Epätoivottu syöminen lihavilla nuorilla liittyy orbitofrontal-volyymin pienenemiseen ja toimeenpanevaan toimintahäiriöön (2011)

L Maayan,^{2,4 *} C Hoogendoorn,^1* V hiki,¹ ja A. Convit^1,3,4

LINK TO FULL STUDY

Lihavuus (hopeakevät). 2011 heinäkuu; 19 (7): 1382 – 1387.

¹ Psykiatrian laitos, New Yorkin yliopiston lääketieteellinen korkeakoulu, 550 First Avenue, New York, NY 10016, USA.

² Lastenpsykiatrian laitos, New Yorkin yliopiston lääketieteellinen korkeakoulu, 550 First Avenue, New York, NY 10016, USA.

³ Lääketieteen laitos, New Yorkin yliopiston lääketieteellinen korkeakoulu, 550 First Avenue, New York, NY 10016, USA.

⁴ Nathan Kline Psykiatrisen tutkimuksen instituutti, 140 Old Orangeburg Rd. Orangeburg NY 10962, Yhdysvallat

Aikuisilla liikalihavuuteen on liittynyt estämätöntä syömistä, aivokuoren harmaan aineen määrän vähenemistä ja kognitiivisten arviointien heikentynyttä suorituskykyä. Paljon vähemmän tiedetään näistä suhteista murrosikäisenä, eikä saman tutkimuksen osallistujien ryhmässä ole tutkimuksia, joissa arvioitaisiin käyttäytymiseen liittyviä, kognitiivisia ja neurostruktuurisia toimenpiteitä. Tässä tutkimuksessa tutkittiin liikalihavuuden, toimeenpanotoiminnon, estämisen ja aivojen määrän välistä suhdetta suhteellisen terveillä nuorilla. Osallistujiin kuului 54-lihavia ja 37-laihaisia ​​murrosikäisiä. Osallistujat saivat kognitiivisen pariston, kyselylomakkeet syömiskäyttäytymisestä ja magneettikuvaus (MRI). Neuropsykologiset arvioinnit sisälsivät tehtäviä, jotka kohdistuivat eturintaan. Syömiskäyttäytyminen määritettiin käyttämällä TFEQ: tä (Three Factor Eating Questionnaire) ja rakenteelliset MRI-tutkimukset suoritettiin 1.5 T Siemens Avanto MRI -järjestelmällä (Siemens, Erlangen, Saksa) aivojen harmaan aineen määrien määrittämiseksi. Laihalle ja lihavalle murrosikäiselle tarkennettiin ikä, koulutusvuodet, sukupuoli ja sosioekonominen asema. Suhteessa laihaisiin murrosikäisiin, liikalihavilla osallistujilla oli merkittävästi korkeampi arvio TFEQ: n estämisestä, heikompi kognitiivisten testien suorituskyky ja pienempi orbitofrontaalisen aivokuoren tilavuus. Hajotus korreloi merkittävästi kehon massaindeksin, Stroop Color-Word -pistemäärän ja orbitofrontaalisen aivokuoren määrän kanssa. Tämä on ensimmäinen murrosikäisten yhdistysten raportti ja korostaa, että on tärkeää ymmärtää paremmin neurostrukturaalisten vajaatoimintojen ja liikalihavuuden välisiä yhteyksiä.

Avainsanat: lihavuus, murrosikäiset, hajotus, MRI, eturinta, kognitio, orbitofrontaalinen aivokuori

esittely

Lasten ja nuorten liikalihavuuden esiintyvyys Yhdysvalloissa on yli kolminkertaistunut 1970: n jälkeen. Vaikka viimeaikaisten todisteiden mukaan lasten liikalihavuus saattaa olla tasoittunut, nykyiset korkeat määrät ennustavat uhkaavaa kansanterveysongelmaa, johon liittyy sydän- ja verisuonitautien ja hormonitoimintaa (1).

Syömiskäyttäytymisen estäminen, jolle on ominaista osittain taipumus syödä opportunistisesti vastauksena ympäristönäkökohtiin, on jo pitkään ollut yhteydessä liikalihavuuteen sekä nuorten että aikuisten (2). Asiaan liittyvä kalorien saannin hallintahäiriö, joka johtaa lopulliseen liikalihavuuteen, voi esiintyä aivojen useilla tasoilla, mukaan lukien hypotalamus (3) ja uudemman työn mukaan aivokuoressa (4). Sarja funktionaalisia neurokuvaus tutkimuksia laihduilla ja liikalihavilla yksilöillä sekä nälkäisissä että ruokituissa tiloissa on osoittanut useita aivokuoren alueita, mukaan lukien etusinkingulaatti, mediaalinen etupinta (5), eriste, takaosan sinkulaatti, ajallinen ja orbitofrontaalinen cortices (6) aktivoitavan eri tavalla kylläisyyden ja BMI: n tasosta riippuen, mikä viittaa heidän osallistumiseen kalorien saannin säätelyyn. Ymmärrys OFC: stä avainalueena käyttäytymisen estämisessä ulottuu takaisin Phineas Gageen, valitettavaan 19-tapaukseen^th luvun rautatie työntekijä, joka selvisi onnettomuudesta, joka todennäköisesti vahingoitti hänen orbitofrontaalista kuortaan, mikä johti persoonallisuuden muutoksiin ja lisääntyneeseen impulsiivisuuteen7).

Neurostrukturaaliset löydökset on myös korreloitu kehon massaindeksiin (BMI). Pienessä tutkimuksessa, joka koski 55-vuotiaita ja sitä vanhempia naisia ​​ja joissa käytettiin vokselipohjaista morfometriaa (VBM), BMI korreloi negatiivisesti harmaan aineen määrän kanssa useilla etualueilla, mukaan lukien vasen orbitofrontaali, oikea ala-alaosa edessä ja oikea precentral gyri. muihin alueisiin, mukaan lukien oikea pikkuaivo ja suuri oikeanpuoleinen takaosa, joka kattaa parahippokampuksen, fusiformin ja kielen gyri (8). Suurempi tutkimus 1,428-aikuisilta löysi negatiivisen korrelaation miehillä BMI: n ja kokonaisen harmaasteen välillä, samoin kuin tietyillä aivoalueilla, kuten kahdenvälisillä mediaalisilla ajallisilla lohkoilla, niskakyhmillä, edessä olevilla lohkoilla, precuneuksella, keskiaivoilla ja pikkuaivoilla (9). Toinen VBM-tutkimus osoitti, että liikalihavilla aikuisilla on alhaisempi harmaan aineen tiheys esimerkiksi frontaalisen operculumin, keskimmäisen frontaalisen gyrusin, keskuskeskuksen jälkeisen gyrusin sekä putamenien (10). Ryhmämme on kuvaillut neurostrukturaalisia poikkeavuuksia liikalihavien nuorten keskuudessa, joilla on tyypin 2 diabetes mellitus (T2DM) (26), mutta tietojemme mukaan sellaisia ​​vajavuuksia ei ole kuvattu lihavilla nuorilla, joilla ei ole T2DM: tä.

Rakenteellisten havaintojen lisäksi kognitiiviset arvioinnit ovat osoittaneet, että toimeenpaneva toiminta ja vasteen estäminen voivat vaarantua sekä aikuisilla että murrosikäisillä lihavilla yksilöillä. Yhdessä tutkimuksessa, jossa käytettiin positroniemissiotomografiaa (PET) ja kognitiivisia testejä, havaittiin, että liikalihavilla aikuisilla on laskenut prefrontaalisen glukoosimetabolian lähtötasoa ja heikentynyt suorituskyky Stroop-tehtävässä, valikoivan huomion ja toimeenpanon testissä (11). Muut aikuisten toimeenpanotoimintaa ja vasteen estämistä koskevat tutkimukset ovat osoittaneet näiden muuttujien negatiivisen yhteyden BMI: hen (12-14). Lisäksi erittäin lihavilla murrosikäisillä on heikentynyt toiminta toimeenpanotehtävissä normatiivisiin tietoihin verrattuna (15).

Arvelimme hypoteesiksi, että yhdenmukaisesti TFEQ-kyselylomaketta (TFEQ) koskevien aikaisempien havaintojen kanssa, lihavilla nuorilla olisi korkeampi luokitus itse ilmoittamasta estämisestä syömiskäyttäytymisessä. Lisäksi oletimme, että liikalihavilla murrosikäisillä olisi alhaisemmat pisteet toimeenpanotoiminnan arvioinnissa ja vähentynyt eheys etupuolen hermostorakenteellisissa mittauksissa (MRI-pohjaiset harmaan aineen määrät sekä alueelliset aivomäärät). Lisäksi oletamme, että TFEQ: n estäminen liittyy negatiivisesti kognitiivisiin pisteyksiin merkityksellisillä alueilla sekä MRI-pohjaisiin mittauksiin aivoalueilla, jotka osallistuvat vasteen estämiseen ja toimeenpanovalvontaan.

Menetelmät

Osallistujat ja menettelyt

Yhdeksänkymmentäyksi nuorta (14-21v / o), 37 laihaa (painoindeksi <25 kg / m² tai vyötärön ja korkeuden suhde <0.5) ja 54 liikalihavia (painoindeksi ≥30 kg / m² tai> 95 prosenttipiste BMI: n iän ja sukupuolen mukaan) osallistui tutkimukseen. Kahdeksankymmentäyksi näistä (36 laihaa, 45 liikalihavaa) sai magneettikuvaus. Kymmenen nuorta ei saanut magneettikuvaa seuraavista syistä: kaksi ei pitänyt tapaamisiaan, yksi oli raskaana ja päätimme erehtyä turvallisuuden puolella, yksi ei sietänyt magneettikuvaa (klaustrofobia) ja kuudella painoindeksi> 50 kg / m² ja ylitti rungon koon, johon skanneri mahtui.

Vähärasvaisten osallistujien keski-ikä oli 17.3 ± 1.6 vuotta ja liikalihavien 17.5 vuotta ± 1.6 vuotta. Kaksi ryhmää vastaavat myös koulutuksen, sukupuolen ja sosioekonomisen aseman vuosina, ja kaikki olivat kognitiivisesti normaalilla alueella. Todisteet neurologisesta, lääketieteellisestä (muut kuin dyslipidemia, insuliiniresistenssi ilman T2DM: ää, polykystinen munasarjasairaus tai verenpainetauti) tai psykiatriseen (mukaan lukien masennus ja alkoholin tai muiden päihteiden väärinkäyttö) sairaus saivat henkilöt osallistumaan tutkimukseen. T2DM sulki myös henkilöt pois osallistumisesta. Osallistujat ja heidän vanhempansa antoivat kirjallisen tietoisen suostumuksen, ja heille maksettiin korvaus ajastaan ​​ja haitoista. New York University School of Medicine -laitoksen hyväksymä tutkimusprotokolla hyväksyttiin.

Kaikilla tutkimuksen osallistujilla oli verinäyte, joka otettiin 10-tunnin kuluttua yön yli nopeasti glukoosin, insuliinin, lipidien ja tulehduksen merkkiaineiden (korkea herkkyys C-reaktiivinen proteiini; hs-CRP) tasojen arvioimiseksi. Glukoosi mitattiin käyttämällä glukoosioksidaasimenetelmää (VITROS 950 AT, Amersham, Englanti), insuliinia kemiluminesenssilla (Advia Centaur, Bayer Corporation) ja CRP mitattiin plasmassa käyttämällä entsymaattista immunomääritystä (Vitros CRP-objektilasi, Ortho Clinical Diagnostics). Insuliiniherkkyys arvioitiin käyttämällä insuliiniresistenssin homeostaasimallin arviointia (HOMA-IR).

arvioinnit

Neuropsykologinen arviointi

Suoritimme laajan arvioinnin neurokognitiivisista toiminnoista, mukaan lukien henkinen saavutus, viimeaikainen muisti, työmuisti, huomio ja toimeenpanotoiminto. Oletimme, että laihojen ja liikalihavien nuorten välillä olisi eroja etukannan toiminnoissa, ja siksi rajoitimme analyysimme neurokognitiivisiin testeihin, jotka heijastavat etulohkon eheyttä ja ehjiä toimeenpanotoimintoja, nimittäin Controlled Oral Word Association Test (COWAT), Trail Making Test Parts A & B, Stroop-tehtävä, huomion / keskittymisindeksi oppimisen ja muistin laaja-alaisesta arvioinnista (WRAML) ja WRAML: n työmuisti-indeksi. Raakatulokset raportoidaan, lukuun ottamatta WRAMLia ja Stroopia, jotka tarjoavat ikäkorjatut vakiopisteet. Kaikki annetut testit ovat tavanomaisia ​​neuropsykologisia instrumentteja, jotka on kuvattu yksityiskohtaisesti muualla (16).

Kolmen tekijän syömiskysely (TFEQ)

Syömiskäyttäytymisen ominaisuudet arvioitiin TFEQ: lla. TFEQ on 51-esineinstrumentti, joka koostuu kolmesta alakaalasta, joka mittaa pidättyvyyttä (ts. Syömiskäyttäytymisen kognitiivista hallintaa; 21-esineitä), estoa (ts. Syömisen alttiutta vastauksena tunnepitoisuuksiin ja aistinvaraisiin vihjeisiin; 16-kohteita) ja nälkä (ts. syömisen alttius vastauksena nälkäongelmiin; 14-tuotteet). TFEQ annettiin noin tunti koehenkilöiden lounaan jälkeen.

MRI-hankinta ja kuva-analyysit

Kaikkia koehenkilöitä tutkittiin samassa 1.5 T Siemens Avanto MRI -järjestelmässä, jossa on 65 tuuman halkaisijainen reikä ja pöytä, joka sopii enintään 400 punnan yksilölle. Hankkimme T1-painotetulla magnetoinnilla valmistetut nopea hankintagradientin kaikuvat (MPRAGE; TR 1300 ms; TE 4.38 ms; TI 800 ms; FOV 250 × 250; viipaleen paksuus 1.2 mm; NEX 1; liukukulma 15 °; matriisin koko 256 × 256; 192 koronaleikkeet).

WM / GM-tilavuusanalyysi

MPRAGE-kuvien paikallinen normalisointi ja segmentointi hyödyntävät automatisoituja menettelytapoja, jotka on kuvattu kohdassa (17) tilastollinen parametrinen kartoitusohjelmisto (SPM5). MPRAGE-kuvat korjattiin ensin signaalin epäyhtenäisyyksien suhteen ja normalisoitiin tilallisesti T1 Montreal Neurological Institute -standardimalliin. Käyttämällä kudosten luokittelualgoritmia SPM5: ssä, segmentoimme normalisoidut MPRAGE-kuvat niiden harmaan aineen (GM), valkoisen aineen (WM) ja aivo-selkäydinnesteen (CSF) osioihin, jotka ovat karttoja, jotka kuvaavat todennäköisyyttä, että jokainen vokseli luokitellaan GM, WM tai CSF. Nämä segmentoidut osiot normalisoitiin myöhemmin vastaaviin standardimalleihinsa. Koko aivojen arvioinnin suorittamisen lisäksi, ja koska murrosikäinen murrosikä on edelleen murrosiän aikana, käytimme kahta erilaista mallia johdanto-osan kiinnostavien alueiden (ROI) johtamiseen eturintaan. Nämä olivat SPM Automaattinen anatomiset merkinnät (AAL) (18) malli ja julkaistu luotettava frontaalikeilan parcelointimenetelmä (19). AAL-templaattia käytettiin kokonaisen etupuolen lohkon, etuosan singulaattialueen ja orbitofrontaalisen alueen johdannaiseen. Omaa parcelointimenetelmäämme käytettiin etupään alueen (frontaalinen lohko miinus lisämoottorialue) johdannaiseksi. Määritimme kvantitatiivisesti WM-, GM-, CSF-määrien osuudet koko aivoissa ja edestä olevilla alueilla tapaustasolla kartoittamalla ensin alueet jokaiselle segmentoidulle osiolle ja sitten keskiarvottelemalla kohteiden arvot kummallekin ryhmälle.

Tilastolliset analyysit

Suoritimme kaksisuuntaisia ​​riippumattomia näytteitä, jotka tutkivat väestötietojen, hormonitoimintaa koskevien tietojen, kognitiivisten tietojen ja aivojen tilavuuden eroja sekä Pearsonin korrelaatioita TFEQ: n esto-pisteet ja BMI, Stroop-värisanapisteet ja orbitofrontaalisen aivokuoren harmaat aineet. Tiedot, jotka olivat yli 2 keskihajontaa ryhmän keskiarvosta tälle muuttujalle, jätettiin pois. Ottaen huomioon, että alueellisissa aivotilavuuksissa on yksilöllistä vaihtelua pään kokonaiskoon suhteen, mitasimme jokaisen yksilön kallonsisäisen holvin (ICV) koon ja käytimme ICV-arvoja alueellisten aivotilavuuksien säätämiseen. Siksi vertailukelpoisuuden mahdollistamiseksi muihin tutkimuksiin ja lukijan ymmärtämiseksi tutkittujen aivojen alueiden koosta alueellisia aivotilavuuksia kuvaava taulukko näyttää raakat (jäämättömät) tilavuudet. Tilastollinen vertailu ja merkittävyys ja vaikutuskoko kaikessa esitetyssä kuvantamisessa käyttivät kuitenkin mukautettuja (jäännös) aivotilavuuksia.

tulokset

Väestötiedot ja hormonitoiminta

Aiheryhmät täsmäytettiin iän, sukupuolen, koululuokan ja Hollingsheadin sosioekonomisen tilan (SES) perusteella. Lihavilla osallistujilla oli määritelmän mukaan korkeampi BMI, ja odotetusti myös suuremmalla systolisella ja diastolisella verenpaineella, paasto-insuliini- ja glukoositasolla (mutta kaikki normoglykeemisellä alueella) sekä insuliiniresistenssin homeostaattisella mallilla (HOMA-IR ), triglyseridit, matalan tiheyden lipoproteiini (LDL) kolesteroli ja korkea herkkyys C-reaktiivinen proteiini (CRP). Lihavilla koehenkilöillä oli myös huomattavasti alhaisemmat korkean tiheyden lipoproteiinitasot (HDL). Ole hyvä ja katso Taulukko 1.

Kolmen tekijän syömiskysely

Liikalihavat nuoret saivat kolmen tekijän syömiskyselylomakkeen disinhibitiotekijän (6.85 ± 3.55 vs. 3.91 ± 1.96, p <0.000, koheenin d (d) = 1.07) sekä nälänkerroimen (6.60 ± 3.37 vs. 4.68 ± 2.84, p = 0.008, d = 0.81) ja kognitiivinen pidätyskerroin (9.19 ± 4.30 vs. 6.78 ± 4.11, p = 0.012, d = 0.57). Huomaa, että toistimme nämä analyysit 81 osanottajaryhmälle, joilla oli MRI, ja tulokset olivat olennaisesti muuttumattomia (tietoja ei näytetä).

Kognitiiviset toimenpiteet

Suhteessa laihaisiin murrosikäisiin, liikalihavilla murrosikäisillä oli huonompi kognitiivinen suorituskyky jokaisessa eturintatoiminnassa, mikä näkyy voimakkaimmin Stroopilla (estoindeksi) ja WRAML: n työmuisti-indeksissä, jopa kun kontrolloimme arvioitua IQ: ta. Ole hyvä ja katso Taulukko 2.

Koska 10-koehenkilöt eivät saaneet MRI-arviointia (katso yksityiskohdat yllä olevista osallistujien ja menettelytapojen osista), toistimme analyysimme 81-murrosikäisten alaryhmälle, joilla oli MRI, ja kognitiivisten tulosten suunta ja merkitys pysyivät muuttumattomina (tiedot ei näytetty).

Aivojen kuvantaminen

Eturauhassa olevan harmaan aineen tilavuus (kuutiometreinä) kaventui liikalihavien nuorten keskuudessa pienemmäksi, vaikkakaan ei tilastollisesti merkitsevällä tasolla (265.3 ± 29.5 vs. 269.6 ± 26.7; jäännöstetty 0.00369 ± 0.018312 vs. −0.00609 ± 0.014076, p = 0.139, d = 0.35). Huomaa, että vaikka absoluuttiset erot näiden tilavuuksien välillä olivat pienet, analyysit tehtiin sen jälkeen, kun ne olivat jääneet ICV: hen, ja merkitsevyysarvot ja vaikutuskoot heijastavat näitä analyysejä. Lisäksi ikän mahdollisten kehitysvaikutusten hallitsemiseksi edestä ja aivojen tilavuuksista suoritimme analyysimme uudelleen iän mukaan. Havaitsimme huomattavasti pienempiä rasvaisten nuorten harmaata ainemäärää orbitofrontaalisessa aivokuoressa (32.3 ± 3.68 vs. 33.3 ± 3.99; jäännöstetty 0.00781 ± 0.024944 vs. −0.01227 ± 0.018947, p = 0.005, d = 0.66). OFC-tilavuusryhmien erot olivat muuttumattomia systolisen verenpaineen tai HOMA-IR: n kontrolloinnin jälkeen. Muut arvioidut aivoalueet, mukaan lukien prefrontaalinen aivokuori ja cingulaarinen etukuori, eivät olleet merkittävästi erilaisia ​​lihavien ja laihojen osallistujien välillä. Iän samanaikainen vaihtaminen ei muuttanut mitään näistä suhteista.

Yhdistykset

Löysimme merkittäviä yhteyksiä TFEQ: n ja kognitiivisten, BMI- ja MRI-mittareiden välillä. TFEQ: n disinhibitiotekijän pisteet osoittivat merkittävää korrelaatiota BMI: n (r (81) = 0.406, p <0.001), Stroop Color-Word -pisteet (r (77) = −0.272, p = 0.017) ja OFC-harmaan kanssa aineen tilavuus (r (71) = −0.273, p = 0.021). Jotta voisimme ymmärtää edelleen OFC-tilavuuden ja estämisen välistä suhdetta, tutkimme yhdistystä erikseen molemmille ryhmille. Löysimme, että liikalihavilla yksilöillä ei ollut yhteyttä disinhibition ja OFC-tilavuuden välillä (r (40) = −0.028, p = 0.864), kun taas laihalle ryhmälle oli vahva yhteys (r (31) = −0.460, p = 0.009). Disinhibitiotekijän pistemäärän ja BMI: n ja Stroopin väliset yhteydet pysyivät merkittävinä MRI-potilaiden alaryhmälle (tietoja ei esitetty).

Keskustelu

Kuten odotettiin, liikalihavilla murrosikäisillä oli TFEQ: lla huomattavasti korkeammat esteet, nälkä ja kognitiiviset rajoitukset. Vaikka liikalihavien murrosikäisten korkeammat kognitiiviset rajoitukset näyttäisivät ensi tarkastuksessa olevan vastaintuitiivisia, se on kuvatun "jäykän hillinnän" mallin mukainen, jossa yksilöllä, jolla on kielletty syöminen ja kognitiivinen hillitseminen, saattaa olla taipumus rajoittaa ruokaa joissakin tilanteissa, mutta toisissa huomattavasti ylensyöntiä. (20).

Uudet neurostruktuurituloksemme lihavien murrosikäisten keskuudessa ovat johdonmukaisia ​​aikuisten kirjallisuuden havaintojen kanssa (8, 9) osoittamalla harmaan aineen määrän vähenemistä. Teini-ikäisessä näytteessämme nämä laskut olivat merkittävimpiä orbitofrontaalisessa aivokuoressa, aivoalueessa, joka on tärkeä impulssinhallinnassa, mutta osoitti myös heikkoa trendi koko keula-alueelle. Arvaamme, että muilla aivoalueilla lihavien murrosikäisten hienoisammat tilavuusvähennykset voivat todellakin saavuttaa tilastollisen merkityksen laajennetussa näytteessä.

Tärkeää tämän raportin kannalta, havaitsimme, että ryhmällä, jolla on ylimääräinen paino, ei ole vain korkeampia estämispisteitä TFEQ: lla, mutta myös alhaisempi suorituskyky kognitiivisissa testeissä, jotka heijastavat aivojen toimintoja, joiden ajatellaan olevan keskeisiä käyttäytymisen estämisessä, jopa IQ: ta kontrolloitaessa. Mitattujen rintakehän alueiden ja toimintojen joukosta olimme erityisen kiinnostuneita selvittämään suhde TFEQ: n ja OFC: n estämistekijän, aivoalueen, välillä, joka on erittäin tärkeä käyttäytymisen estämiselle (impulssin hallinta). Valitsimme Stroopin, koska se on ainoa frontaalikeilatehtävistämme (mukaan lukien ne, joissa käytetään toimeenpanotoimintoja), joka erityisesti testaa kykyä estää automatisoituja vastauksia. Tämä on suora kognitiivinen rinnakkaisuus käyttäytymiselle (TFEQ: n estämistekijä) ja aivoalueelle (OFC), jotka myös osallistuvat automaattisten vasteiden estämiseen. Kiinnostuksemme oli selvittää havaintomme toiminnallinen (Stroop vs. muut frontaalitehtävät, jotka eivät mittaa vasteen estämistä) ja anatominen (OFC) spesifisyys ja niiden yhteys TFEQ: n estävään tekijään.

Havaitsimme myös merkittäviä assosiaatioita estofaktoripisteiden ja sekä BMI: n että OFC-määrän välillä. Kun disinhibition ja OFC-määrän välistä suhdetta tutkittiin erikseen laihailla ja liikalihavilla osallistujilla, löysimme vahvan negatiivisen assosiaation vain laihalle ryhmälle. On mahdollista, että liikalihavilla henkilöillä on jo ollut kriittinen esto- (joka, kuten osoitimme, liittyy BMI: hen), jolloin ylimääräinen esto ei heijastu yhtä selvästi OFC: n lisämuutoksiin, mutta ehkä eri aivoalueilla tai verkostoissa, joita ei ole arvioitu osana tätä tutkimusta. Toinen mahdollisuus näihin erilaisiin havaintoihin kummallekin painoryhmälle on se, että koska liikalihavilla ryhmillä on korkeampi hyväksymisaste, ne saattavat olla alttiimpia sosiaalisen toivomuksen kysymyksille, ja siksi he voivat olla vähemmän todennäköisesti ilmoittamaan kokonaan heidän käyttäytymisen estämisensä syömisessä, vaimentaen ryhmän assosiaatiota. Viimeiseksi on myös mahdollista, että etäisyysrajoitus, nimittäin korrelaatioiden ilmiöt vähenevät, kun varianssi pienenee, kuten tapahtuu, kun jaamme näytteemme kahteen, voisi vaikuttaa tuloksiin.

Vaikka tutkimuksemme havaitsee, että ruokintakäyttäytymisen estäminen liittyy toimeenpanevaan toimintaan ja frontaalisen harmaan aineen määrän vähenemiseen, suunnittelumme poikkileikkausluonne ei anna meille mahdollisuutta käsitellä suuntaavuus- tai syy-yhteyttä. Tämän sanottua on olemassa useita uskottavia teorioita näiden yhdistysten suunnasta.

Yksi mahdollisuus on, että primaariset rakenteelliset tai toiminnalliset aivovajeet johtavat estämään syömistä ja heikentäviä neurokognitiivisia toimintoja. Tätä päättelyä tukee osittain työ, joka näyttää estävän syömiskäyttäytymistä lisääntyneen kalorin saannin estämiseksi (21) ja liikalihavuus (22). Se on sopusoinnussa myös toiminnallisen kuvantamistyön kanssa, joka osoittaa, että henkilöillä, jotka vastauksena maistuvien ruokien visualisoituun näytteeseen osoittavat aivojen palkitsemispiirien heikompaa aktivoitumista, on tulevaisuuden painonnousun riski (23); Ehkä he tarvitsevat suuremman ärsykkeen (enemmän ruokaa) saadakseen saman palkkiovasteen.

Toinen mahdollinen selitys on, että aivojen rakenteelliset alijäämät, kuten tässä tutkimuksessa esitetyt, johtuvat lihavuudesta ja siihen liittyvästä insuliiniresistenssistä. Tätä mahdollisuutta tukee 24-vuoden pituussuuntainen tutkimus, joka osoittaa lisääntyneen BMI: n alkamisen keski-iässä korreloidessa ajallisen lohkon tilavuuden pienentymisen kanssa myöhemmässä elämässä (24). Tämän vaikutusjärjestyksen tukeminen on myös omaa työtä aikuisilla, joissa havaitsemme, että hippokampuksen volyymit liittyivät heikentyneisiin glukoositoleransseihin (25) samoin kuin murrosikäisillä, joilla on T2DM, joilla havaitaan kognitiivisia heikkenemisiä ja pienenemisiä etuleikkauksen tilavuuksissa ja valkoisen aineen mikrorakenteellisessa eheydessä (26). Katsomme, että liikalihavuuteen liittyvä insuliiniresistenssi, jota ylipainoisilla nuorisoryhmillämme on, saattaa osaltaan vähentää toimeenpanotoimintaa ja rakenteellisia alijäämiä. Olemme kuvanneet mahdollisen mallin näille vaikutuksille (27), jossa oletamme, että insuliiniresistenssi liittyy aivojen verisuonten vähentyneeseen reaktiivisuuteen, joka liittyy endoteelin toimintahäiriöihin. Tiedämme, että aivojen aktivoinnin aikana, kuten tapahtuu kognitiivisen tehtävän suorittamisen aikana, synaptinen aktiivisuus lisääntyy kyseisellä aivoalueella. Normaalissa aivoissa tämä johtaa alueelliseen verisuonten laajenemiseen ja siten lisääntyneeseen glukoosin saatavuuteen kyseiselle alueelle lisääntyneen kognitiivisen kysynnän tukemiseksi (28). Siksi verisuonireaktiivisuus, joka on kiinteä osa hyvin säänneltyä aivoveren virtausta, on avain optimaalisen hermosoluympäristön ylläpitämiseen aivojen aktivoinnin aikana (29). Tutkimus, joka osoittaa endoteelihäiriöitä lihavilla lapsilla, jopa ennen diabeteksen kehittymistä (30) tukee edelleen tätä lähtökohtaa. Lisäksi tulehduksellinen merkki C-reaktiivinen proteiini (CRP) oli kohonnut lihavilla nuorilla. Tutkimuksissa, joissa tutkittiin aikuisten suuria ryhmiä, tutkijat ovat havainneet kohonneita tulehduksellisten sytokiinien tasoja oletettuina välittäjinä kognitiiviselle heikkenemiselle metabolisen oireyhtymän omaavien henkilöiden keskuudessa (31-34). Mahdollinen mekanismi näille kognitiivisille vaikutuksille tarjotaan eläintiedoista, jotka osoittavat, että ylimääräiset tulehdukselliset sytokiinit voivat vähentää pitkäaikaista potentiaatiota (LTP), prosessia, jonka ymmärretään välttämättömäksi muistin vahvistamisessa hippokampuksessa. Tulehdukselliset sytokiinit voivat myös heikentää neurogeneesiä ja neuroplastisuutta, prosesseja, jotka ovat välttämättömiä muistojen muodostumiselle ja hermojen rakenteellisen ylläpitämisen ylläpitämiselle.

Kolmas mahdollisuus on, että nämä vaikutukset ovat kaksisuuntaisia, jolloin käyttäytymisen estäminen altistaa liikalihavuudelle, mikä voi vaikuttaa kielteisesti aivoalueisiin, jotka vastaavat toimeenpanotoiminnasta ja kalorien saannin estämisestä, aiheuttaen siten häiriökiertoa. Tämä kolmas mahdollisuus voisi auttaa selittämään, miksi yksilöiden on niin vaikeaa laihtua, kun se on saavutettu.

Meitä rohkaisee se, että harvoista arvioimistamme aivoalueista, OFC, aivoalue, jonka on osoitettu olevan tärkeä käyttäytymisen estämisessä sekä eläinkokeissa että ihmisillä tehdyissä tutkimuksissa, oli merkittävin määrän pieneneminen lihavilla murrosikäisillä. Tuloksemme, mukaan lukien huonompi suorituskyky kognitiivisissa testeissä, joiden ajateltiin edellyttävän ehjää OFC: tä, yhdistettynä tilavuuden pienenemisiin tällä alueella käyttäytymisen estämiseen liittyen, osoittavat sen todennäköisen merkityksen painonnousussa.

Tässä tutkimuksessa on joitain selkeitä rajoituksia. Ensinnäkin se on poikkileikkauskuva, joka ei salli meidän kommentoida selkeää syy-yhteyttä. Toiseksi, kun otetaan huomioon suhteellisen vaatimaton otoskoko, rajoitimme mittauksemme aivojen alueille, joiden aikaisemmissa tutkimuksissa oli joko todettu liittyvän liikalihavuuteen tai estoon, tai niihin, joihin meillä oli hyviä teoreettisia syitä uskoa, että ne voisivat olla mukana. Siksi on mahdollista, että mukana on myös muita aivojen alueita, joita emme arvioineet. Tutkimuksemme kolmas rajoitus on, että meillä on vain osallistujien nykyinen paino ja emme voi kommentoida liikalihavuuden kestoa; tutkimallamme näytteellä on todennäköisesti huomattava vaihtelu liikalihavuuden kestossa ja siihen liittyvässä insuliiniresistenssissä. Tutkimuksellamme on kuitenkin merkittäviä vahvuuksia, mukaan lukien ryhmien huolellinen sovitus, suoritetut moniulotteiset arvioinnit ja MRI-tietojen analysoinnissa käytetyt puolueettomat MRI-menetelmät.

Tässä kuvattujen asioiden ymmärtämiseksi paremmin tulevassa työssä tulisi arvioida kohteita pitkittäin, seurata liikalihavuuden kehittymistä ajan mittaan ja samalla mitata kognitiivisia, käyttäytymiseen liittyviä ja neurostruktuurisia muutoksia. Vaihtoehtoisesti ymmärrystämme voitaisiin parantaa myös tutkimuksella, jonka tarkoituksena on tutkia onnistuneen lihavuushoidon (esim. Bariatrinen leikkaus) seurauksia ja varmistaa siten, ovatko jotkut näistä puutteista palautuvia. Lisäksi tulevassa työssä tulisi arvioida muita mahdollisia niihin liittyviä tekijöitä, kuten tulehdusta estäviä ja anti-inflammatorisia sytokiineja, sekä hyödyntää herkempiä MRI-tekniikoita, kuten diffuusiotensorikuvaus (DTI).

Kiitokset

Tutkimusta tukivat kansallisten terveysinstituuttien R21 DK070985 ja RO1 DK083537 apurahat, ja sitä tuki osittain grant1UL1RR029893 Kansalliselta tutkimusresurssien keskuselta. Kirjoittajat haluavat tunnustaa tutkimukseen osallistuneet lapset ja perheet sekä Po Lai Yau ja Valentin Polyakov tietojen keräämisessä ja käsittelyssä sekä Allison Larrin avusta tämän käsikirjoituksen valmistelussa.

alaviitteet

Tilinpäätöstiedot:

Mikään muista kirjoittajista ei paljasta taloudellisia / ristiriitaisia ​​etuja

Viitteet

1. Ogden CL, Carroll MD, Flegal KM. USA: n lasten ja nuorten korkea ruumiin massaindeksi, 2003-2006. JAMA. 2008, 299: 2401-5. [PubMed]

2. Stunkard AJ, Messick S. Kolmen tekijän syömislomake ruokavalion hillitsemisen, estämisen ja nälän mittaamiseksi. J Psychosom Res. 1985, 29: 71-83. [PubMed]

3. Schwartz MW, Woods SC, Porte D, Jr., Seeley RJ, Baskin DG. Ruoanoton keskushermoston hallinta. Nature. 2000, 404: 661-71. [PubMed]

4. Korner J, Leibel RL. Syödä tai olla syömättä - kuinka suolisto puhuu aivoille. N Engl J Med. 2003; 349: 926–8. [PubMed]

5. Martin LE, Holsen LM, Chambers RJ, et ai. Ruoka motivaatioon liittyvät hermomekanismit lihavilla ja terveillä painoisilla aikuisilla Lihavuus (hopeajousi) 2010; 18: 254 – 60. [PubMed]

6. Del Parigi A, Gautier JF, Chen K, et ai. Neurokuvaus ja liikalihavuus: aivojen reaktio nälän ja kylläisyyden suhteen ihmisillä positroniemissiotomografialla. Ann NY Acad Sci. 2002, 967: 389-97. [PubMed]

7. Damasio H, Grabowski T, Frank R, Galaburda AM, Damasio AR. Phineas Gagen paluu: vihjeitä aivoista kuuluisan potilaan kallosta. Science. 1994, 264: 1102-5. [PubMed]

8. Walther K, Birdsill AC, Glisky EL, Ryan L. Aivojen rakenteelliset erot ja kognitiivinen toiminta, jotka liittyvät kehon massaindeksiin vanhemmilla naisilla. Hum Brain Mapp. 2010, 31: 1052-64. [PubMed]

9. Taki Y, Kinomura S, Sato K, et ai. Painoindeksin ja harmaan aineen määrän välinen suhde terveillä 1,428-henkilöillä. Lihavuus (hopeajousi) 2008; 16: 119 – 24. [PubMed]

10. Pannacciulli N, Del Parigi A, Chen K, Le DS, Reiman EM, Tataranni PA. Aivojen poikkeavuudet ihmisen liikalihavuudessa: vokselipohjainen morfometrinen tutkimus. Hermoston. 2006, 31: 1419-25. [PubMed]

11. Volkow ND, Wang GJ, Telang F, et ai. Kiertyvä yhteys BMI: n ja prefrontaalisen metabolisen aktiivisuuden välillä terveillä aikuisilla. Lihavuus (hopeajousi) 2009; 17: 60 – 5. [PMC vapaa artikkeli][PubMed]

12. Elias MF, Elias PK, Sullivan LM, Wolf PA, D'Agostino RB. Alempi kognitiivinen toiminta liikalihavuuden ja verenpainetaudin läsnäollessa: Framinghamin sydäntutkimus. Int J Obes Relat Metab Disord. 2003; 27: 260–8. [PubMed]

13. Gunstad J, Paul RH, Cohen RA, Tate DF, Spitznagel MB, Gordon E. Korkeampaan kehon massaindeksiin liittyy muuten terveiden aikuisten toimeenpaneva toimintahäiriö. Compr psykiatria. 2007, 48: 57-61. [PubMed]

14. Waldstein SR, Katzel LI. Keskisen liikalihavuuden ja verenpaineen vuorovaikutteiset suhteet kognitiiviseen toimintaan. Int J Obes (Lond) 2006; 30: 201 – 7. [PubMed]

15. Lokken KL, Boeka AG, Austin HM, Gunstad J, Harmon CM. Todisteet toimeenpanotoiminnan häiriöistä erittäin lihavilla nuorilla: pilottitutkimus. Surg Obes Relat Dis. 2009, 5: 547-52. [PubMed]

16. Lezak MD, Howleson DB, Loring DW, Hannay HJ, Fischer JS. Neuropsykologinen arviointi. Oxford University Press; New York: 2004.

17. Hyvä CD, Scahill RI, Fox NC, et ai. Ihmisen aivojen anatomisten kuvioiden automaattinen erottelu: validointi degeneratiivisten dementioiden tutkimuksilla. Hermoston. 2002, 17: 29-46. [PubMed]

18. Tzourio-Mazoyer N, Landeau B, Papathanassiou D, et ai. SPM: n aktivointien automatisoitu anatominen merkitseminen käyttämällä MNI MRI: n yksittäisaiheen aivojen makroskooppista anatomista lohkoa. Hermoston. 2002, 15: 273-89. [PubMed]

19. Convit A, Wolf OT, de Leon MJ, et ai. Prefrontaalisten alueiden tilavuusanalyysi: havainnot ikääntyessä ja skitsofreniassa. Psychiatry Res. 2001, 107: 61-73. [PubMed]

20. Westenhoefer J, Broeckmann P, Munch AK, Pudel V. Syömiskäyttäytymisen kognitiivinen hallinta ja estävä vaikutus. Ruokahalu. 1994, 23: 27-41. [PubMed]

21. Yeomans MR, Leitch M, Mobini S. Impulsiivisuus liittyy kolmen tekijän syömiskyselyn sisältämään estämiseen mutta ei pidättämiseen. Ruokahalu. 2008, 50: 469-76. [PubMed]

22. Hays NP, Bathalon GP, ​​McCrory MA, Roubenoff R, Lipman R, Roberts SB. Syömiskäyttäytyminen korreloi aikuisten painonnousua ja liikalihavuutta terveillä naisilla 55-65 y. Am J Clin Nutr. 2002, 75: 476-83. [PubMed]

23. Stice E, Yokum S, Bohon C, Marti N, Smolen A. Palkitsemispiirin reagointikyky ruokaan ennustaa tulevia kehon massan nousuja: DRD2: n ja DRD4: n hillitsevät vaikutukset. Hermoston. 2010, 50: 1618-25. [PubMed]

24. Gustafson D, Lissner L, Bengtsson C, Bjorkelund C, Skoog I. Kehon massaindeksin ja aivojen surkastumisen 24-vuoden seuranta. Neurologia. 2004, 63: 1876-81. [PubMed]

25. Convit A, Wolf OT, Tarshish C, de Leon MJ. Alentuneeseen glukoositoleranssiin liittyy huono muisti ja hippokampuksen atrofia normaalien ikääntyneiden keskuudessa. Proc Natl Acad Sci US A. 2003; 100: 2019 – 22. [PMC vapaa artikkeli][PubMed]

26. Yau PL, Javier DC, Ryan CM, et ai. Alustavat todisteet aivokomplikaatioista lihavilla nuorilla, joilla on tyypin 2 diabetes mellitus. Diabetologia. 2010

27. Convit A. Insuliiniresistenssin kognitiivisen heikentymisen väliset yhteydet: selittävä malli. Neurobiolin ikääntyminen. 2005; 26 (Suppl 1): 31 – 5. [PubMed]

28. Benton D, Parker PY, Donohoe RT. Aivojen glukoositarjonta ja kognitiivinen toiminta. J Biosoc Sci. 1996, 28: 463-79. [PubMed]

29. Drake CT, Iadecola C. Neuronaalisen signaloinnin rooli aivojen veren virtauksen ohjauksessa. Brain Lang. 2007, 102: 141-52. [PubMed]

30. Karpoff L, Vinet A, Schuster I, et ai. Epänormaali verisuonireaktiivisuus levossa ja liikunnassa liikalihavilla pojilla. Eur J Clin Invest. 2009, 39: 94-102. [PubMed]

31. Dik MG, Jonker C, Comijs HC, et ai. Metabolisen oireyhtymän komponenttien vaikutus kognitioon vanhemmilla yksilöillä. Diabeteshoito. 2007, 30: 2655-60. [PubMed]

32. Roberts RO, Geda YE, Knopman DS, et ai. Aineenvaihdunnan oireyhtymä, tulehdus ja ei-kodin lievä kognitiivinen heikentyminen ikääntyneillä: Väestöpohjainen tutkimus. Alzheimer Dis Assoc -häiriö. 2009

33. Hiki V, Starr V, Bruehl H, et ai. C-reaktiivinen proteiini liittyy heikompaan kognitiiviseen suorituskykyyn ylipainoisilla ja liikalihavilla naisilla. Tulehdus. 2008, 31: 198-207. [PMC vapaa artikkeli][PubMed]

34. Yaffe K, Kanaya A, Lindquist K, et ai. Metabolinen oireyhtymä, tulehdus ja kognitiivisen heikkenemisriski. JAMA. 2004, 292: 2237-42. [PubMed]