj de la OFC kun eliraj vojoj aliritaj de la NAc. Fine pro sugestitaj paraleloj inter obezeco kaj drogmanio (ekz., [82]), estas rimarkinde, ke enketistoj en toksomanio proponis, ke nereguligita PFC (inkluzive de OFC) → NAc-sinaptika glutamata transdono klarigas pliigitan motivon por drogoj en respondo al drog-rilataj aludoj ([37], [39]).
AMYG → OFC kaj AMYG → NAc
En la obesaj partoprenantoj kompare kun kontroloj, ni trovis reduktitajn vojajn koeficientojn de AMYG al kaj OFC kaj NAc. Ĉi tiuj diferencoj estis signifaj por AMYG → OFC bilateralmente por alt-kaloriaj manĝaĵoj kaj en la dekstra hemisfero por malaltaj kalorioj. AMYG → NAc-konektebleco estis pli malalta en la obesa grupo en la maldekstra hemisfero por ambaŭ alt-kaloriaj kaj malaltaj kalorioj. Kvankam la graveco de ĉi tiuj grupaj diferencoj por obezeco ne estas klara, eblas ke reduktita konektebleco de AMYG al ĉi tiuj strukturoj povas difekti flekseblecon en ĝisdatigo de rekompenca valoro. Baza lernado per kiu stimuloj asociitaj kun primaraj rekompencoj akiras motivan valoron povas okazi en AMYG ([5]). La projekcio AMYG → OFC povas translokigi bazajn asociecajn informojn bazajn al la OFC, kiu uzas informojn de la AMYG por determini subjektivan valoron kaj influi postajn instrumentajn elektajn kondutojn ([15]). Kiel ekzemplo de la graveco de ĉi tiu vojo por modifado de rekompenca valoro, Baxter kaj kolegoj [3] trovis ke rhesus-makakoj malsukcesis ŝanĝi sian konduton dum rekompenca malvaloriga tasko post kiam la rilato inter AMYG kaj OFC estis interrompita. En kvieta rezulta lernad paradigmo, Schoenbaum kaj kolegoj [70] trovis, ke interrompi la AMYG → OFC-vojon per lesionado kaŭzis pli-selekteman OFC-neŭronon de pafo en respondo al la sensa kontraste al asociaj ecoj de la aŭto. Rilate al ingesta konduto, deficita AMYG → OFC-ligo ĉe la obesaj partoprenantoj povas indiki suboptimalan translokigon de baza afekcia / emocia valoro rilate al manĝaĵoj kaj manĝaĵaj indikoj grave por ĝisdatigi la subjektivan rekompencan valoron de ĉi tiuj monbiletoj por faciligi flekseblecon en manĝaĵa konsumado. Kompare kun normal-pezaj individuoj, la rekompenca valoro de manĝaĵoj kaj manĝaĵoj, eble pli forte moviĝas per la sensaj ecoj de la manĝaĵoj kaj manĝaĵoj por obesaj homoj. Krome, la sensacia movita rekompenco de la manĝaĵoj kaj manĝaĵaj manieroj eble estas malpli malebla fronte al ŝanĝiĝantaj rekompencoj.
Simile al la rilato AMYG → OFC, deficita rilato ĉe la obuso de AMYG → NAc eble indikas la bazan hedonan signalon, kiu utilas por moduli la rekompencan valoron de manĝaĵoj aŭ manĝokvantoj (AMYG), ne taŭge pezas kun aliaj signaloj (ekz. Motivaj , homeostata) antaŭ ol la taŭga ingesta konduto estas determinita ([84]).
Limigoj kaj avertoj
- Specifi modelon uzante vojanalizon en fMRI povas esti defio ĉar la nombro kaj kombinaĵo de rilatoj inter regionoj pliiĝas substance kun ĉiu aldona regiono inkluzivita en la modelo, kio malfaciligas taksi ĉi tiujn vojajn koeficientojn kaj interpreti la trovojn pli malfacilajn. Ekzemple, en ĉi tiu studo kun 3 regionoj por hemisfero (6 regionoj entute), estas k = N(N + 1) / 2 = 21-gradoj da libereco laŭ datum-aro (k = 42-gradoj da libereco por la du modeloj testitaj) asignitaj por taksi la efikojn de intereso. Dek du gradoj de libereco estas uzataj por taksi la variancojn asociitajn kun ĉiu regiono en ambaŭ modeloj (6-regionoj laŭ modelo × 2-modeloj). Kun minimumajn de 5-datumpunktoj necesaj por taksi la parametrajn valorojn por ĉiu vojo en la modelo fidinde ([4]), ĉi tio lasas maksimuman taksadon de 30-vojoj por du modeloj kun 6-regionoj ĉiu (estimindaj vojoj de 15 laŭ modelo). Ĉi tio limigas la kompleksecon de la modelo testebla per analizado de vojoj kaj estas unu kialo, ke ni elektis ne inkluzivi interhemisferajn ligojn en niaj modeloj.
- Ni elektis la du-etapan SEM / GLM-metodon por rekte testi pri diferencoj de grupoj inter rilatoj en hipoteza modelo kaj ne tiom interesis kompari taŭgecon de la modelo inter grupoj per se. Ĉi tiu alproksimiĝo diferencas de la tradicia fMRI kaj vojo-analiza metodaro nomata "stakigita modelo-alproksimiĝo" komparante modelan agadon inter taskoj aŭ grupoj ([50]). Tamen, Protzner kaj McIntosh [64] lastatempe raportis, ke informoj pri absoluta modelo ne necesas por generi fidindajn parametrajn taksojn per vojo-analizo.
- Alia limigo de ĉi tiu studo rilatas al la potenco detekti diferencojn inter la vojaj koeficientoj taksitaj en niaj modeloj pro la malgrandaj specimenaj grandecoj uzataj por ĉiu grupo. Kun pli grandaj grupgrandecoj, niaj tendencaj nivelaj trovoj probable atingus statistikan signifon.
- Ni ne inkluzivis la ventralan tegmentan areon (VTA), la fonton de dopamino ene de la mezokorticolimbia cirkvito proponita por mediacii multajn el la procezoj asociitaj kun rekompenco ([26], [35], [72]), en nia modelo pro metodologiaj limigoj rilataj al BOLD fMRI, kiuj malfaciligas detekti aktivadon en cerbaj regionoj kiel la VTA ([19]).
Konkludoj kaj Resumo
Resume, nia studo pri neŭroimagado trovis aberindan rekompencan retkonekteblecon en obesaj homoj kompare kun kontroloj, kun malpliigita konektebleco de AMYG al OFC kaj NAc kaj pliigita konektebleco en OFC → NAc en ĉi tiuj partoprenantoj. Ĉi tiuj rezultoj aldoniĝas al antaŭaj raportoj montrante, ke ekzistas ne nur troigita rekompenca sistemo-aktivado en respondo al manĝaĵoj, sed ankaŭ eksternorma interagado inter regionoj en ĉi tiu reto ĉe obesaj individuoj. Precipe, ni pensas, ke overeado ĉe obesaj individuoj povus esti influita de du mekanismoj: (1) pliigita OFC → NAc-konektebleco eble kontribuas al pliigita veturado por konsumi nutraĵojn kaj (2) deficita konektebleco de AMYG povus rezultigi suboptiman moduladon de la kortuŝa / emocia. aspektoj de manĝaĵo aŭ manĝaĵaj manieroj rekompencas valoron. Sen la taŭga kortuŝa / emocia informo por signali devalorigon de manĝaĵoj aŭ manĝaĵoj, post manĝaĵo, pli alta veturado povas superforti homeostatikajn mekanismojn kondukantajn al hiperfagio kaj pliigo de pezo. Konvene, ni testis simplan rekompencan reton. Pluaj studoj estas necesaj por esplori la konekteblecon en la rekompenca sistemo kaj kiel ĉi tiuj regionoj povus interagi kun homeostataj mekanismoj en la hipotalamo kaj cerbo, same kiel la kognaj mekanismoj de manĝaĵa kontrolo en la antaŭfronta kortekso. Ankaŭ estos interese determini, kiel individuaj diferencoj kaj interkonceptaj kaj eksceptaj faktoroj modulas ĉi tiun rekompencan reton por pli bone kompreni kiel rekompencaj mekanismoj influas ingestan konduton.
Dankojn
Apogita de la Intramural Esplora Programo NIH-NIDCD, la GCRC-subvencio M01 RR-00032 de la Nacia Centro por Esploroj-Rimedoj, la Procter kaj Gamble Co., kaj rimedoj de la Centro por Disvolviĝo de Funkcia Bildigo (CDFI) de UAB.
Piednotoj
Malgarantio de Eldonisto: Ĉi tio estas PDF-dosiero de unita manuskripto, kiu estis akceptita por publikigado. Kiel servo al niaj klientoj ni provizas ĉi tiun fruan version de la manuskripto. La manuskripto suferas kopion, kompostadon kaj revizion de la rezultanta pruvo antaŭ ol ĝi estas publikigita en ĝia fina maniero. Bonvolu noti, ke dum la procezo de produktado povas malkovri erarojn, kiuj povus influi la enhavon, kaj ĉiujn laŭleĝajn malvirtojn, kiuj aplikeblas al la ĵurnalo.
Konflikto de Intereso
La aŭtoroj deklaras, ke ili ne havas konkurencajn financajn interesojn.
Referencoj
;