Comentarios: El estudio revela tanto la sensibilización como la hipofrormalidad en individuos obesos. Ambos son características de los cambios cerebrales relacionados con la adicción.
El metabolismo de la glucosa del núcleo caudado en el cerebro medio (A) fue significativamente mayor en los individuos obesos en comparación con los delgados (B).
En la mayoría de los países occidentales, el aumento anual de la prevalencia y la gravedad de la obesidad es actualmente sustancial. Aunque la obesidad generalmente es el resultado de un consumo excesivo de energía, actualmente no está claro por qué algunas personas son propensas a comer en exceso y a ganar peso.
Debido a que el sistema nervioso central está íntimamente involucrado en el procesamiento de las señales de hambre y el control de la ingesta de alimentos, es posible que la causa del aumento de peso y la obesidad puedan estar en el cerebro.
Investigadores de la Universidad de Turku y la Universidad de Aalto ahora han encontrado nuevas pruebas sobre el papel del cerebro en la obesidad. Los investigadores midieron el funcionamiento. circuitos cerebrales involucrado en múltiples métodos de imágenes cerebrales.
Los resultados revelaron que en individuos obesos versus delgados, el metabolismo de la glucosa cerebral fue significativamente mayor en las regiones estriatales del cerebro, que están involucradas en el procesamiento de recompensas. Además, el sistema de recompensa del individuo obeso respondió más vigorosamente a las imágenes de los alimentos, mientras que las respuestas en las regiones corticales frontales involucradas en el control cognitivo se redujeron..
"Los resultados sugieren que los cerebros de las personas obesas podrían generar constantemente señales que promuevan la alimentación, incluso cuando el cuerpo no requiera una absorción de energía adicional.”, Dice el profesor adjunto Lauri Nummenmaa de la Universidad de Turku.
“Los resultados destacan el papel del cerebro en la obesidad y el aumento de peso. Los resultados tienen importantes implicaciones en los modelos actuales de obesidad, pero también en el desarrollo de tratamientos farmacológicos y psicológicos de la obesidad ”, dice Nummenmaa.
Los participantes eran individuos con obesidad mórbida y controles magros y sanos. Su cerebro metabolismo de la glucosa se midió con positrón tomografía de emisión Durante condiciones en las que el cuerpo estaba saciado en términos de señalización de insulina. Respuestas cerebrales Para las imágenes de los alimentos se midieron con resonancia magnética funcional.
La investigación está financiada por la Academia de Finlandia, el Hospital Universitario de Turku, la Universidad de Turku, la Universidad Åbo Akademi y la Universidad Aalto.
Los resultados se publicaron en enero 27th, 2012 en la revista científica PLoS ONE.
EL ESTUDIO: El cuerpo estriado dorsal y su conectividad límbica median en el procesamiento de recompensas anticipadas anormales en la obesidad
Lauri Nummenmaa, Jussi Hirvonen, Jarna C. Hannukainen, Heidi Immonen, Markus M. Lindroos, Paulina Salminen, Pirjo Nuutila .. PLoS ONE, 2012; 7 (2): DOI e31089: 10.1371 / journal.pone.0031089
Resumen
La obesidad se caracteriza por un desequilibrio en los circuitos cerebrales que promueven la búsqueda de recompensas y los que gobiernan el control cognitivo. Aquí mostramos que el núcleo caudado dorsal y sus conexiones con la amígdala, la ínsula y la corteza prefrontal contribuyen a un procesamiento de recompensa anormal en la obesidad. Medimos la captación de glucosa en el cerebro regional en sujetos con obesidad mórbida (n = 19) y ponderados normales (n = 16) con 2- [18F] fluoro-2-deoxyglucose ([18F] FDG) tomografía por emisión de positrones (PET) durante la hiperinsulinemia euglucémica y con imágenes de resonancia magnética funcional (IRMf) mientras que la recompensa de alimentos anticipada fue inducida por presentaciones repetidas de imágenes de alimentos apetitosos y blandos. Primero, encontramos que la tasa de captación de glucosa en el núcleo caudado dorsal fue mayor en los sujetos obesos que en los de peso normal. En segundo lugar, los sujetos obesos mostraron un aumento de las respuestas hemodinámicas en el núcleo caudado mientras observaban alimentos apetitosos frente a alimentos blandos en la RMf. El caudado también mostró una elevada conectividad funcional relacionada con la tarea con la amígdala y la ínsula en los sujetos obesos en comparación con los de peso normal. Finalmente, los sujetos obesos tuvieron respuestas más pequeñas a los alimentos apetitosos frente a los blandos en las cortezas dorsolateral y orbitofrontal que los sujetos de peso normal, y la falta de activación de la corteza prefrontal dorsolateral se correlacionó con un metabolismo de glucosa alto en el núcleo caudado dorsal. Estos hallazgos sugieren que una mayor sensibilidad a las señales alimentarias externas en la obesidad puede implicar un aprendizaje de estímulo-respuesta anormal y una motivación de incentivo servida por el núcleo caudado dorsal, que a su vez puede deberse a una entrada anormalmente alta de la amígdala y la ínsula y un control inhibitorio disfuncional por parte de Regiones corticales frontales. Estos cambios funcionales en la capacidad de respuesta e interconectividad del circuito de recompensa podrían ser un mecanismo crítico para explicar el exceso de comida en la obesidad.
Cita: Nummenmaa L, Hirvonen J, Hannukainen JC, Immonen H, Lindroos MM, et al. (2012) El estriado dorsal y su conectividad límbica median en el procesamiento de recompensas anticipadas anormales en la obesidad. PLoS ONE 7 (2): e31089. doi: 10.1371 / journal.pone.0031089
Editor: Ya-Ping Tang, Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad Estatal de Louisiana, Estados Unidos de América
Recibido: Agosto 19, 2011; Aceptado: enero 2, 2012; Publicado: febrero 3, 2012
Copyright: © 2012 Nummenmaa et al. Este es un artículo de acceso abierto distribuido según los términos de la Licencia de Atribución de Creative Commons, que permite el uso, la distribución y la reproducción sin restricciones en cualquier medio, siempre que se acredite al autor original y la fuente.
Fondos: Este trabajo fue apoyado por la Academia de Finlandia (subvenciones #256147 y #251125 http://www.aka.fi) a LN, por la Universidad Aalto (AivoAALTO Grant, http://www.aalto.fi) Fundación Sigrid Juselius (www.sigridjuselius.fi/foundation) Hospital Universitario de Turku (beca EVO http://www.tyks.fi). Los financiadores no tuvieron ningún papel en el diseño del estudio, la recopilación y el análisis de datos, la decisión de publicar o la preparación del manuscrito.
Conflicto de intereses: Los autores han declarado que no existen intereses en pugna.
Introducción
En la mayoría de los países occidentales, el aumento anual en la prevalencia y la gravedad de la obesidad es actualmente sustancial [ 1 ]. La disponibilidad sin restricciones de alimentos sabrosos es el factor ambiental más obvio que promueve la obesidad [ 2 ], y los genes que promueven la ingesta rápida de energía a través de la ingesta alta de azúcar y grasa en condiciones de escasez de alimentos se han convertido en una responsabilidad en las sociedades modernas donde los alimentos con alto contenido calórico están disponibles de forma ubicua. Para combatir la actual epidemia de obesidad, es imperativo entender qué factores determinan si el consumo de alimentos se persigue o se restringe. Comer proporciona nutrientes pero también es altamente reforzante, porque induce sentimientos intensos de placer y recompensa. Los estudios comparativos han establecido que un circuito de recompensa interconectado que comprende áreas subcorticales (amígdala, hipotálamo, estriado) y frontocortical (motor, premotor, orbital y prefrontal medial) desempeña un papel clave en la orientación de las conductas del apetito. [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]. Los estudios de imágenes funcionales en humanos han demostrado además que los subcomponentes del circuito de recompensa contribuyen al procesamiento de señales externas de alimentos, como imágenes de alimentos [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]y las disfunciones del circuito de recompensa también se han asociado con la obesidad y la adicción a las drogas. [ 2 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]. En el presente estudio mostramos cómo la actividad tónica, las respuestas regionales y la interconexión del circuito de recompensa pueden ser los mecanismos críticos que explican la sobrealimentación y la obesidad.
Los alimentos sabrosos tienen un fuerte poder motivacional. La simple vista de un delicioso pastel o el olor de nuestra comida favorita puede provocar una fuerte necesidad de comer en este momento, y la exposición a tales señales puede anular las señales de saciedad fisiológica y desencadenar el consumo de alimentos [ 15 ]. Comer en exceso es probable que dependa del equilibrio entre el circuito de recompensa y las redes que inhiben la búsqueda de recompensa, como las cortezas prefrontales dorsolaterales. [ 16 ], [ 17 ], [ 18 ]. La literatura existente de estudios de imágenes en seres humanos sugiere que la obesidad se caracteriza por un desequilibrio en estos sistemas, en que el circuito de recompensa es demasiado activo para recompensar la anticipación en la obesidad y que las redes inhibitorias pueden no ejercer el control sobre el circuito de recompensa. [ 2 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 19 ]. Existen grandes diferencias individuales en la capacidad de respuesta del circuito de recompensa hacia los alimentos, y esto puede ser un factor crítico que contribuya a la sobrealimentación y la obesidad. [ 2 ]. El impulso de recompensa del rasgo de la personalidad se asocia positivamente con los antojos de alimentos y el peso corporal [ 20 ], y los estudios de resonancia magnética funcional han revelado que también predice las respuestas del cuerpo estriado ventral a imágenes de alimentos apetitosos en individuos de peso normal [ 21 ]. De manera similar, la sensibilidad autoinformada a las señales externas de alimentos se correlaciona positivamente con la interconectividad del circuito de recompensa [ 22 ]. En línea con estos hallazgos, los estudios de fMRI han confirmado que el circuito de recompensa de las personas obesas es hipersensible a la mera vista de los alimentos. Los individuos obesos muestran respuestas elevadas a las imágenes de alimentos en la amígdala, el núcleo caudado y la corteza cingulada anterior [ 10 ], [ 19 ], y se ha propuesto que esta hiperactividad del circuito de recompensa dopaminérgica puede hacer que las personas obesas sean propensas a comer en exceso. Los estudios de PET han demostrado aún más las similitudes dopaminérgicas en los mecanismos del abuso de drogas y la ingesta excesiva de alimentos, lo que sugiere que al menos en algunos casos la obesidad podría caracterizarse como una "adicción a la comida". Las vías de recompensa dopaminérgica en el cerebro medio modulan el consumo de alimentos y drogas [ 23 ] Particularmente mediante la creación de sensaciones de comida y ansia de drogas. [ 24 ]y tanto las drogas como los alimentos ejercen sus efectos de refuerzo al aumentar la dopamina en las regiones límbicas. Los pacientes con trastornos adictivos muestran una línea de base tónicamente más baja D2 receptor (D2R) densidad en el cuerpo estriado y liberación brusca de dopamina después de la administración de la droga de abuso. Al igual que con las drogas de abuso, el consumo de alimentos se asocia con la liberación de dopamina en el cuerpo estriado dorsal en sujetos sanos, y la cantidad de dopamina liberada se correlaciona positivamente con las valoraciones de la amabilidad de los alimentos [ 12 ]. Al igual que en pacientes con trastornos adictivos, los sujetos obesos tienen una línea de base D inferior del estriado.2Densidad R, que es direccionalmente proporcional al IMC [ 11 ].
Aunque la sensibilidad alterada del circuito de recompensa puede ser un factor crítico que explica la obesidad, sigue siendo difícil de entender cómo el circuito de recompensa contribuye a las funciones de recompensa anticipada relacionadas con los alimentos en individuos obesos. Primero, demostraciones previas de respuestas de circuito de recompensa elevadas a alimentos en sujetos con peso normal y obesos [ 10 ], [ 19 ] no han abordado las diferencias en la actividad de referencia tónica del circuito de recompensa en el cerebro. El metabolismo tónicamente bajo de la glucosa en la corteza prefrontal predice una baja dopamina D del estriado2 Densidad de receptores, un sello distintivo del circuito de recompensa desregulado, en sujetos obesos. [ 17 ]. Sin embargo, se desconoce si la actividad tónica de las redes neuronales que procesan la recompensa anticipada predice respuestas funcionales a señales externas de alimentos. En segundo lugar, solo unos pocos estudios han adoptado un enfoque a nivel de sistemas para probar si la obesidad alteraría la conectividad funcional del circuito de recompensa. Si bien un estudio reciente de imágenes en humanos sanos demostró que la conectividad dentro del circuito de recompensa humana depende de la sensibilidad individual a las señales externas de alimentos. [ 22 ], otra que involucraba a individuos obesos y de peso normal sugirió que la obesidad está específicamente asociada con una conectividad funcional deficiente de la amígdala a la corteza orbitofrontal (OFC) y una conectividad acrecentada desde la OFC al estriado ventral [ 25 ]. Sin embargo, los mecanismos neuronales exactos que subyacen a estos cambios funcionales siguen siendo desconocidos.
En este estudio aplicamos imágenes cerebrales multimodales combinando [18F] FDG PET con un experimento fMRI que involucra una recompensa anticipada inducida por la presentación de imágenes de alimentos apetitosos y blandos. Tenga en cuenta que aunque en realidad no se entregaron recompensas a los participantes, usamos el término 'recompensa anticipada' en aras de la concisión, ya que ver objetivos altamente gratificantes como los alimentos induce de manera confiable respuestas de anticipación de recompensa en el estriado ventral, incluso cuando en realidad no hay recompensas entregado [ 21 ]. Se ha establecido que la utilización de la glucosa está estrechamente asociada con la frecuencia de picos. [ 26 ]Por lo tanto, las tasas de metabolismo de la glucosa se pueden usar para medir la activación basal tónica del cerebro durante el reposo. Mediante el uso de pinza hiperinsulinémica cebada [ 27 ] durante la tomografía por emisión de positrones, pudimos comparar el metabolismo de la glucosa cerebral de individuos obesos y de peso normal en una situación en la que el cuerpo está en un estado de saciedad en términos de señalización de insulina. El experimento de resonancia magnética funcional nos permitió comparar si los individuos obesos y de peso normal difieren con respecto a las respuestas cerebrales regionales y la conectividad efectiva del circuito de recompensa durante la visualización de alimentos apetitosos versus blandos. Finalmente, la combinación de los datos de PET y fMRI nos permitió utilizar las tasas metabólicas regionales de glucosa (GMR) derivadas de la exploración PET para predecir las respuestas cerebrales a alimentos apetitosos en el experimento de fMRI.
Materiales y Métodos
Participantes
El Comité de Ética del Distrito Hospitalario del suroeste de Finlandia aprobó el protocolo de estudio y todos los participantes firmaron formularios de consentimiento informado aprobados por el comité de ética. El estudio se realizó de acuerdo con la Declaración de Helsinki. Tabla 1 Presenta un resumen de los participantes. El grupo obeso consistió en diecinueve sujetos con obesidad mórbida neurológicamente intactos (MIMC (Índice de masa corporal); = 43.87, SDIMC (Índice de masa corporal); = 6.60). Cinco de ellos utilizaron medicamentos antidiabéticos orales y fueron excluidos de los estudios de PET. Dieciséis sujetos voluntarios neurológicamente intactos de peso normal sirvieron como controles (MIMC (Índice de masa corporal); = 24.10, SDIMC (Índice de masa corporal); = 2.07) y se compararon con los pacientes con respecto a la edad, la altura y los índices de hipertensión (es decir, la presión arterial). Los trastornos alimentarios, los trastornos mentales graves y el abuso de sustancias fueron criterios de exclusión para todos los participantes. Un sujeto de peso normal fue excluido de los análisis de datos fMRI debido a un movimiento excesivo de la cabeza.
Tabla 1. Características de los participantes.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t001
Medidas de comportamiento
Antes del experimento, los participantes calificaron su sensación de hambre utilizando una escala analógica visual. Después del experimento fMRI, los participantes calificaron la valencia (agrado frente a lo desagradable) de los estímulos experimentales en una computadora utilizando el Maniquí de autoevaluación [ 28 ] con una escala que va desde 1 (desagradable) a 9 (agradable).
Adquisición y análisis de PET.
Los estudios se realizaron después de las horas de ayuno 12. Los sujetos se abstuvieron de tomar bebidas que contienen cafeína y de fumar 24 horas antes de los estudios PET. Cualquier tipo de actividad física extenuante fue prohibida desde la noche anterior. Se insertaron dos catéteres en venas antecubitales, uno para solución salina, infusiones de insulina y glucosa e inyección de radiotrazador [18F] FDG, y otro en el brazo calentado opuesto para tomar muestras de sangre arterializada. La técnica de pinza hiperinsulinémica euglucémica se utilizó como se describió anteriormente [ 27 ]. La tasa de infusión de insulina fue de 1 mU · kg.-1 · Min-1 (Actrapid, Novo Nordisk, Copenhague, Dinamarca). Durante la hiperinsulinemia, la euglucemia se mantuvo mediante la infusión de 20% de glucosa por vía intravenosa. La velocidad de infusión de glucosa se ajustó de acuerdo con las concentraciones de glucosa en plasma medidas cada 5-10 min de sangre arterializada. En el punto temporal 100 + −10 minutos de pinza hiperinsulinémica euglicémica, [18F] FDG (189 ± 9 MBq) se inyectó por vía intravenosa en el segundo de 40 y la exploración cerebral dinámica para 40 min (cuadros; 4 • 30 s, 3 • 60 s, 7 • 300 s) comenzó. Durante la exploración, se extrajeron muestras de sangre arterial para el análisis de radioactividad. Se utilizó un escáner GE Advance PET (General Electric Medical Systems, Milwaukee, WI, EE. UU.) Con resolución de 4.25 mm para estudios de PET como se describió anteriormente [ 29 ], [ 30 ]. [18F] FDG se sintetizó como se describió anteriormente [ 31 ]. La radioactividad del plasma se midió con un contador gamma automático (Wizard 1480 3 ″, Wallac, Turku, Finlandia).
La tasa de captación de glucosa cerebral se midió para cada voxel por separado de las exploraciones PET dinámicas como se describió anteriormente [ 29 ], [ 30 ], excepto que se usó una constante concentrada de 0.8 [ 32 ]. La normalización y los análisis estadísticos de las imágenes paramétricas del metabolismo de la glucosa se llevaron a cabo con el software SPM 5 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Las imágenes paramétricas se normalizaron en una plantilla interna del metabolismo de la glucosa en el espacio MNI utilizando transformaciones lineales y no lineales, y se suavizaron con un núcleo gaussiano de FWHM de 10 mm. Se utilizaron contrastes t simples para las imágenes paramétricas normalizadas para analizar las diferencias de grupo en el metabolismo de la glucosa. El umbral estadístico se fijó en p <.001, sin corregir, con un tamaño de agrupación mínimo de 100 voxels contiguos. Para las correcciones de pequeño volumen (SVC) en los datos de PET, las regiones de interés a priori definidas anatómicamente dentro del sistema de recompensa (núcleo caudado, amígdala, tálamo, ínsula y corteza orbitofrontal) se definieron utilizando el pickatlas WFU [ 33 ] y AAL [ 34 ] atlas.
Diseño experimental para fMRI
Los estímulos y el diseño se resumen en Figura 1 y XNUMX. Los estímulos fueron fotografías digitalizadas a todo color de alimentos apetitosos (p. Ej. Chocolate, pizza, carne), alimentos blandos (p. Ej., Lentejas, coles, galletas saladas) y autos combinados con respecto a las características visuales de bajo nivel, como la luminosidad media, el contraste RMS y el contraste global. energía. Una muestra independiente de voluntarios sanos de 29 calificó la valencia (desagrado frente a lo agradable) de los estímulos con el SAM. Análisis de las valoraciones de valencia (Mapetitoso = 6.64, Mamable = 3.93, Mcarros = 4.41) estableció que los alimentos apetitosos se calificaron como más agradables que los blandos, t (28) = 10.97, p <.001, y los coches, t (28) = 7.52, p <.001, pero no hubo diferencias en la agradabilidad de las comidas y los coches suaves, t (28) = 1.19.
Figura 1. Diseño experimental para fMRI y ejemplos de los estímulos utilizados.
Los participantes vieron alternar las épocas 15.75 de comidas apetitosas, automóviles y comidas blandas. Cada época consistió en seis estímulos experimentales mezclados pseudoaleatoriamente con tres eventos nulos.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g001
Mientras se escaneaban, los sujetos vieron alternando épocas 15.75-segundos que contenían seis estímulos de una categoría (alimentos apetitosos, alimentos blandos o automóviles) entremezclados con tres eventos nulos. Para estudiar el procesamiento implícito de las imágenes de alimentos, utilizamos breves duraciones de visualización de estímulos y una tarea de comportamiento que no estaba relacionada con el valor hedónico de los estímulos: un único ensayo incluyó una presentación de 1000 ms de una imagen de estímulo seguida de una central de bajo contraste cruz (750 ms). Los eventos nulos comprendieron una presentación 1750 ms de una cruz de bajo contraste. Los estímulos de la comida y del automóvil se desplazaron ligeramente hacia la izquierda o hacia la derecha de la pantalla, y se instruyó a los participantes para que presionaran el botón izquierdo o derecho según el lado en el que se presentó el estímulo. En los ensayos nulos no se exigió respuesta. El orden de los estímulos durante cada época fue pseudoaleatorio con respecto al tipo de ensayo (estímulo o nulo), de manera que no más de tres ensayos consecutivos fueron del mismo tipo. Esta pseudo-aleatorización mejoró la eficiencia del diseño al tiempo que preserva la imprevisibilidad de los estímulos en los participantes ingenuos. [ 35 ]. El campo visual de los estímulos fue aleatorizado y totalmente equilibrado. En total, hubo un total de pruebas de alimentos apetitosos 72 (en las épocas 12), pruebas de alimentos blandos 72 (en las épocas 12) y pruebas de automóviles 144 (en las épocas 24). Para maximizar la potencia del diseño y prevenir los efectos de la alimentación de alimentos apetitosos, el orden de las épocas de estímulo se fijó de tal manera que la época de estímulo del automóvil siempre se presentaba entre las épocas de estímulo apetitoso y suave. La época de inicio de la tarea se compensó entre los participantes. La duración total de la tarea fue 14 minutos. Los participantes practicaron la tarea fuera del escáner antes de comenzar el experimento fMRI.
Adquisición y análisis de fMRI
Las sesiones de escaneo se realizaron alrededor de la mañana o temprano al mediodía (9 am – 2 pm) Se instruyó a los participantes a abstenerse de comer y beber solo agua durante al menos tres horas antes del escaneo. La RM se realizó con el escáner Philips Gyroscan Intera 1.5 T CV Nova Dual en el centro PET de Turku. Imágenes anatómicas de alta resolución (1 mm).3 resolución) se adquirieron utilizando una secuencia ponderada de T1 (TR 25 ms, TE 4.6 ms, ángulo de giro 30 °, tiempo de exploración 376 s). Se obtuvieron datos funcionales de todo el cerebro con una secuencia de imágenes eco planar (EPI), sensible al contraste de la señal dependiente del nivel de oxígeno (BOLD) (TR = 3000 ms, TE = 50 ms, ángulo de giro de 90 °, 192 mm FOV, matriz 64 × 64, ancho de banda de 62.5 kHz, grosor de corte de 4.0 mm, espacio de 0.5 mm entre cortes, cortes intercalados de 30 adquiridos en orden ascendente). Se adquirieron un total de volúmenes funcionales 270, y los primeros volúmenes 5 se descartaron para permitir efectos de equilibrio. Los datos fueron preprocesados y analizados utilizando el software SPM5 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Las imágenes de EPI se interpolaron a tiempo para corregir las diferencias de tiempo de corte y se alinearon con la primera exploración mediante transformaciones rígidas del cuerpo para corregir los movimientos de la cabeza. Las imágenes EPI y estructurales se registraron y normalizaron según la plantilla estándar T1 en el espacio MNI (Montreal Neurological Institute (MNI) - Consorcio internacional para el mapeo cerebral) mediante transformaciones lineales y no lineales, y se suavizaron con un núcleo gaussiano de FWHM 8-mm.
Análisis de efectos regionales.
Se implementó un modelo de efectos aleatorios de todo el cerebro utilizando un proceso de dos etapas (primer y segundo nivel). Este análisis de efectos aleatorios evaluó los efectos sobre la base de la varianza entre sujetos y, por lo tanto, permitió inferencias sobre la población de la que se extrajeron los participantes. Para cada participante, utilizamos un GLM para evaluar los efectos regionales de los parámetros de la tarea en los índices de activación BOLD. El modelo incluyó tres condiciones experimentales (alimentos apetitosos, alimentos blandos y automóviles) y efectos sin interés (parámetros de realineación) para tener en cuenta la variación relacionada con el movimiento. La desviación de la señal de baja frecuencia se eliminó utilizando un filtro de paso alto (corte de 128 segundos) y se aplicó el modelado AR (1) de las autocorrelaciones temporales. Las imágenes de contraste individuales se generaron utilizando el contraste apetitoso - alimentos blandos, así como para el efecto principal de los alimentos (es decir, alimentos apetitosos y blandos frente a otros efectos de interés). El análisis de segundo nivel utilizó estas imágenes de contraste en un nuevo GLM y generó imágenes estadísticas, es decir, mapas SPM-t. Con diseños equilibrados en el primer nivel (es decir, eventos similares para cada sujeto, en números similares), este análisis de segundo nivel se aproxima mucho a un verdadero diseño de efectos mixtos, con varianza dentro y entre sujetos. El análisis inicial reveló que ninguno de los contrastes de segundo nivel entre grupos fue significativo cuando se aplicó una corrección estricta de la tasa de falsos descubrimientos (FDR) en p <.05. En consecuencia, el umbral estadístico se fijó en p <.005, sin corregir, con un tamaño de agrupación mínimo de 20 voxels contiguos para las comparaciones entre grupos.
Interacción psicofisiológica (PPI) en el modelo lineal general (GLM)
La conectividad fisiológica entre dos regiones del cerebro puede variar en función del contexto psicológico. [ 36 ] conocido como una interacción psicofisiológica (PPI). Los IPP pueden identificarse mediante modelos lineales generales sensibles a la modulación contextual de la covarianza relacionada con la tarea. En contraste con el modelado casual dinámico o el modelado de ecuaciones estructurales de conectividad de red, los PPI no requieren un modelo anatómico específico. Más bien, uno comienza con una región de "origen" e identifica cualquier otro vóxel / grupo de "objetivo" en el cerebro con el que esa fuente tiene conectividad dependiente del contexto. Las regiones de destino no necesitan correlacionarse con la tarea o el contexto solo, sino con las interacciones entre estos factores. Los IPP significativos no indican en sí mismos la dirección o neuroquímica de las influencias causales entre las regiones fuente y objetivo, ni si la conectividad está mediada por conexiones mono o polisinápticas, ni cambios en la neuroplasticidad estructural de época a época. Sin embargo, sí indican las interacciones entre los sistemas regionales y los resultados de los PPI de acuerdo con otros métodos de conectividad, como el modelado causal dinámico. [ 37 ].
El núcleo caudado derecho se usó como la región de origen para los análisis de conectividad para el contraste de alimentos blandos menos apetitosos. El máximo global (2, 8, 4) para esta región en el segundo nivel de obesidad versus contraste de peso normal en los análisis de datos de PET (ver a continuación) se utilizó para obtener una estimación estadísticamente independiente del centro de la región de origen; esto efectivamente protegido contra 'doble inmersión' en la selección de la región de origen [ 38 ], y permitió la integración teóricamente plausible de los datos de PET y fMRI. Se generó un ROI esférico con un radio de 10 mm en esta ubicación. La serie de tiempo para cada participante se calculó utilizando el primer eigenvariate de todas las series de tiempo de vóxel en el ROI. Esta serie temporal BOLD se eliminó para estimar una 'serie temporal neuronal' para esta región utilizando los valores predeterminados del parámetro de desconvolución PPI en SPM5 [ 39 ]. El término de interacción psicofisiológica (PPI regresor) se calculó como el producto elemento por elemento de la serie de tiempo neuronal de ROI y un vector que codifica el efecto principal de la tarea (es decir, 1 para alimentos apetitosos, −1 para alimentos blandos). Este producto se volvió a convolver mediante la función de respuesta hemodinámica canónica (hrf). El modelo también incluyó los principales efectos de la tarea convuelta por la hrf, las "series de tiempo neuronales" para cada "fuente" y los regresores de movimiento como efectos sin interés. Sujetos a los modelos de PPI [ 36 ] se ejecutaron y se generaron imágenes de contraste para IBP positivos y negativos. Las regiones identificadas en este análisis de todo el cerebro tienen un cambio mayor o menor en la conectividad con la región de origen según el contexto (es decir, alimentos apetitosos frente a alimentos blandos). Las imágenes de contraste se ingresaron luego en análisis GLM de segundo nivel para contrastes de interés, y se generaron mapas t de SPM utilizando la teoría de los campos aleatorios gaussianos para hacer inferencias estadísticas.
Resultados
Medidas de comportamiento
Las clasificaciones de valencia del estímulo se analizaron con un 3 (estímulo: alimento apetitoso frente a alimento blando frente a automóviles) × 2 (grupo: obesidad frente a peso normal) ANOVA mixto. Esto reveló que las calificaciones de valencia difirieron significativamente entre las categorías de estímulo, F (2,60) = 6.01, p = .004, ηp2 = .17, pero fueron similares en los grupos de obesidad y peso normal (F = 1.46). Múltiples comparaciones con las correcciones de Bonferronni revelaron que los participantes calificaron los alimentos apetitosos como más agradables que los alimentos suaves, t (31) = 4.67, p <.001, o autos, t (31) = 2.76, p = .01, pero no calificaron los alimentos insípidos. los alimentos son más agradables que los automóviles, t (31) = .41. Las calificaciones de hambre también fueron iguales entre los grupos de pacientes y de control (p> .05).
Metabolismo de la glucosa en el cerebro
Los sujetos obesos tenían un metabolismo de la glucosa significativamente mayor en el núcleo caudado derecho que los sujetos de peso normal (X = 4, Y = 8, Z = 4, T = 3.97, p = .03, SVC) (Figura 2 y XNUMX), pero no en ninguna otra región de interés a priori (amígdala, tálamo, ínsula o corteza orbitofrontal).
Figura 2. Las exploraciones PET con 2- [18F] FDG durante la hiperinsulinemia euglicémica muestran que la tasa metabólica de la glucosa (GMR, µmol / 100 g * min) en el núcleo caudado derecho (X = 4, Y = 8, Z = 4) fue significativamente mayor en los sujetos obesos que en los de peso normal (p<.05, SVC).
El panel A muestra el mapa estadístico paramétrico del efecto entre grupos, el panel B muestra los valores GMR del sujeto en el núcleo caudado.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g002
Efectos regionales en fMRI
En todos los sujetos, el contraste entre los alimentos apetitosos y los blandos dio como resultado una activación robusta del circuito de recompensa. Se observaron focos de activación en el córtex prefrontal medial, la circunvolución cingulada anterior, el estriado ventral derecho, la ínsula posterior bilateral y la circunvolución cingulada posterior y precuneus (Figura 3 y XNUMX, Tabla 2). Sin embargo, el análisis entre grupos reveló que la codificación de la recompensa anticipada estaba supeditada a la obesidad. Las respuestas a todos los alimentos (apetitosos y blandos) fueron más altas en los sujetos obesos que en los de peso normal en la amígdala izquierda, el hipocampo, la corteza cingulada posterior y el giro fusiforme, así como la corteza somatosensorial derecha. Sin embargo, las respuestas fueron más bajas en los sujetos obesos que en los de peso normal en el giro frontal superior izquierdo. Tabla 3 Presenta un resumen de estos focos de activación.
Figura 3. Las regiones cerebrales muestran una mayor respuesta a los alimentos apetitosos frente a los blandos en todos los sujetos.
Los alimentos apetitosos aumentaron la actividad en la corteza cingulada anterior (ACC) y posterior (PCC), la corteza prefrontal medial (mPFC), el núcleo caudado derecho (CAUD) y la ínsula bilateral (INS). Los datos se representan en p <005, sin corregir para inspección visual.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g003
Tabla 2. Regiones del cerebro que muestran una mayor respuesta a los alimentos apetitosos frente a los blandos en todos los sujetos, p <.05 (FDR corregido).
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t002
Tabla 3. Diferencias entre los grupos (obesos frente a peso normal y peso normal frente a obesos) en las respuestas cerebrales a todas las imágenes de alimentos (apetitosos y suaves), p <.005 (unc.).
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t003
Luego, preguntamos si los sujetos obesos mostrarían mayores respuestas funcionales específicamente a los alimentos apetitosos en lugar de blandos. Para ello, aplicamos un análisis de interacción entre el grupo (obesos, peso normal) y el tipo de alimento (apetitoso, insípido). De acuerdo con la predicción de que la obesidad estaría asociada con la hiperactividad en el circuito de recompensa, la respuesta a los alimentos apetitosos frente a los blandos en el núcleo caudado derecho fue mayor en las personas obesas que en las de peso normal (Figura 4a, Tabla 4). En contraste, los sujetos obesos tuvieron respuestas funcionales más pequeñas a los alimentos apetitosos frente a los blandos que los sujetos de peso normal en la ínsula izquierda, la corteza frontal lateral, el lóbulo parietal superior, la corteza orbitofrontal derecha y el giro temporal superior (Figura 4b, Tabla 4). Por lo tanto, los sujetos obesos parecían tener un desequilibrio en las respuestas funcionales regionales a la recompensa alimentaria anticipada: mayores respuestas en el núcleo caudado y respuestas más pequeñas en varias regiones corticales frontales
Figura 4. Respuestas BOLD diferenciales a alimentos apetitosos y blandos en sujetos con peso normal y obesos en el núcleo caudado y la ínsula anterior.
Las respuestas cerebrales a los alimentos apetitosos frente a los blandos fueron mayores en la cabeza del núcleo caudado derecho (CAUD) de los pacientes obesos, mientras que las respuestas a los alimentos apetitosos frente a los blandos fueron mayores en la ínsula anterior derecha (INS) de los individuos de peso normal . Los datos se representan en p <005, sin corregir para la inspección visual.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g004
Tabla 4. Diferencias entre grupos (obesos frente a peso normal y peso normal frente a obesos) en las respuestas cerebrales a los alimentos apetitosos frente a los blandos, p <.005 (unc.).
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t004
Finalmente, examinar si se observa hiperactividad tónica del núcleo caudado en la [18F] La exploración con PET con FDG predeciría una recompensa anticipada anormal en la IRMf, primero extrajimos los valores GMR del sujeto en el núcleo caudado de las imágenes GMR paramétricas. A continuación, utilizamos estos valores como regresores en un modelo de segundo nivel que compara las respuestas en NEGRO con los alimentos apetitosos frente a los blandos en la IRMf. Este análisis mostró que el aumento del metabolismo de la glucosa en el núcleo caudado predecía respuestas más pequeñas a los alimentos apetitosos frente a los blandos, específicamente en la corteza frontal lateral derecha (Figura 5 y XNUMX). Este hallazgo es consistente con un control inhibitorio insuficiente de los sistemas de recompensa subcortical por parte de la corteza frontal.
Figura 5. La tasa metabólica de glucosa alta (GMR, µmol / 100 g * min) en el núcleo caudado durante la exploración con PET con FNG con 2- [18F] FDG se asoció negativamente con las respuestas a los alimentos apetitosos frente a los blandos en la corteza frontal lateral derecha (LFC) en el experimento con RMf.
El panel A muestra la región donde se observó la diferencia, el panel B muestra un diagrama de dispersión de las respuestas GMR y BOLD.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g005
Interacciones psicofisiológicas
Habiendo encontrado evidencia de un papel central del núcleo caudado en la mediación de la recompensa anticipatoria anormal en la obesidad, a continuación preguntamos si esta región cerebral tiene una conectividad funcional anormal relacionada con la tarea con otras regiones cerebrales clave, como las del sistema límbico. Es decir, preguntamos qué regiones del cerebro serían centrales en la modulación de la actividad relacionada con la recompensa anticipatoria en el núcleo caudado al ver alimentos apetitosos versus blandos. Usamos interacciones psicofisiológicas para determinar la conectividad funcional del núcleo caudado, usando el vóxel con la mayor diferencia en el metabolismo de la glucosa en los datos de PET como el centro de la región semilla. Encontramos que los sujetos obesos mostraron una conectividad significativamente más fuerte entre el núcleo caudado derecho y la amígdala basolateral derecha (X = 33, Y = −5, Z = −16, T = 3.92, p <.005, unc.), Corteza somatosensorial primaria (X = 39, Y = −13, Z = 32, T = 3.63, p <.005, unc.) Y la ínsula posterior (X = 30, Y = 14, Z = 18, T = 3.47, p <.005, unc .) que los sujetos de peso normal (Figura 6 y XNUMX).
Figura 6. Conectividad efectiva.
Al ver alimentos apetitosos versus blandos, la conectividad efectiva entre el núcleo caudado derecho y la amígdala derecha (AMY), la ínsula (INS) y la corteza somatosensorial (SSC) fue mayor en sujetos obesos que en sujetos de peso normal. Los datos se representan en p <005, sin corregir para inspección visual.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g006
Discusión
Este estudio revela las formas específicas en que la obesidad modifica la capacidad de respuesta y las conexiones funcionales del circuito de recompensa en el cerebro.. Específicamente, los resultados subrayan un papel central para el núcleo caudado dorsal, una región que promueve el aprendizaje habitual y la motivación de incentivos, en la integración de diversas entradas neuronales en el proceso de recompensa anticipada de alimentos. Durante la hiperinsulinemia lograda con la pinza euglucémica hiperinsulinémica, el núcleo caudado dorsal tuvo un mayor metabolismo de la glucosa basal en sujetos obesos que en sujetos de peso normal. El experimento de resonancia magnética funcional mostró que, aunque los sujetos obesos y de peso normal dieron autoinformes similares sobre el agrado de los estímulos alimentarios, los estímulos provocaron patrones diferenciales de activación cerebral y cambios en la conectividad entre los dos grupos. Cuando se contrastaron alimentos apetitosos y blandos, el núcleo caudado mostró mayor respuesta en los sujetos obesos. Por el contrario, los sujetos obesos no lograron activar las regiones inhibidoras corticales, como las cortezas dorsolateral y orbitofrontal, en respuesta a la comida apetitosa; este fenómeno también se correlacionó significativamente con un mayor metabolismo de la glucosa basal en el núcleo caudado dorsal. Finalmente, la misma región del núcleo caudado dorsal que mostró un metabolismo elevado de la glucosa en los participantes obesos frente a los de peso normal también mostró una mayor conectividad con la amígdala y la ínsula posterior en los sujetos obesos mientras veían alimentos apetitosos versus blandos. Es importante destacar que estos efectos se observaron en condiciones en las que los participantes no prestaban atención deliberadamente al contenido de las imágenes de estímulo. En consecuencia, los resultados sugieren que el procesamiento de recompensa implícita de las señales visuales para comer está modulado por la obesidad, lo que puede explicar por qué los individuos obesos tienen problemas para restringir su alimentación al ver alimentos con alto contenido calórico. No obstante, debemos señalar que es posible que los participantes hayan estado involucrados hasta cierto punto en el procesamiento de recompensas explícitas, aunque la tarea de comportamiento fuera independiente del valor de recompensa de las imágenes de alimentos. En consecuencia, los estudios futuros deben establecer si los individuos obesos y de peso normal podrían diferir con respecto al procesamiento de recompensa implícito versus explícito.
Diferencias regionales en el núcleo caudado
El núcleo caudado dorsal se ha implicado en el aprendizaje, la motivación y el acondicionamiento de estímulo-respuesta habituales, y los estudios de imágenes en humanos sugieren que contribuye a una variedad de funciones relacionadas con la señalización de recompensa y las adicciones.. Los pacientes con adicción a las drogas muestran una menor línea de base D2 receptor (D2R) densidad en el cuerpo estriado, y liberación brusca de dopamina después de la administración de la droga de abuso [ 40 ]. El consumo de alimentos también se asocia con la liberación de dopamina en el cuerpo estriado dorsal en sujetos sanos, y la cantidad de dopamina liberada se correlaciona positivamente con las clasificaciones de la amabilidad de los alimentos [ 12 ]. En los experimentos con resonancia magnética funcional, la activación del núcleo caudado se ha asociado con antojos autoinformados para alimentos específicos [ 8 ], y se ha encontrado que los sujetos obesos muestran respuestas estriadas elevadas a las imágenes de alimentos [ 10 ]. Los sujetos obesos también han bajado la línea de base del estriado D2Densidad de R, y se ha propuesto que esto puede reflejar una regulación a la baja que compensa los aumentos transitorios frecuentes de dopamina debido a la sobreestimulación perpetua del circuito de recompensa por consumo de drogas o alimentación. [ 11 ].
Al utilizar la pinza hiperinsulinémica, simulamos una situación en la que el cuerpo se encuentra en un estado de saciedad en términos de señalización de insulina. Aunque este enfoque no simula completamente la saciedad fisiológica debido a la falta de estimulación orosensorial y la liberación de hormonas desde el intestino, se ha demostrado que la glucosa intravenosa controlada por placebo aumenta los marcadores hormonales de la saciedad [ 41 ] y actividad dopaminérgica en el circuito de recompensa en varones. [ 42 ]. Encontramos que el cuerpo estriado dorsal de los sujetos obesos permanece hiperactivo en comparación con los sujetos de peso normal durante la pinza hiperinsulinémica. Dado que el pinzamiento mantiene niveles de glucosa en sangre estables, el metabolismo elevado de la glucosa en los sujetos obesos durante la pinza sugiere que el núcleo caudado de los sujetos obesos puede contribuir a la ansiedad por la comida, incluso cuando la concentración de glucosa en la sangre no puede disminuir. Además, debido a su participación en el aprendizaje implícito y la formación de hábitos, el caudado puede contribuir al procesamiento de señales de saciedad tanto implícitas (periféricas) como explícitas (visuales, orosensoriales). Estas señales podrían conducir posteriormente a comer en exceso incluso cuando el cuerpo no requeriría una ingesta de energía adicional.
Se ha establecido que en sujetos obesos, D2La disponibilidad de R en el cuerpo estriado se asocia negativamente con el metabolismo de la glucosa frontocortical [ 43 ]. Nuestros datos combinados de PET-fMRI fueron paralelos a estos hallazgos. Cuando el metabolismo de la glucosa en el núcleo caudado se usó como un regresor para modelar las respuestas funcionales a los alimentos apetitosos frente a los blandos en la RMF, encontramos una asociación negativa significativa con el metabolismo de la glucosa en el núcleo caudado y las respuestas BOLD prefrontales (Figura 5 y XNUMX). En consecuencia, el hecho de no activar los mecanismos prefrontales que contribuyen al control inhibitorio y la atribución de saliencia podría promover la sobrealimentación al reducir el umbral para la señalización de recompensa inducida por los alimentos en el núcleo caudado. Sin embargo, también hay que señalar que algunos estudios previos [ 19 ] han reportado respuestas frontales elevadas a las imágenes de alimentos en individuos obesos versus individuos de peso normal. Es probable que estas discrepancias entre los estudios reflejen el compromiso dependiente de la tarea de la corteza frontal: mientras que nuestro estudio involucró el procesamiento implícito de señales de alimentos presentadas brevemente, Rothemund y sus colegas emplearon una presentación de estímulos relativamente larga con una tarea de memoria. Por lo tanto, es posible que los individuos obesos no activen los circuitos de control cognitivo, particularmente cuando no están procesando explícitamente los alimentos que están viendo. En consecuencia, esto sugiere que incluso las imágenes de comida 'no vistas' o desatendidas en diversos anuncios podrían desencadenar poderosos impulsos para comer en individuos obesos.
Conectividad efectiva de Caudate Nucleus y Amygdala
La amígdala está involucrada en las primeras etapas del procesamiento de la recompensa. [ 44 ], y muestra respuestas consistentes a presentaciones visuales de alimentos. [ 6 ], [ 22 ]. Diferencias individuales en ambos premios. [ 21 ] y peso corporal [ 10 ] Se sabe que influyen en las respuestas de la amígdala a las presentaciones visuales de los alimentos. En el presente estudio también encontramos que las respuestas de la amígdala a los alimentos eran elevadas en los sujetos obesos. Además, cuando se inspeccionaron los patrones de conectividad (IPP) efectivos del núcleo caudado, encontramos que la conectividad del núcleo caudado y la amígdala ipsilateral se elevó en los sujetos obesos. En sentido general, estos datos concuerdan con los hallazgos previos en sujetos de peso normal que muestran que la conectividad efectiva entre la amígdala y el estrato está influenciada por las diferencias individuales en el deseo autoinformado de comer a la vista de los alimentos ("sensibilidad externa de los alimentos") [ 22 ]. Sin embargo, mientras que estudios previos han encontrado que particularmente el estriado ventral está involucrado en la anticipación de la recompensa [ 21 ] y ese acoplamiento entre el cuerpo estriado ventral (núcleo accumbens) y la amígdala está influenciado por la sensibilidad externa de los alimentos. [ 22 ], encontramos que la obesidad influyó en el acoplamiento entre la amígdala y las partes más dorsales del núcleo caudado. La evidencia con respecto al papel del cuerpo estriado dorsal en el procesamiento de la recompensa es bastante mixta, con algunos estudios que lo vinculan con el procesamiento anticipatorio [ 45 ] y otros a consumatorios. [ 46 ] recompensas Sin embargo, el papel del estriado dorsal en la codificación de las asociaciones acción-resultado para obtener recompensas potenciales está mucho mejor establecido [ 47 ], [ 48 ]. En consecuencia, proponemos que las exposiciones repetidas a alimentos sabrosos en la obesidad resulten en fuertes asociaciones y preferencias de respuesta de estímulo-recompensa de los alimentos, y evaluaciones de resultados implícitamente comprometidas con respecto a las posibles recompensas en individuos obesos, por lo que modulan la interconectividad entre la amígdala y el estriado dorsal a la vista de los alimentos
La interpretación de un PPI significativo es que existe un compromiso diferencial de las conexiones anatómicas en función del contexto psicológico. Aunque el PPI no se puede usar para revelar si tales conexiones existen o no, es probable que los PPI que observamos reflejen cambios en el compromiso de las conexiones anatómicas directas entre las regiones de la semilla y el objetivo porque tales conexiones anatómicas directas entre el cuerpo estriado y la amígdala son compatibles. trazando estudios en otros primates [ 49 ], [ 50 ]. Sin embargo, los IBP no se pueden usar para inferir la direccionalidad de la conectividad observada, por lo que no podemos decir si i) el aumento del metabolismo de la glucosa en el núcleo caudado aumenta la conectividad entre el núcleo del caudado y la amígdala o ii) el aumento de entradas de la amígdala aumenta el metabolismo de la glucosa en el núcleo caudado.
Las neuronas de la amígdala facilitan la búsqueda de recompensas a través de sus proyecciones al estriado [ 44 ]. La estimulación de los receptores opioides μ en el estriado desencadena el comer en exceso, pero esto puede ser bloqueado por la inactivación de la amígdala [ 51 ], [ 52 ]. Por consiguiente, la conectividad elevada del amígdalo-estriado puede conducir a aumentos tónicos en la actividad del núcleo caudado, que podría ser el mecanismo crítico que explica la sobrealimentación en la obesidad. En conjunto, la amígdala podría participar en la recompensa anticipada de alimentos al asignar valencia emocional a las señales de alimentos apetitosos e influir en los patrones de alimentación aprendidos y compulsivos mediante una mayor conectividad con el núcleo caudado dorsal.
Conectividad efectiva del núcleo caudado y la ínsula
Los análisis de PPI revelaron que la interconectividad entre el cuerpo estriado dorsal y la ínsula posterior era elevada en los sujetos obesos en comparación con los de peso normal, mientras que las respuestas regionales a los alimentos apetitosos frente a los blandos en la ínsula anterior eran menores en los sujetos obesos. La ínsula anterior integra las señales autonómicas y viscerales en las funciones motivacionales y emocionales, mientras que la íntima posterior se cree que subyace a la integración somatosensorial, vestibular y motora, así como a los estados corporales de monitoreo. [ 53 ]. Trabajos recientes también señalan que la señalización somatosensorial en la ínsula puede contribuir significativamente a la adicción, particularmente con las ganas de consumir la droga del abuso (ver la revisión en la ref. [ 53 ]). Estudios anteriores de PET y fMRI han relacionado la ínsula con el procesamiento de lo agradable de las señales externas de alimentos [ 8 ], [ 9 ], [ 46 ], pero las señales periféricas como la leptina también influyen en la respuesta insular al ver los alimentos. En los adultos con deficiencia de leptina, las respuestas insulares a los alimentos apetitosos son mayores durante la deficiencia de leptina que durante el reemplazo de la leptina [ 54 ]. Además, en sujetos obesos con deficiencia de leptina, el reemplazo de leptina amortigua las respuestas insulares al ver alimentos apetitosos [ 55 ]. A medida que la ínsula procesa señales internas (es decir, hormonales) y externas (es decir, visuales) relacionadas con los alimentos [ 56 ]Las interrupciones en esta integración de señales internas y externas pueden hacer que los sujetos obesos sean más propensos a comer en exceso a la vista de los alimentos debido a la elevada conectividad de la ínsula y el estriado dorsal. Debido a que la ínsula posterior está involucrada en el monitoreo de los estados corporales, la conectividad mejorada entre la ínsula posterior y el núcleo caudado dorsal podría implicar que las representaciones recordadas de los estados somáticos posprandiales por la ínsula podrían potencialmente reforzar las conductas de alimentación a través del aprendizaje por incentivos sustentado por el núcleo caudado dorsal. [ 18 ]. De acuerdo con esta noción, el núcleo caudado también mostró una mayor conectividad relacionada con la tarea con la corteza somatosensorial en la obesidad, lo que confirma que las simples señales visuales de los alimentos pueden desencadenar sensaciones somáticas asociadas con la alimentación. Estas sensaciones pueden promover aún más la alimentación incluso en ausencia de señales fisiológicas de hambre. [ 15 ]. Sin embargo, se debe tener en cuenta que algunos estudios previos han encontrado elevadas respuestas insulares anteriores a las recompensas esperadas y consumidas relacionadas con los alimentos en personas obesas en lugar de en personas delgadas. [ 10 ], [ 57 ]. Aunque no tenemos una explicación clara de estos hallazgos discrepantes, es posible que reflejen las diferencias en las poblaciones de sujetos obesos que participan en los estudios, como el historial y los hábitos alimentarios, así como los factores genéticos y hormonales.
Limitaciones y direcciones futuras.
Una limitación obvia del presente estudio fue que, a pesar del gran tamaño de la muestra (n = 35), las comparaciones entre los grupos para los datos de fMRI no fueron significativas cuando se corrigieron para realizar comparaciones múltiples. Aunque las diferencias entre los grupos se observaron en las regiones predichas, se debe tener precaución al interpretar los hallazgos. Además, se debe enfatizar que no pudimos delinear completamente el mecanismo psicológico exacto que resulta en respuestas cerebrales elevadas a las imágenes de alimentos en individuos obesos. A pesar de que adquirimos una clasificación de la simpatía percibida ("gusto") de los alimentos, estos fueron similares en individuos obesos y de peso normal. En consecuencia, es poco probable que el aumento en el gusto por los alimentos apetitosos en la obesidad contribuya a las diferencias en las respuestas cerebrales. Sin embargo, se podría especular que el deseo de alimentos en lugar de gustar podría ser el factor clave que modula las respuestas del cerebro a las imágenes de alimentos en la obesidad. En apoyo de esta hipótesis, se ha demostrado que a pesar de que a los individuos les gustan los obesos y de peso normal de manera similar, el deseo de alimentos inducido por el estrés es mucho mayor en los individuos obesos. [ 58 ]. Por lo tanto, en futuros estudios funcionales de imágenes, sería imperativo desentrañar las respuestas de "deseo" y "gusto" a los alimentos en individuos obesos en comparación con los de peso normal. Además, dado que las respuestas de deseo están mediadas por el enlace dopaminérgico del circuito de recompensa, [ 24 ], sería imperativo realizar estudios combinados de neurotransmisor-PET-fMRI en los que se pueda probar si, por ejemplo, la disponibilidad de dopamina estriatal en individuos obesos frente a delgados predice las respuestas del circuito de recompensa a la estimulación externa con alimentos.
Conclusión
Mostramos que la obesidad está asociada con un metabolismo elevado de la glucosa del núcleo caudado, así como con respuestas regionales modificadas y conectividad alterada del circuito de recompensa cuando se ven alimentos apetitosos frente a alimentos blandos. Estos datos son paralelos a los hallazgos sobre el funcionamiento cerebral alterado en trastornos adictivos, y respaldan la opinión de que la obesidad puede compartir un sustrato neuronal común con adicciones [ 2 ], [ 59 ]. Específicamente, una mayor sensibilidad a las señales externas de los alimentos en la obesidad puede implicar un aprendizaje de estímulo-respuesta anormal y una motivación de incentivo servida por el núcleo caudado dorsal, que a su vez puede deberse a una entrada anormalmente alta de la amígdala y la ínsula posterior y un control inhibitorio disfuncional por el frontal regiones corticales. Estos cambios funcionales en la capacidad de respuesta e interconectividad del circuito de recompensa y los sistemas de control cognitivo podrían ser un mecanismo crítico que explica la sobrealimentación en la obesidad.y.
El estudio se llevó a cabo dentro del Centro Finlandés de Excelencia en Imagen Molecular en Investigación Cardiovascular y Metabólica, apoyado por la Academia de Finlandia, la Universidad de Turku, el Hospital de la Universidad de Turku y la Universidad de la Academia Åbo. Agradecemos a los radiólogos de Turku PET Center por su ayuda con la adquisición de datos, así como a nuestros participantes por hacer posible este estudio.
Concebido y diseñado los experimentos: LN JH PN. Realizó los experimentos: LN JH JCH HI MML PS. Analicé los datos: LN JH JCH HI. Escribió el papel: LN JH PN.
Referencias
QUIENES (2000) Obesidad: prevención y manejo de la epidemia global. Informe de una consulta de la OMS. Representante técnico de World Health Organ Ser 894: i – xii, 1 – 253. Encuentra este artículo en línea
Volkow ND, RA sabio (2005) ¿Cómo puede la adicción a las drogas ayudarnos a entender la obesidad? Nature Neuroscience 8: 555 – 560. Encuentra este artículo en línea
Berridge KC (1996) Food recompensa: sustratos cerebrales de querer y gustar. Revisiones de neurociencia y comportamiento biológico 20: 1 – 25. Encuentra este artículo en línea
Ikemoto S, Panksepp J (1999) El papel del núcleo accumbens dopamina en el comportamiento motivado: una interpretación unificadora con referencia especial a la búsqueda de recompensa. Brain Research Reviews 31: 6 – 41. Encuentra este artículo en línea
Kelley AE (2004) Control ventral del estriado de la motivación apetitiva: Papel en el comportamiento ingestivo y aprendizaje relacionado con la recompensa. Revisiones de neurociencia y comportamiento biológico 27: 765 – 776. Encuentra este artículo en línea
Killgore WDS, Young AD, Femia LA, Bogorodzki P, Rogowska J, et al. (2003) Activación cortical y límbica durante la visualización de alimentos con alto contenido de calorías y bajos en calorías. NeuroImage 19: 1381 – 1394. Encuentra este artículo en línea
LaBar KS, Gitelman DR, Parrish TB, Kim YH, Nobre AC, et al. (2001) El hambre modula selectivamente la activación corticolímbica a los estímulos alimentarios en los seres humanos. Neurociencia del comportamiento 115: 493 – 500. Encuentra este artículo en línea
Pelchat ML, Johnson A, Chan R, Valdez J, Ragland JD (2004) Imágenes del deseo: activación de ansia por la comida durante la IRMf. NeuroImage 23: 1486 – 1493. Encuentra este artículo en línea
Wang GJ, Volkow ND, Telang F, Jayne M, Ma J, et al. (2004) La exposición a estímulos alimenticios apetitivos activa notablemente el cerebro humano. Neuroimagen 21: 1790 – 1797. Encuentra este artículo en línea
Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW Iii, Twieg DB, Knowlton RC, et al. (2008) Activación generalizada del sistema de recompensa en mujeres obesas en respuesta a imágenes de alimentos ricos en calorías. NeuroImage 41: 636 – 647. Encuentra este artículo en línea
Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, y otros. (2001) Dopamina cerebral y obesidad. Lancet 357: 354 – 357. Encuentra este artículo en línea
Pequeño DM, Jones-Gotman M, Dagher A (2003) La liberación de dopamina inducida por la alimentación en el cuerpo estriado dorsal se correlaciona con las calificaciones de amabilidad de las comidas en voluntarios humanos sanos. NeuroImage 19: 1709 – 1715. Encuentra este artículo en línea
Kelley AE, Berridge KC (2002) La neurociencia de las recompensas naturales: relevancia para las drogas adictivas. Journal of Neuroscience 22: 3306 – 3311. Encuentra este artículo en línea
Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Telang F (2008) Circuitos neuronales superpuestos en la adicción y la obesidad: evidencia de patología de sistemas. Transacciones filosóficas de la Royal Society B-Biological Sciences 363: 3191 – 3200. Encuentra este artículo en línea
Cornell CE, Rodin J, Weingarten H (1989) Alimentación inducida por estímulos cuando está saciada. Physiol Behav 45: Encuentra este artículo en línea
Koob GF, Volkow ND (2010) Neurocircuitos de adicción. Neuropsicofarmacología 35: 217 – 238. Encuentra este artículo en línea
Volkow ND, Wang GJ, Telang F, Fowler JS, Thanos PK, et al. (2008) Los receptores D2 estriados bajos en dopamina se asocian con el metabolismo prefrontal en sujetos obesos: posibles factores contribuyentes. NeuroImage 42: 1537 – 1543. Encuentra este artículo en línea
Verdejo-García A, Bechara A (2009) Una teoría marcadora somática de la adicción. Neurofarmacología 56: 48 – 62. Encuentra este artículo en línea
Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, et al. (2007) Activación diferencial del estriado dorsal por estímulos visuales de alimentos con alto contenido calórico en individuos obesos. NeuroImage 37: 410 – 421. Encuentra este artículo en línea
Franken IHA, Muris P (2005) Las diferencias individuales en la sensibilidad de la recompensa están relacionadas con el deseo de alimentos y el peso corporal relativo en mujeres sanas. Appetite 45: 198 – 201. Encuentra este artículo en línea
Beaver JB, Lawrence AD, van Ditzhuijzen J, Davis MH, Woods A, et al. (2006) Las diferencias individuales en el impulso de recompensa predicen las respuestas neuronales a las imágenes de los alimentos. Journal of Neuroscience 26: 5160 – 5166. Encuentra este artículo en línea
Passamonti L, Rowe JB, Schwarzbauer C, Ewbank MP, von dem Hagen E, et al. (2009) La personalidad predice la respuesta del cerebro a ver alimentos apetitosos: la base neural de un factor de riesgo para comer en exceso. J Neurosci 29: 43–51. Encuentra este artículo en línea
Dagher A (2009) La neurobiología del apetito: el hambre como adicción. Revista Internacional de Obesidad 33: S30 – S33. Encuentra este artículo en línea
Berridge KC, Ho CY, Richard JM, DiFeliceantonio AG (2010) El cerebro tentado come: Placer y circuitos de deseo en la obesidad y trastornos de la alimentación. Investigación del cerebro 1350: 43 – 64. Encuentra este artículo en línea
Stoeckel LE, Kim J, Weller RE, Cox JE, Cook EW Iii, et al. (2009) Conectividad efectiva de una red de recompensas en mujeres obesas. Boletín de investigación del cerebro 79: 388 – 395. Encuentra este artículo en línea
Sokoloff L (1999) Energética de la activación funcional en tejidos neurales. Investigación neuroquímica 24: 321 – 329. Encuentra este artículo en línea
DeFronzo RA, Tobin JD, Andres R (1979) Técnica de pinza de glucosa: un método para cuantificar la secreción de insulina y la resistencia. AmJPhysiol 237: E214 – E223. Encuentra este artículo en línea
Bradley MM, Lang PJ (1994) Midiendo la emoción - El maniquí de autoevaluación y el diferencial semántico. Revista de terapia conductual y psiquiatría experimental 25: 49–59. Encuentra este artículo en línea
Kaisti KK, Langsjo JW, Aalto S, Oikonen V, Sipila H, et al. (2003) Efectos del sevoflurano, propofol y óxido nitroso adjunto sobre el flujo sanguíneo cerebral regional, el consumo de oxígeno y el volumen de sangre en los seres humanos. Anestesiología 99: 603 – 613. Encuentra este artículo en línea
Kaisti KK, Metsahonkala L, Teras M, Oikonen V, Aalto S, et al. (2002) Efectos de los niveles quirúrgicos de propofol y sevoflurano anestesia en el flujo sanguíneo cerebral en sujetos sanos estudiados con tomografía por emisión de positrones. Anestesiología 96: 1358 – 1370. Encuentra este artículo en línea
Hamacher K, Coenen HH, Stocklin G (1986) Síntesis estereoespecífica eficiente de 2- [F-18] -Fluoro-2-desoxi-D-glucosa agregada sin portador utilizando la sustitución de nucleófilo con soporte de aminopoliéter. Diario de medicina nuclear 27: 235 – 238. Encuentra este artículo en línea
Graham MM, Muzi M, Spence AM, O'Sullivan F, Lewellen TK, et al. (2002) La FDG acumulada constante en el cerebro humano normal. Diario de medicina nuclear 43: 1157 – 1166. Encuentra este artículo en línea
Maldjian JA, Laurienti PJ, Kraft RA, Burdette JH (2003) Un método automatizado para la interrogación basada en atlas neuroanatómica y citoarquitectónica de conjuntos de datos fMRI. Neuroimagen 19: 1233 – 1239. Encuentra este artículo en línea
Tzourio-Mazoyer N, Landeau B, Papathanassiou D, Crivello F, Etard O, et al. (2002) Etiquetado anatómico automatizado de activaciones en SPM utilizando una parcelación anatómica macroscópica del cerebro de un solo sujeto MNI MRI. Neuroimagen 15: 273 – 289. Encuentra este artículo en línea
Amaro E, Barker GJ (2006) Diseño del estudio en MRI: Principios básicos. Cerebro y cognición 60: 220 – 232. Encuentra este artículo en línea
Friston KJ, Buechel C, Fink GR, Morris J, Rolls E, et al. (1997) Interacciones psicofisiológicas y moduladoras en neuroimagen. NeuroImage 6: 218 – 229. Encuentra este artículo en línea
Passamonti L, Rowe JB, Ewbank M, Hampshire A, Keane J, et al. (2008) La conectividad del cingulado anterior ventral a la amígdala se modula por la motivación del apetito en respuesta a las señales faciales de agresión. NeuroImage 43: 562 – 570. Encuentra este artículo en línea
Kriegeskorte N, Simmons WK, Bellgowan PSF, Baker CI (2009) Análisis circular en neurociencia de sistemas: los peligros de la doble inmersión. Nature Neuroscience 12: 535 – 540. Encuentra este artículo en línea
Gitelman DR, Penny WD, Ashburner J, Friston KJ (2003) Modelado de interacciones regionales y psicofisiológicas en fMRI: la importancia de la deconvolución hemodinámica. NeuroImage 19: 200 – 207. Encuentra este artículo en línea
Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ, Swanson JM (2004) La dopamina en el abuso de drogas y la adicción: resultados de estudios de imágenes e implicaciones de tratamiento. Psiquiatría Molecular 9: 557 – 569. Encuentra este artículo en línea
Haltia LT, Savontaus E, Vahlberg T, Rinne JO, Kaasinen V (2010) Cambios hormonales agudos después de la exposición a glucosa intravenosa en sujetos humanos delgados y obesos. Revista escandinava de investigación clínica y de laboratorio 70: 275–280. Encuentra este artículo en línea
Haltia LT, Rinne JO, Merisaari H, Maguire RP, Savontaus E, et al. (2007) Efectos de la glucosa intravenosa sobre la función dopaminérgica en el cerebro humano in vivo. Synapse 61: 748 – 756. Encuentra este artículo en línea
Volkow ND, Wang GJ, Telang F, Fowler JS, Thanos PK, et al. (2008) Los receptores D2 estriados bajos en dopamina se asocian con el metabolismo prefrontal en sujetos obesos: posibles factores contribuyentes. NeuroImage 42: 1537 – 1543. Encuentra este artículo en línea
Ambroggi F, Ishikawa A, Fields HL, Nicola SM (2008) Las neuronas basolaterales de la amígdala facilitan el comportamiento de búsqueda de recompensa por las neuronas del núcleo accumbens. Neuron 59: 648 – 661. Encuentra este artículo en línea
Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Logan J, Jayne M, et al. (2002) La motivación alimentaria "no hedónica" en humanos implica la dopamina en el estriado dorsal y el metilfenidato amplifica este efecto. Synapse 44: 175 – 180. Encuentra este artículo en línea
Pequeño DM, Zatorre RJ, Dagher A, Evans AC, Jones-Gotman M (2001) Cambios en la actividad cerebral relacionados con la ingesta de chocolate: del placer a la aversión. Brain 124: 1720-1733. Encuentra este artículo en línea
O'Doherty J, Dayan P, Schultz J, Deichmann R, Friston K, et al. (2004) Roles disociables del estriado ventral y dorsal en el condicionamiento instrumental. Ciencia 304: 452 – 454. Encuentra este artículo en línea
Balleine BW, Delgado MR, Hikosaka O (2007) El papel del estriado dorsal en la recompensa y la toma de decisiones. Journal of Neuroscience 27: 8161 – 8165. Encuentra este artículo en línea
Russchen FT, Bakst I, Amaral DG, Price JL (1985) Las proyecciones amigdalostriatales en el mono: un estudio de rastreo anterógrado. Brain Research 329: 241-257. Encuentra este artículo en línea
Friedman DP, Aggleton JP, Saunders RC (2002) Comparación de proyecciones de hipocampo, amígdala y perirhinal al núcleo accumbens: estudio combinado de rastreo anterógrado y retrógrado en el cerebro de macaco. Revista de Neurología Comparativa 450: 345 – 365. Encuentra este artículo en línea
Will MJ, Franzblau EB, Kelley AE (2004) La amígdala es crítica para el consumo excesivo de grasa de los opioides. NeuroReport 15: 1857 – 1860. Encuentra este artículo en línea
Baldo BA, Alsene KM, Negron A, Kelley AE (2005) Hiperfagia inducida por la inhibición mediada por el receptor GABAA de la cáscara del núcleo accumbens: dependencia de la salida neuronal intacta de la región amígdaloide central. Neurociencia del comportamiento 119: 1195 – 1206. Encuentra este artículo en línea
Naqvi NH, Bechara A (2009) La isla oculta de la adicción: la ínsula. Tendencias en neurociencias 32: 56 – 67. Encuentra este artículo en línea
Baicy K, London ED, Monterosso J, Wong ML, Delibasi T, et al. (2007) El reemplazo de leptina altera la respuesta del cerebro a las señales de los alimentos en adultos con deficiencia de leptina genéticamente. Actas de la Academia Nacional de Ciencias 104: 18276 – 18279. Encuentra este artículo en línea
Rosenbaum M, Sy M, Pavlovich K, Leibel RL, Hirsch J (2008) La leptina revierte los cambios inducidos por la pérdida de peso en las respuestas de la actividad neuronal regional a los estímulos visuales de los alimentos. La revista de investigación clínica 118: 2583 – 2591. Encuentra este artículo en línea
Cornier MA, Salzberg AK, Endly DC, Bessesen DH, Rojas DC, et al. (2009) Los efectos de la sobrealimentación en la respuesta neuronal a las señales visuales de los alimentos en individuos delgados y con obesidad reducida. PLoS ONE 4: e6310. Encuentra este artículo en línea
Stice E, Spoor S, Bohon C, Veldhuizen MG, Small DM (2008) Relación de la recompensa de la ingesta de alimentos y la ingesta de alimentos anticipada a la obesidad: un estudio de imágenes de resonancia magnética funcional. Diario de psicología anormal 117: 924 – 935. Encuentra este artículo en línea
Lemmens SG, Rutters F, Nacido JM, Westerterp-Plantenga MS (en prensa) El estrés aumenta el "deseo" de alimentos y la ingesta de energía en sujetos con sobrepeso visceral en ausencia de hambre. Fisiología y comportamiento en prensa, prueba corregida.
Nathan PJ, Bullmore ET (2009) Del gusto hedónico al impulso motivacional: receptores centrales opioides mu y comportamiento de atracón. Revista Internacional de Neuropsicofarmacología 12: 995 – 1008. Encuentra este artículo en línea
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